Een nieuwe techniek ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Toronto in Scarborough kan voor het eerst een profiel met hoge resolutie krijgen van welke moleculen aanwezig zijn in een levend organisme.

"In zekere zin hebben we dit moleculaire venster ontwikkeld dat in een levend systeem kan kijken en een volledig metabool profiel kan extraheren, " zegt professor André Simpson, die het onderzoek leidde naar de ontwikkeling van de nieuwe techniek die gebruikmaakt van nucleaire magnetische resonantie (NMR) technologie.

"Een idee krijgen van welke moleculen in een weefselmonster zitten, is belangrijk als je wilt weten of het kanker is, of als je wilt weten of bepaalde milieuverontreinigende stoffen schadelijk zijn voor cellen in het lichaam."

Tot nu toe waren traditionele NMR-technieken niet in staat om hoge resolutie profielen van levende organismen te leveren vanwege magnetische vervormingen van het monster zelf. De analogie die Simpson geeft, is dat het is alsof je in een helikopter boven een stadion zit terwijl je probeert met mensen te praten tijdens een concert beneden. Het is ongelooflijk moeilijk om te communiceren vanwege de ruisvervorming, maar als je allebei een walkietalkie geeft, het maakt de communicatie veel gemakkelijker.

Simpson en zijn team waren in staat om het probleem van magnetische vervorming te overwinnen door kleine communicatiekanalen te creëren op basis van iets dat langeafstandsdipoolinteracties tussen moleculen wordt genoemd. Met andere woorden, terwijl voorheen alleen een momentopname van een object kon worden gegeven, deze nieuwe techniek een volledige chemische samenstelling van moleculen in het object kan bieden.

NMR-technologie kan een krachtig magnetisch veld genereren, zo krachtig dat atoomkernen kunnen worden gemaakt om de energie in verschillende patronen te absorberen en weer uit te zenden, waardoor een unieke moleculaire signatuur wordt onthuld. Simpsons werk richt zich op omgevings-NMR, maar hij zegt dat er een groot medisch potentieel is voor deze nieuwe techniek, aangezien deze ook kan worden gebruikt in medische beeldvormingstechnieken zoals magnetische resonantie beeldvorming (MRI).

"Het zou implicaties kunnen hebben voor de diagnose van ziekten en een dieper begrip van hoe belangrijke biologische processen werken, " zegt Simpson, het toevoegen van de techniek is eenvoudig programmeerbaar en kan worden vertaald om te werken op bestaande moderne MRI-systemen die in ziekenhuizen worden aangetroffen.

Hij wijst op specifieke moleculen die kankerbiomarkers worden genoemd en die uniek zijn voor ziek weefsel. De nieuwe aanpak biedt het potentieel om deze handtekeningen te detecteren zonder toevlucht te nemen tot chirurgie en om te bepalen of een groei kanker of goedaardig is, rechtstreeks van alleen de MRI.

Het heeft ook het potentieel om ons te vertellen hoe de hersenen werken. Huidige MRI-methoden kunnen vertellen welk deel van de hersenen "oplicht" als reactie op stimuli zoals angst of geluk, maar die geven alleen maar aan welk deel van de hersenen verantwoordelijk is. De nieuwe techniek kan mogelijk worden gebruikt om in die locaties te kijken en de chemicaliën te onthullen die de reactie veroorzaken.

"Het zou een belangrijke stap kunnen zijn in het ontrafelen van de biochemie van de hersenen, ' zegt Simpson.

Simpson werkt al meer dan drie jaar aan het perfectioneren van de techniek met collega's van Bruker BioSpin, een bedrijf in wetenschappelijke instrumenten dat gespecialiseerd is in het ontwikkelen van NMR-technologie. De techniek is gebaseerd op enkele onverwachte wetenschappelijke concepten die in 1995 werden ontdekt, die destijds door veel onderzoekers als onmogelijk en gek werden beschreven.

De techniek ontwikkeld door Simpson en zijn team, waaronder promovendus Ioana Fugariu, bouwt voort op deze vroege ontdekkingen en is gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie . Het werk werd ondersteund door Mark Krembil van de Krembil Foundation en de Natural Sciences Engineering Research Council of Canada (NSERC).

Simpson zegt dat de volgende stap voor het onderzoek is om het te testen op menselijke monsters. Hij voegt eraan toe dat aangezien de techniek alle metabolieten gelijkelijk detecteert, er ook potentieel is voor niet-gerichte ontdekking, dat is, pathologieën of processen vinden waar je in de eerste plaats niet eens naar op zoek was.

"Omdat je metabolieten in een monster kunt zien die je eerder niet kon zien, je kunt nu moleculen identificeren die erop kunnen wijzen dat er een probleem is, " hij zegt.

"Je kunt dan bepalen of je verder moet worden getest of geopereerd, dus het potentieel voor deze techniek is echt opwindend."