EPFL-onderzoekers hebben elektrochemische beeldvorming gebruikt om een ​​stap voorwaarts te zetten in het in kaart brengen van de verdeling van biomoleculen in weefsel. Deze technologie, die alleen endogene markers gebruikt - in plaats van contrastmiddelen - zou een alternatief kunnen zijn voor de huidige celbeeldvormingstechnieken.

Op het gebied van theranostica - een samentrekking van de woorden 'therapie' en 'diagnostiek' - gebruiken onderzoekers ruimtelijke informatie over kankercellen in het lichaam om gerichte therapieën te bedenken. Maar deze aanpak vereist fluorescerende markers. Elektrochemische beeldvorming, die alleen de natuurlijke – of endogene – elektrochemische markers van het weefsel gebruikt, zou artsen ook kunnen voorzien van wat ze nodig hebben om diagnoses te stellen en therapieën voor te schrijven. Bij een recente doorbraak EPFL-onderzoekers, werken met Linkou Chang Gung Memorial Hospital in Taiwan, gebruikte een techniek genaamd scanning elektrochemische microscopie om beelden van hemoglobine in het hart van een muis te produceren.

Om de verspreiding van biomarkers en nanomaterialen in dierlijk en menselijk weefsel in kaart te brengen, de EPFL-onderzoekers gebruikten een scanner die was uitgerust met elektrochemische sondes. Dit apparaat, die werd ontwikkeld door Andreas Lesch en Tzu-En Lin in het laboratorium voor fysische en analytische elektrochemie op de Wallis-campus van EPFL in Sion, heeft acht flexibele micro-elektroden die naast elkaar zijn opgesteld. Het apparaat scant weefsels die zijn ondergedompeld in een elektrolytoplossing om de elektrochemische respons te meten. Sommige soorten moleculen en nanomaterialen die zich in het weefsel hebben opgehoopt, wisselen elektronen uit met de elektrochemische mediator in de oplossing, en de resulterende elektrische stromen worden door de onderzoekers gebruikt om het beeld te reconstrueren. Elektrochemische beeldvorming kan ook de redoxtoestand van kankercellen volgen, die heel anders is dan die van normale cellen. Het kan daarom onthullen of er een groot aantal kankercellen is en waar ze zich bevinden.

Bananenschillen gebruiken om de stadia van melanoom te bestuderen

De onderzoekers begonnen met het bestuderen van de typische biomarkers van melanoom, die ook te vinden is in de zwarte vlekken van overrijpe bananen. Door gebruik te maken van deze gelijkenis, ze konden aan de vrucht werken om een ​​beeldvormingstechniek te ontwikkelen waarmee tyrosinase in de menselijke huid kan worden gemeten en de verspreiding ervan in kaart kan worden gebracht. Er is nu ook een belangrijke stap voorwaarts gemaakt door de beeldvormingstechniek toe te passen op dikke weefsels – zoals een biopsie van de menselijke huid – naast dunne dwarsdoorsneden van cellen.

"We zijn perfect in staat om met behulp van elektrochemie kankercellen te doden op objectglaasjes en in petrischalen, maar dit in dik weefsel doen is een ander verhaal, " zegt Hubert Girault, die het Laboratorium voor Fysische en Analytische Elektrochemie leidt. Inderdaad, Professor Girault hoopt dat het ooit mogelijk zal zijn om tijdens operaties elektrochemische microscopie te gebruiken. Hij stelt zich een apparaat voor met onderling verbonden micro-elektroden die een beeld kunnen produceren dat op tumoren zal testen en vervolgens alle gevonden kankercellen elektrochemisch kan vernietigen door een uitbarsting van spanning toe te passen:"Ongeveer twee volt, dat is niet veel, maar het is genoeg om zuurstofradicalen te genereren en kankercellen te elimineren, ", zegt Girault. De bevindingen van de onderzoekers zijn zojuist gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .