(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van UC Berkeley hebben slimme nanosondes gemaakt die ooit kunnen worden gebruikt in de strijd tegen kanker om selectief tumorcellen op te sporen en te vernietigen, evenals verslag uitbrengen over de status van de missie. Het onderzoeksteam creëerde multifunctionele sondes, die ze nanokoralen hebben genoemd.

Een klein aantal onderzoeksteams over de hele wereld heeft de afgelopen 10 jaar doelspecifieke nanosondes ontwikkeld in een poging om de giftige tol die chemotherapie eist van de gezonde cellen die zich in de buurt van hun zieke tegenhangers bevinden, te verminderen - en misschien zelfs te elimineren.

Wat ontbrak, echter, is een mechanisme waarmee de nanosondes niet alleen de kankercel konden vinden, maar geven ook informatie door zodra ze op het doelwit zijn vergrendeld. Het UC Berkeley-team heeft zulke multifunctionele sondes gemaakt, die ze nanokoralen hebben genoemd.

De ontwikkeling van de nieuwe nanokoralen is het omslagverhaal voor het gedrukte nummer van 22 februari van het peer-reviewed tijdschrift Klein .

"Als je een satelliet de ruimte in stuurt, je hebt het nodig om meer dan één ding te doen. Het moet zijn doel bereiken, zijn omgeving detecteren, en terug te communiceren naar de grondcontrole, " zei Luke Lee, Lloyd Distinguished Professor of Bioengineering aan UC Berkeley en hoofd van het UC Berkeley-team dat het nanokoraal heeft ontwikkeld. "Hetzelfde geldt voor het moleculaire sterrenstelsel. We hebben sondes nodig die een zieke cel kunnen vinden, behandel het, en vertel ons over de lokale omgeving, zodat we kunnen bepalen of de behandeling werkt. De nanocoral-sondes die we hebben uitgevonden, zijn een belangrijke stap in deze richting."

De kleine sondes hebben een diameter van een paar honderd nanometer - een duizendste van de breedte van een mensenhaar, en een honderdste van de grootte van de meeste kankercellen. Het inzicht van het team was om verschillende materialen te combineren - geruwd goud aan één kant, en glad polystyreen aan de andere kant - op een enkele sonde.

De naam van de nieuwe sonde is geïnspireerd op natuurlijke zeekoralen, die ruwe oppervlakken gebruiken om het opvangen van licht en voedseldeeltjes te verbeteren.

"Als natuurlijke koralen, het zeer geruwde nanokoraaloppervlak is ontworpen om moleculen in de buurt van de sondes te vangen, en hun aanwezigheid rapporteren aan onderzoekers, " zei Benjamin Ross, een doctoraat student in het Applied Science and Technology Program van UC Berkeley, en een van de twee co-hoofdauteurs van de studie. "Het type moleculen dat aanwezig - of afwezig is - aan het celoppervlak kan veelbetekenende tekenen geven van hoe een cel reageert op het nieuwe medicijn dat wordt afgeleverd."

De detectiekant van het nanokoraal is gebaseerd op een techniek die oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie (SERS) wordt genoemd, die profiteert van de elektromagnetische excitaties die optreden als moleculen contact maken met het opgeruwde oppervlak van een metaal, zoals goud. Moleculen produceren oscillaties die resoneren op kenmerkende frequenties wanneer ze worden blootgesteld aan laserlicht, het onthullen van hun aanwezigheid aan de wetenschappers.

De onderzoekers hebben de gevoeligheid van het nanokoraal geverifieerd door het vermogen te meten om een ​​standaard chemische verbinding voor Raman-spectroscopie te detecteren.

Om het nanokoraal op specifieke cellen te laten richten, de onderzoekers maakten gebruik van het vermogen om antilichamen aan polymeeroppervlakken te hechten.

"We kunnen het nanokoraal afstemmen op kankercellen die van belang zijn door de juiste antilichamen te hechten, " zei de andere co-hoofdauteur van de studie, Liz Wu, die dit onderzoek als Ph.D. student in de opleiding Toegepaste Wetenschappen en Technologie.

De onderzoekers demonstreerden dit concept door het oppervlak van polystyreen te coaten met antilichamen die de menselijke epidermale groeifactorreceptor 2 (HER-2) aanvallen, een bekend doelwit voor de behandeling van kanker, omdat het vaak tot overexpressie wordt gebracht in agressieve vormen van borstkanker. Ze bevestigden met zowel helderveld- als fluorescerende beelden dat het nanokoraal vasthecht aan borstkankercellen met HER-2-receptoren, terwijl controle-experimenten aantoonden dat er geen binding optrad wanneer verschillende antilichamen of cellen zonder HER-2 werden gebruikt.

"We bevinden ons nog in de beginfase van ontwikkeling, maar we zijn optimistisch dat de nanokoralen uiteindelijk nuttige diagnostische en behandelingsinstrumenten zullen worden voor een breed scala aan kankers, "zei Lee. "Hierdoor kunnen we mogelijk niet alleen een medicijn afleveren, maar ook om de respons op subcellulair niveau in realtime te zien."

Een andere co-auteur van de studie is SoonGweon Hong, UC Berkeley afgestudeerde student in bio-engineering.