Fluorescerende nanodeeltjes geladen met organische lichtemitterende kleurstoffen zullen naar verwachting de beeldvormingstechnologieën van levende dieren transformeren. Vergeleken met anorganische kwantumdots, deze optisch stabiele materialen zijn niet giftig en kunnen gemakkelijk worden aangepast met functionele groepen, waardoor ze ideaal zijn bij het richten op specifieke weefsels in het lichaam. Helaas, Van traditionele kleurstoffen is bekend dat ze aggregeren en hun emissie-intensiteit verliezen wanneer ze in hoge concentratie in nanodeeltjes worden opgenomen. Om dit probleem op te lossen, een team van onderzoekers onder leiding van Bin Liu en Ben Zhong Tang van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering heeft nu een familie van kleurstoffen ontworpen met verbeterde fluorescentie bij aggregatie.

De kern van de traditionele kleurstoffen is een vlakke chromofoor genaamd trifenylamine-gemodificeerd dicyanomethyleen, die in verdunde oplossingen rood licht uitzendt, maar zwak fluoresceert wanneer ze worden geaggregeerd. "De directe nabijheid van de chromoforen induceert fluorescentie-uitdoving als gevolg van niet-stralingsroutes, ' zegt Liu.

Liu, Tang en hun team hebben dit fenomeen omgekeerd door propellervormige tetrafenyletheenhangers aan elk uiteinde van de chromofoor te bevestigen. In tegenstelling tot vlakke verbindingen, de vorm van de propellers voorkomt sterke stapelingsinteracties tussen chromoforen, het blokkeren van het door aggregatie veroorzaakte uitdovingsproces. In aanvulling, de fysieke opsluiting verhindert dat deze propellers vrij kunnen draaien, lichtuitstraling mogelijk maken.

Het team formuleerde de kleurstoffen met behulp van een bovien serumalbumine (BSA) -matrix - een biocompatibel en klinisch gebruikt polymeer - en evalueerde hun prestaties als sondes. Experimentele karakterisering toonde aan dat de golflengte van het emissiemaximum van de nanodeeltjes onveranderd bleef bij inkapseling en dat de intensiteit van het uitgezonden licht toenam met de kleurstoflading.

Live beeldvorming van borstkankercellen onthulde dat de nanodeeltjes intensere en homogeen verdeelde rode fluorescentie in de cytoplasma's vertoonden (zie afbeelding) dan vrije aggregaten, wat suggereert dat BSA de cellulaire opname van de kleurstoffen verhoogde. Het team ontdekte ook dat de nanodeeltjes optisch stabiel waren in biologische media en een goede biocompatibiliteit vertoonden.

De onderzoekers injecteerden de nanodeeltjes intraveneus in muizen met levertumoren voor in vivo beeldvormingsstudies. Ze ontdekten dat, in tegenstelling tot vrije aggregaten, de nanodeeltjes die zich selectief in de tumor hebben opgehoopt, duidelijk het kankerweefsel in de dieren benadrukken. "Deze demonstratie onderstreept nieuwe onderzoeksmogelijkheden om vergelijkbare diagnostische sondes met potentiële klinische toepassingen te verkennen, ' zegt Liu.

Het team onderzoekt momenteel bijna-infrarood emitterende biologische sondes voor gerichte in vivo tumorbeeldvormingstoepassingen. De nanodeeltjes kunnen ook worden gebruikt om de uitzaaiing van kanker of het lot van getransplanteerde stamcellen te begrijpen. "Deze sondes zijn veelbelovend in multimodale beeldvormingstoepassingen door integratie met magnetische resonantiebeeldvorming of nucleaire beeldvormingsreagentia, ' zegt Liu.