(Phys.org)—Vroege detectie van ziekten van de weke delen, zoals borstkanker, vereist meestal invasieve biopsieën. Nutsvoorzieningen, een nieuw zelf-geassembleerd nanodeeltje ontwikkeld door Bin Liu aan het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en collega's kunnen biopsieën binnenkort overbodig maken. Het materiaal van het team verbetert aanzienlijk de veiligheid van twee-fotonmicroscopie (TPM) - een techniek die fluorescerende sondes gebruikt om driedimensionale afbeeldingen van kankercelstructuren in levend weefsel te genereren.

Hoewel TPM diepe toegang tot celweefsel biedt zonder noemenswaardige fotoschade, het vinden van geschikte stoffen om als lichtemitterende sondes te fungeren, is een uitdaging. 'Quantum dots' gemaakt van nanoschaal aggregaten van elementen zoals cadmium en selenium zijn uitstekende celstructuurverlichters, dankzij hun heldere en stabiele fluorescentie. Echter, hun inherente toxiciteit beperkt veel mogelijke biologische toepassingen.

Liu en haar team wendden zich daarom tot geconjugeerde organische moleculen om minder giftige kleurstoffen voor TPM te produceren. Hoewel zulke kleine organische moleculen normaal gesproken niet in staat zijn om voldoende hoeveelheden laserlicht te absorberen om fluorescentiebeeldvorming te initiëren, het team loste dit probleem op door een stervormig materiaal te synthetiseren dat bekend staat als een dendrimeer. Bestaande uit een centrale trifenylaminekern en drie 'armen' gemaakt van verlengde geconjugeerde ketens, deze unieke geometrie kan veel grotere dwarsdoorsneden induceren die twee fotonen beter kunnen absorberen dan geïsoleerde fluorescerende kleurstoffen.

Om biocompatibiliteit tussen het stervormige dendrimeer en celweefsel te garanderen, moesten de onderzoekers een chemische truc toepassen. Geïnspireerd door het veelzijdige bindingsgedrag van chitosan, een natuurlijk polysacharide, het team gebruikte een milde bromide-thiolreactie om verschillende glucosaminesuikerringen aan de armen van de dendrimeer te bevestigen. Volgens Liu, dit proces verlaagde de cytotoxiciteit van de kleurstof en stelde hen in staat om het te functionaliseren met foliumzuurliganden die zich richten op de oppervlakken van een borstkankercellijn die bekend staat als MCF-7.

De experimenten van het team toonden aan dat de dendritische kleurstof zichzelf assembleerde tot gedispergeerde nanodeeltjes wanneer deze in water werd ondergedompeld - een vorm die de dwarsdoorsneden van twee fotonen verhoogt en een hoge opbrengst aan laser-geïnduceerde fluorescentie oplevert. Toen ze deze nanodeeltjes in de MCF-7-cellen incubeerden, daaropvolgende TPM-beeldvorming onthulde een heldere fluorescentie gelokaliseerd in het cytoplasma van de kankercel (zie afbeelding). Deze gegevens geven aan dat specifieke binding optreedt tussen de dendritische kleurstof en folaatreceptoren op het MCF-7-oppervlak.

Levensvatbaarheid van cellen van bijna 100% bij kleurstofconcentraties die worden gebruikt voor beeldvormende onderzoeken, bevestigt dat deze strategie een veilige en veelbelovende manier is om het gebruik van TPM-beeldvorming te vergroten. "We willen de huidige in vitro beeldvorming graag uitbreiden naar in vivo toepassingen, " merkt Liu op.