Kleine diamanten bieden wetenschappers nieuwe mogelijkheden voor nauwkeurige metingen van processen in levende cellen met potentieel om de toediening van medicijnen en kankertherapieën te verbeteren.

Gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , Onderzoekers van de Universiteit van Cardiff hebben een nieuwe methode onthuld om nanodiamanten in menselijke levende cellen te bekijken voor biomedisch onderzoek.

Nanodiamanten zijn zeer kleine deeltjes (duizend keer kleiner dan mensenhaar) en vanwege hun lage toxiciteit kunnen ze worden gebruikt als drager om medicijnen in cellen te transporteren. Ze tonen ook een enorme belofte als alternatief voor de organische fluoroforen die gewoonlijk door wetenschappers worden gebruikt om processen in cellen en weefsels te visualiseren.

Een belangrijke beperking van organische fluoroforen is dat ze de neiging hebben om na verloop van tijd af te breken en te bleken onder lichte verlichting. Dit maakt het moeilijk om ze te gebruiken voor nauwkeurige metingen van cellulaire processen. Bovendien, het bleken en de chemische afbraak kunnen vaak giftig zijn en cellen aanzienlijk verstoren of zelfs doden.

Er is een groeiende consensus onder wetenschappers dat nanodiamanten een van de beste anorganische materiaalalternatieven zijn voor gebruik in biomedisch onderzoek, vanwege hun compatibiliteit met menselijke cellen, en vanwege hun stabiele structurele en chemische eigenschappen.

Eerdere pogingen van andere onderzoeksteams om nanodiamanten onder krachtige lichtmicroscopen te visualiseren, stuitten op het obstakel dat het diamantmateriaal op zich transparant is voor zichtbaar licht. Het lokaliseren van de nanodiamanten onder een microscoop was gebaseerd op kleine defecten in het kristalrooster, die fluoresceren onder lichte verlichting.

De productie van de defecten bleek zowel kostbaar als moeilijk gecontroleerd te realiseren. Verder, het fluorescentielicht dat door deze defecten wordt uitgezonden, en op zijn beurt het beeld verkregen uit de microscopische verkenning van deze gebrekkige nanodiamanten, is soms ook instabiel.

In hun laatste krant onderzoekers van de Schools of Biosciences and Physics van Cardiff University toonden aan dat niet-fluorescerende nanodiamanten (diamanten zonder defecten) optisch en veel stabieler kunnen worden afgebeeld via de interactie tussen het oplichtende licht en de trillende chemische bindingen in de diamantroosterstructuur, wat resulteert in verstrooid licht op een andere kleur.

Het artikel beschrijft hoe twee laserstralen die op een specifieke frequentie slaan, worden gebruikt om chemische bindingen synchroon te laten trillen. Een van deze stralen wordt vervolgens gebruikt om deze vibratie te meten en een licht te genereren, coherente anti-Stokes Raman-verstrooiing (CARS) genoemd.

Door deze laserstralen te focussen op de nanodiamant, een CARS-beeld met hoge resolutie wordt gegenereerd. Met behulp van een in-house gebouwde microscoop, het onderzoeksteam was in staat om de intensiteit van het CARS-licht te meten op een reeks enkele nanodiamanten van verschillende groottes.

De grootte van de nanodiamant werd nauwkeurig gemeten met behulp van elektronenmicroscopie en andere kwantitatieve optische contrastmethoden die in het laboratorium van de onderzoeker waren ontwikkeld. Op deze manier, ze waren in staat om de relatie tussen de CARS-lichtintensiteit en de nanodeeltjesgrootte te kwantificeren.

Bijgevolg, het gekalibreerde CARS-signaal stelde het team in staat om de grootte en het aantal nanodiamanten te analyseren die in levende cellen waren afgeleverd, met een nauwkeurigheid die tot dusver niet door andere methoden werd bereikt.

Professor Paola Borri van de School of Biosciences, die de studie leidde, zei:"Deze nieuwe beeldvormingsmodaliteit opent het opwindende vooruitzicht om complexe cellulaire smokkelroutes kwantitatief te volgen met belangrijke toepassingen bij het toedienen van medicijnen. De volgende stap voor ons zal zijn om de techniek te pushen om nanodiamanten te detecteren van nog kleinere afmetingen dan wat we tot nu toe hebben laten zien en om een ​​specifieke toepassing in medicijnafgifte aan te tonen."