De technologie is zo geavanceerd dat de machine die deze kan gebruiken nog niet bestaat.

Met behulp van twee biocompatibele onderdelen, Onderzoekers van de Universiteit van Buffalo en hun collega's hebben een nanodeeltje ontworpen dat kan worden gedetecteerd door zes medische beeldvormingstechnieken:

• computertomografie (CT) scannen;
• positron emissie tomografie (PET) scanning;
• fotoakoestische beeldvorming;
• fluorescentie beeldvorming;
• upconversie beeldvorming; en
• Cerenkov luminescentie beeldvorming.

In de toekomst, patiënten konden een enkele injectie van de nanodeeltjes krijgen om alle zes soorten beeldvorming te laten doen.

Dit soort 'hypermodale' beeldvorming zou - als het tot wasdom zou komen - artsen een veel duidelijker beeld geven van de organen en weefsels van patiënten dan een enkele methode alleen zou kunnen bieden. Het kan medische professionals helpen bij het diagnosticeren van ziekten en het identificeren van de grenzen van tumoren.

"Dit nanodeeltje kan de deur openen voor nieuwe 'hypermodale' beeldvormingssystemen waarmee veel nieuwe informatie kan worden verkregen met slechts één contrastmiddel, " zegt onderzoeker Jonathan Lovell, doctoraat, UB universitair docent biomedische technologie. "Als dergelijke systemen eenmaal zijn ontwikkeld, een patiënt zou in theorie één scan met één machine kunnen ondergaan in plaats van meerdere scans met meerdere machines."

Toen Lovell en collega's de nanodeeltjes gebruikten om de lymfeklieren van muizen te onderzoeken, ze ontdekten dat CT- en PET-scans de diepste weefselpenetratie gaven, terwijl de fotoakoestische beeldvorming bloedvatdetails liet zien die de eerste twee technieken misten.

Door dergelijke verschillen kunnen artsen een veel duidelijker beeld krijgen van wat er in het lichaam gebeurt door de resultaten van meerdere modaliteiten samen te voegen.

Er is nog geen machine uitgevonden die alle zes beeldvormingstechnieken tegelijk kan uitvoeren. voor zover Lovell weet, maar hij en zijn co-auteurs hopen dat ontdekkingen zoals die van hen de ontwikkeling van dergelijke technologie zullen stimuleren.

Het onderzoek, Hexamodale beeldvorming met porfyrine-fosfolipide-gecoate upconversie-nanodeeltjes, werd op 14 januari online gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Het werd geleid door Lovell; Paras Prasad, doctoraat, uitvoerend directeur van UB's Institute for Lasers, Fotonica en Biofotonica (ILPB); en Guanying Chen, doctoraat, een onderzoeker bij ILPB en Harbin Institute of Technology in China. Het team omvatte ook extra medewerkers van deze instellingen, evenals de Universiteit van Wisconsin en POSTECH in Zuid-Korea.

De onderzoekers ontwierpen de nanodeeltjes uit twee componenten:een "upconversion" -kern die blauw oplicht wanneer ze wordt geraakt door nabij-infrarood licht, en een buitenste weefsel van porfyrine-fosfolipiden (PoP) dat zich om de kern wikkelt.

Elk onderdeel heeft unieke kenmerken die het ideaal maken voor bepaalde soorten beeldvorming.

De kern, oorspronkelijk ontworpen voor upconversie-beeldvorming, is gemaakt van natrium, ytterbium, fluor, yttrium en thulium. Het ytterbium heeft een dichtheid aan elektronen - een eigenschap die detectie door CT-scans vergemakkelijkt.

De PoP-wrapper heeft biofotonische eigenschappen waardoor het een uitstekende match is voor fluorescentie en fotoakoestische verbeelding. De PoP-laag is ook bedreven in het aantrekken van koper, die wordt gebruikt in PET- en Cerenkov-luminescentiebeeldvorming.

"Het combineren van deze twee biocompatibele componenten in een enkel nanodeeltje zou de artsen van morgen een krachtig, nieuw hulpmiddel voor medische beeldvorming, " zegt Prasad, ook een SUNY Distinguished Professor in de chemie, natuurkunde, geneeskunde en elektrotechniek aan de UB. "Er zou meer onderzoek moeten worden gedaan om te bepalen of het nanodeeltje veilig is om voor dergelijke doeleinden te gebruiken, maar het bevat geen giftige metalen zoals cadmium waarvan bekend is dat ze potentiële risico's opleveren en die in sommige andere nanodeeltjes worden aangetroffen."

"Een ander voordeel van dit contrastmiddel voor beeldvorming tussen kern en schil is dat het biomedische beeldvorming op meerdere schalen mogelijk kan maken, van beeldvorming met één molecuul tot celbeeldvorming, evenals van vasculaire en orgaanbeeldvorming tot biobeeldvorming van het hele lichaam, " voegt Chen toe. "Deze brede, potentiële mogelijkheden zijn te danken aan een groot aantal optische, fotoakoestische en radionuclide beeldvormingscapaciteiten die het middel bezit."

Lovell zegt dat de volgende stap in het onderzoek is om extra toepassingen voor de technologie te onderzoeken.

Bijvoorbeeld, het zou mogelijk kunnen zijn om een ​​targetingmolecuul aan het PoP-oppervlak te hechten waardoor kankercellen de deeltjes kunnen opnemen, iets dat fotoakoestische en fluorescentiebeeldvorming kan detecteren vanwege de eigenschappen van de slimme PoP-coating. Hierdoor zouden artsen beter kunnen zien waar tumoren beginnen en eindigen, zegt Lovell.