James Bond hield ervan dat zijn martini 'shaken not stired' was, en nu hebben A*STAR-onderzoekers ontdekt dat schudden, in plaats van te roeren, produceert ook betere nanodeeltjes voor bio-imaging - met belangrijke implicaties voor het bespioneren van kanker.

Fluorescerende sondes die momenteel worden gebruikt voor bio-imaging (bijvoorbeeld cadmiumselenide kwantumstippen) fluoresceren helder genoeg om op detectoren te verschijnen, maar kunnen giftig zijn en dus ongeschikt voor gebruik in het lichaam. Nutsvoorzieningen, Bin Liu en haar collega's van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering hebben met succes nanodeeltjessondes gefabriceerd die biocompatibel zijn en ook een hoge specificiteit en fotostabiliteit hebben. Verder, deze nieuwe sondes hebben uitstekende prestaties in het ver-rode tot nabij-infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum, die van bijzonder belang is voor beeldvorming van kanker.

De methode van het team is elegant in zijn eenvoud:het verbetert de optische eigenschappen van de sondes door alleen de grootte en vorm van de nanodeeltjes te variëren. "Hierdoor kunnen we ingewikkelde moleculaire ontwerp- en syntheseprocessen omzeilen, " legt Liu uit. "Het biedt een gemakkelijke maar efficiënte methode voor het ontwikkelen van zeer ver-rood-nabij-infrarood fluorescerende sondes."

De onderzoekers produceerden de nanodeeltjes in water op twee manieren:roeren en ultrasone trillingen (dat wil zeggen, 'schudden' bij zeer hoge frequenties). Ultrasone trillingen leverden nanodeeltjes op met een gemiddelde grootte van 4 nanometer, die aanzienlijk kleiner is dan hun geroerde tegenhangers. Deze nanodeeltjes waren ook veel helderder, met een kwantumopbrengst van 26 procent in water - meer dan vijf keer helderder dan de nanodeeltjes die door roeren worden geproduceerd.

Liu legt uit dat ultrasone trillingen polymeerketens produceren die dichter bij elkaar liggen, wat resulteert in "compacte structuren die effectief waterinvasie kunnen voorkomen en zo uitdoving kunnen onderdrukken, waardoor verbeterde fluorescentie."

De onderzoekers testten vervolgens het gedrag van de nanodeeltjes geproduceerd door sonicatie in een biologische omgeving om te bepalen of ze effectieve sondes zouden zijn voor een specifiek biologisch doelwit. Ze kozen voor streptavidine, een eiwit met een hoge affiniteit voor epitheelceladhesiemolecuul (EpCAM) ― een algemene biomarker voor verschillende kankers. Na conjugatie van streptavidine aan de oppervlakken van de nanodeeltjes, de onderzoekers onderzochten de effectiviteit van de nanodeeltjes als extracellulaire sonde voor EpCAM door MCF-7-borstkankercellen als modelcellijn te gebruiken (zie afbeelding). De nanodeeltjes vertoonden een uitstekende fotostabiliteit en een veel hogere fluorescentie dan een in de handel verkrijgbare probe (Cy3-SA).

Liu merkt op dat door streptavidine te wisselen met een ander eiwit, dezelfde nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om andere biomarkers te targeten. "Dit zal leiden tot een nieuwe generatie fluorescerende sondes voor beeldgestuurde therapie, " ze zegt.