Fotoakoestische beeldvorming is een baanbrekende techniek voor het opsporen van tumoren in levende cellen met behulp van lichtabsorberende verbindingen die bekend staan ​​als contrastmiddelen. A*STAR-onderzoekers hebben nu een manier ontdekt om de doelgerichtheid en optische activiteit van borstkankerspecifieke contrastmiddelen te verbeteren met behulp van geconjugeerde polymere nanodeeltjes.

Het genereren van fotoakoestische signalen vereist een ultrasnelle laserpuls om een ​​klein weefselgebied te bestralen. Dit veroorzaakt een reeks moleculaire trillingen die ultrasone geluidsgolven in het monster produceren. Door te 'luisteren' naar de drukverschillen die ontstaan ​​door de akoestische golven, onderzoekers kunnen de innerlijke structuren van complexe objecten zoals de hersenen en cardiovasculaire systemen reconstrueren en visualiseren.

Het diagnosticeren van kanker met fotoakoestische beeldvorming vereist contrastmiddelen die diep in het weefsel doordringen en zich selectief binden aan kwaadaardige cellen. In aanvulling, ze hebben een hoge optische respons nodig op nabij-infrarood laserlicht, een spectraal gebied dat bijzonder veilig is voor biologische materialen. Traditionele contrastmiddelen zijn gebaseerd op gouden en zilveren nanostructuren, maar door de complexe chemische procedures die nodig zijn om deze nanoverbindingen optisch af te stemmen, zijn onderzoekers op zoek naar alternatieven.

Malini Olivo en haar collega's van het A*STAR Singapore Bioimaging Consortium en het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering onderzochten verschillende contrastmiddelen op basis van geconjugeerde polymeren. Deze organische macromoleculen, die afwisselend dubbele en enkele koolstofbindingen bevatten, hebben gedelokaliseerde elektronen in hun kaders die nuttige optische eigenschappen kunnen produceren, zoals fotoluminescentie. De onderzoekers identificeerden een geconjugeerd polymeer dat bekend staat als PFTTQ - een verbinding met meerdere aromatische ringen, alkylketens, zwavel- en stikstofatomen - als een veelbelovend in vivo fotoakoestisch middel vanwege de biocompatibele structuur en lichtabsorptie die pieken in het nabij-infraroodbereik.

Om dit contrastmiddel op kankercellen te richten, het team synthetiseerde 'dot'-achtige nanostructuren met een binnenkern van PFTTQ omgeven door in water oplosbare polyethyleenglycolketens, beëindigd door een buitenste laag van folaatmoleculen - een vitamine die specifiek bindt aan folaatreceptoreiwitten die gewoonlijk tot expressie worden gebracht door borstkankertumoren. Experimenten met MCF-7-model borstkankercellen geïmplanteerd in muizen onthulden de voordelen van deze aanpak:in slechts één uur na toediening van de folaat-geconjugeerde polymeerstippen, sterke fotoakoestische signalen kwamen uit de tumorposities. De folaatfunctionaliteit speelde een cruciale rol in deze bioimaging-procedure, verviervoudiging van de foto-akoestische signalen in vergelijking met ongewijzigde PFTTQ-punten.

"De folaat-PFTTQ-nanodeeltjes hebben een groot potentieel voor diagnostische beeldvorming en andere biomedische toepassingen, " zegt Olivo. "We werken eraan om de bibliotheek van biocompatibele polymeren uit te breiden om te gebruiken als moleculaire fotoakoestische contrastmiddelen."