Een organische kleurstof die kankercellen kan doen oplichten voor twee krachtige beeldvormende technieken die aanvullende diagnostische informatie verschaffen, is ontwikkeld en met succes getest bij muizen door A*STAR-onderzoekers.

Het in beeld brengen van tumoren is van vitaal belang voor kankeronderzoek, maar elke beeldvormingstechniek heeft zijn eigen beperkingen voor het bestuderen van kanker in levende organismen. Om de beperkingen van individuele technieken te overwinnen, onderzoekers gebruiken meestal een combinatie van verschillende beeldvormingsmethoden - een praktijk die bekend staat als multimodale beeldvorming. Op deze manier, ze kunnen aanvullende informatie krijgen en daarmee een completer beeld van kanker.

Twee zeer effectieve methoden voor het afbeelden van tumoren zijn fotoakoestische beeldvorming en oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing (SERS). Fotoakoestische beeldvorming kan diep weefsel met een goede resolutie in beeld brengen, terwijl SERS minuscule hoeveelheden van een doelmolecuul detecteert. Om gelijktijdig zowel foto-akoestische beeldvorming als SERS te gebruiken, een sonde moet signalen produceren voor beide beeldvormende modaliteiten.

Bij multimodale beeldvorming onderzoekers combineren meestal sondes voor elke beeldvormingsmodaliteit in een enkele sonde van twee moleculen. Echter, de teams van Malini Olivo bij het A*STAR Singapore Bioimaging Consortium en Bin Liu bij het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, samen met buitenlandse medewerker Ben Zhong Tang van de Hong Kong University of Science and Technology, kozen voor een andere benadering:ze ontwikkelden sondes met één molecuul die kunnen worden gebruikt voor zowel fotoakoestische beeldvorming als SERS. De sondes zijn gebaseerd op organische cyaninekleurstoffen die nabij-infrarood licht absorberen, dat het voordeel heeft dat het diep in weefsel kan doordringen, waardoor tumoren diep in het lichaam in beeld kunnen worden gebracht.

Nadat het team had geverifieerd dat de sondes voor beide beeldvormende modaliteiten werkten, ze optimaliseerden de prestaties van de sondes door er gouden nanodeeltjes aan toe te voegen om het SERS-signaal te versterken en door ze in te kapselen in het polymeer polyethyleenglycol om hun structuren te stabiliseren.

De onderzoekers gebruikten deze geoptimaliseerde sondes vervolgens in levende muizen. Door de probes te functionaliseren met een antilichaam dat een tumorceloppervlakte-eiwit herkent, ze konden ze gebruiken om tumoren aan te pakken. De wetenschappers ontdekten dat, bij fotoakoestische beeldvorming, de tumor-gerichte sondes produceerden signalen die ongeveer drie keer sterker waren dan die van ongemodificeerde sondes. SERS gebruiken, het team was ook in staat om de concentraties van de sondes in de tumor te controleren, milt en lever in realtime met een hoge mate van gevoeligheid.

Amerikaanse Dinish, een senior wetenschapper in de groep van Olivo, herinnert zich de "verrassing van het team over de gevoeligheid en het potentieel van het nanoconstruct." Hij verwacht dat de sonde kan worden gebruikt om de chirurgische verwijdering van tumoren te begeleiden.