Een patiënt baden in led-licht kan op een dag een nieuwe manier bieden om tumoren te lokaliseren, volgens onderzoekers van Rice University.

Het spectrale triangulatiesysteem ontwikkeld door Rice-chemicus Bruce Weisman en zijn collega's is bedoeld om gerichte kankertumoren te lokaliseren die zijn gelabeld met aan antilichamen gekoppelde koolstofnanobuisjes. Het wordt beschreven in een artikel in het tijdschrift Royal Society of Chemistry nanoschaal .

Omdat de absorptie van kortgolvig infrarood licht in weefsels varieert met de golflengte, spectrale analyse van licht dat door de huid komt, kan de diepte van het weefsel onthullen waardoor dat licht is gegaan. Hierdoor kunnen de driedimensionale coördinaten van het nanobuisje worden afgeleid uit een kleine reeks niet-invasieve optische metingen.

De Rice-techniek is gebaseerd op het feit dat enkelwandige koolstofnanobuizen van nature fluoresceren bij kortegolf-infraroodgolflengten wanneer ze worden geëxciteerd door zichtbaar licht. Een zeer gevoelige detector, een InGaAs (indium gallium arsenide) lawinefotodiode genaamd, maakte het mogelijk om zwakke signalen te lezen van nanobuisjes tot 20 millimeter diep in het gesimuleerde weefsel dat voor laboratoriumtests wordt gebruikt.

"We gebruiken een ongewoon gevoelige detector die nog niet eerder op dit soort werk is toegepast, " zei Weisman, een erkende pionier voor zijn ontdekking en interpretatie van nabij-infrarood fluorescentie van enkelwandige nanobuisjes.

"Deze lawinefotodiode kan fotonen tellen in het kortegolf-infrarood, wat een uitdagend spectraal bereik is voor lichtsensoren. Het belangrijkste doel is om te zien hoe goed we emissie van zeer kleine concentraties nanobuisjes in biologische weefsels kunnen detecteren en lokaliseren. Dit heeft potentiële toepassingen in de medische diagnose."

Het gebruik van lichtemitterende diodes om de nanobuisjes te exciteren is effectief - en goedkoop, zei Weisman. "Het is relatief onconventioneel om leds te gebruiken, "zei hij. "In plaats daarvan, lasers worden vaak gebruikt voor excitatie, maar laserstralen kunnen niet in weefsels worden gefocust vanwege verstrooiing. We baden het oppervlak van het monster in ongericht LED-licht, die door de weefsels diffundeert en nanobuisjes binnenin opwekt."

Een kleine optische sonde die op het frame van een 3D-printer is gemonteerd, volgt een computergeprogrammeerd patroon terwijl de sonde zachtjes de huid raakt om metingen uit te voeren op rasterpunten die een paar millimeter uit elkaar liggen.

Voordat u de detector bereikt, licht van de nanobuisjes wordt gedeeltelijk geabsorbeerd door water terwijl het door weefsels reist. Weisman en zijn team gebruiken dat in hun voordeel. "Een tweedimensionale zoekopdracht vertelt ons de X- en Y-coördinaten van de zender, maar niet Z - de diepte, ' zei hij. 'Dat is heel moeilijk af te leiden uit een oppervlaktescan.'

Spectrale triangulatie overwint de beperking. "We maken gebruik van het feit dat verschillende golflengten van nanobuis-emissie verschillend worden geabsorbeerd door weefsel, " Zei Weisman. "Water (in het omringende weefsel) absorbeert de langere golflengten die uit nanobuisjes komen veel sterker dan de kortere golflengten.

"Als we nanobuisjes dicht bij het oppervlak detecteren, de emissies met lange en korte golflengte zijn relatief vergelijkbaar in intensiteit. We zeggen dat het spectrum onverstoord is.

"Maar als de emissiebron dieper is, water in dat weefsel absorbeert bij voorkeur de langere golflengten boven de kortere golflengten, " zei hij. "Dus de balans tussen de intensiteiten van de korte en lange golflengten is een maatstaf om te meten hoe diep de bron is. Zo krijgen we de Z-coördinaat."

De detector wordt nu getest in het lab van Dr. Robert Bast, een expert in eierstokkanker en vice-president voor translationeel onderzoek aan het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas.

"Het geeft ons een vechtkans om nanobuisjes dieper in weefsels te zien, omdat zo weinig van het licht dat nanobuisjes uitzenden zijn weg naar de oppervlakte vindt, " Zei Weisman. "We hebben dieper in de weefsels kunnen detecteren dan ik denk dat iemand anders heeft gemeld."