De grote visie van Fabien Pinaud voor de behandeling van kanker is gericht op de kleinste doelwitten.

Samen met een team van wetenschappers, hij creëerde een nieuwe hybride nano-sonde die zou kunnen leiden tot niet-invasieve detectie en behandeling van de ziekte op het niveau van een enkele cel.

Pinaud, assistent-professor biologische wetenschappen, scheikunde en natuurkunde en astronomie bij USC Dornsife, ontwikkelde een methode voor het versterken van een biochemisch signaal op het oppervlak van kankercellen.

De nieuwe techniek bindt en assembleert gouden nanodeeltjes in levende cellen met behulp van twee fragmenten van een fluorescerend eiwit als 'moleculaire lijm'. Deze kleine sondes werken als versterkers, het verbeteren van het vermogen van onderzoekers om verschillende biomarkers te detecteren - dingen zoals tot overexpressie gebrachte of gemuteerde eiwitten - die in kankercellen worden aangetroffen.

Het versterkte signaal stelt de wetenschappers in staat om kankercellen te onderscheiden van gezonde cellen door het gebruik van Raman-spectroscopie, een gespecialiseerde laserbeeldvormingstechniek.

"Onze aanpak maakt gebruik van het feit dat we twee verschillende nanodeeltjes hebben die, zelfstandig, zijn niet actief, maar die actief worden wanneer ze zich op kankercellen verzamelen, " zei Pinaud, hoofdonderzoeker van de Single Molecule Biophotonics Group en co-auteur van een verwante studie, gepubliceerd op 9 februari in Natuurcommunicatie .

Recht op het doel

Het gebruik van "moleculaire lijm" -assemblages om nieuwe nano-sondes te ontwerpen is tegenwoordig een gangbare praktijk in biomedisch onderzoek, maar de meeste wetenschappers bouwen deze met DNA in plaats van eiwit. Terwijl veelbelovende optische sondes worden gegenereerd met behulp van DNA-assemblages in reageerbuizen, DNA is geen praktisch hechtmiddel in levende cellen. Eiwitten zijn vaak beter.

Pinaud en zijn team beginnen met een fluorescerend eiwit, een die oplicht wanneer er ultraviolet-blauw licht op schijnt. Het fluorescerende eiwit wordt in twee fragmenten gesplitst en elk stuk is bevestigd aan een set gouden nanodeeltjes. Beide sets nanodeeltjes richten zich op cellen en binden specifiek aan biomarkers aan het celoppervlak. Als de nanodeeltjes botsen op een kankercel, de eiwitfragmenten komen op natuurlijke wijze weer samen in het hele fluorescerende eiwit.

Het herstructureringsproces biedt twee voordelen. Eerst, de activering van een nieuw biochemisch signaal in het fluorescerende eiwit wordt enorm versterkt door de nanodeeltjes, die detectie door Raman-beeldvorming mogelijk maakt.

Tweede, warmte en ultrageluid worden geproduceerd wanneer de laser de nanodeeltjes raakt, en dat kan worden gemeten met ultrasone detectoren. Dit dubbele effect geeft een groot vertrouwen dat een gedetecteerde cel daadwerkelijk kanker is en geen vals-positief signaal van een gezonde cel.

Wetenschappers zullen vervolgens de mogelijkheid onderzoeken om individuele kankercellen te vernietigen, terwijl gezonde cellen ongedeerd blijven, door de laser te gebruiken om de nanodeeltjes op te warmen. "Van beeldvorming naar cellen doden gaat gewoon over het draaien van de knop op de laser die je gebruikt, ' zei Pinaud.

Nieuwsgierigheid voedt convergentie

Pinaud voerde het onderzoek uit met zijn voormalige afstudeerstudent en co-auteur, Tuğba Koker, doctoraat Na een opleiding tot bioloog in Turkije, Köker las in 2011 een paper van Pinaud dat de basis legde voor dit onderzoek naar fluorescerende eiwitten. Ze mailde hem over de mogelijkheid om samen te werken aan het project als onderdeel van haar afstudeeronderzoek.

"Ik zat de volgende week in het vliegtuig, ' zei Kok.

Ze herinnert zich de dag waarop ze de eerste laboratoriumbeelden ontving die het succes van hun experiment lieten zien. "Ik kon het niet geloven. Het was het moment van de doorbraak."

Terwijl Pinaud opgewonden was, ze zei dat hij ook sceptisch was. "Zo is Fabien. Hij wil altijd meer zekerheid."