Onderzoekers hebben een nieuwe vorm van nanodeeltjes en bijbehorende beeldvormingstechniek ontwikkeld die meerdere biomarkers voor ziekten kan detecteren, waaronder die voor borstkanker, gevonden in diep weefsel in het lichaam.

Gerapporteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie , het onderzoek opent een nieuwe weg in minimaal invasieve ziektediagnose en zal mogelijk wijdverbreid worden gebruikt voor zowel biomedisch onderzoek als voor klinische toepassingen.

"Het gebruik van nanodeeltjes voor bio-imaging van ziekten is een opwindend en snel evoluerend wetenschapsgebied, " zegt onderzoeksauteur Dr. Yiqing Lu van het ARC Centre of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie-universiteit.

"Speciaal ontworpen nanodeeltjes kunnen in biologische monsters worden geplaatst of op specifieke plaatsen van het lichaam worden geïnjecteerd en vervolgens worden 'opgewonden' door geïntroduceerd licht zoals dat van een laser of een optische vezel, " hij zegt.

"Ziekte-biomarkers die het doelwit zijn van deze nanodeeltjes, onthullen zichzelf, door hun eigen specifieke golflengtesignaturen uit te zenden die kunnen worden geïdentificeerd en afgebeeld."

Een belangrijke beperking is echter dat met dit type detectietechniek slechts één enkele ziektebiomarker tegelijk in het lichaam kan worden onderscheiden en gekwantificeerd.

"Detectie van meerdere biomarkers (bekend als multiplexing) in het lichaam was een grote uitdaging voor onderzoekers, " zegt dr. Lu.

"De weefselomgeving is extreem complex - vol met lichtabsorberende en verstrooiende elementen zoals bloed, spier en kraakbeen. En het introduceren van meerdere nanodeeltjes op een site, werkend op meerdere golflengten om meerdere biomarkers te detecteren, veroorzaakt te veel interferentie. Het maakt het extreem moeilijk om nauwkeurig te bepalen of een reeks ziektebiomarkers aanwezig is."

Wat Dr. Lu en het onderzoeksteam hebben gedaan om dit probleem op te lossen, is het ontwikkelen van innovatieve nanodeeltjes die licht uitstralen met dezelfde frequentie (nabij infrarood licht) maar die kunnen worden gecodeerd om licht uit te zenden voor bepaalde tijdsperioden (in de tijdbereik van microseconden tot milliseconden).

"Het is de duur van de lichtemissie en de biomarkerreactie op deze getimede hoeveelheid licht (bekend als luminescentielevensduur) die een duidelijk herkenbare moleculaire signatuur produceert, " hij zegt.

"Meerdere biomarkers voor ziekten kunnen duidelijk worden geïdentificeerd en afgebeeld op basis van deze benadering, omdat er geen overlappende golflengten zijn die de meting verstoren."

"Dit maakt optische biomedische beeldvorming met hoog contrast mogelijk die meerdere biomarkers voor ziekten tegelijk kan detecteren." zegt dr. Lu.

In een opwindende doorbraak in laboratoriumtests, de innovatieve nanodeeltjes hebben meerdere vormen van borstkankertumoren bij muizen kunnen detecteren.

"We zijn enorm enthousiast waar dit werk ons ​​brengt, ", zegt professor Fan Zhang van de Fudan University (China) en mede-hoofdauteur van de onderzoekspublicatie.

"We waren in staat om met succes belangrijke biomarkers voor een aantal verschillende subtypes van borstkanker te detecteren en te identificeren."

"Deze techniek heeft het potentieel om een ​​laag-invasieve methode te bieden om te bepalen of borstkanker aanwezig is, evenals de vorm van borstkanker, zonder de noodzaak om weefselmonsters via biopsie te nemen."

"Uiteindelijk zullen onze nieuwe nanodeeltjes kwantitatieve beoordeling mogelijk maken voor een breed scala aan biomarkers voor ziekten en kanker, allemaal tegelijk. De techniek zal kunnen worden gebruikt voor vroege ziektescreening en mogelijk worden gebruikt in geïntegreerde therapie, " zegt professor Fan Zhang.

Professor Jim Piper, CNBP-knooppuntleider aan de Macquarie University en ook een auteur op het papier is eveneens optimistisch over de verkregen resultaten.

"Dit is een belangrijke vooruitgang in een langetermijninspanning in ons centrum aan de Macquarie University om innovatieve technieken te ontwikkelen voor de gelijktijdige detectie van meerdere ziektemarkers bij mens en dier, " hij zegt.

"De volgende stappen in onze onderzoekssamenwerking zijn het verder verfijnen van de nanodeeltjes, om problemen te onderzoeken die verband houden met een klinische uitrol van de technologie en om verdere toepassingen en ziektegebieden te verkennen waar deze techniek het best kan worden gebruikt."

Gerapporteerd in het journaal Natuur Nanotechnologie , het internationale team van onderzoekers dat bij het onderzoek betrokken is, is gevestigd in het ARC Centre of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie University en Fudan University, China.

Opmerkelijk, het werk is een uitbreiding van eerder onderzoek naar nanodeeltjesbeeldvorming dat is uitgevoerd door Dr. Lu aan de Macquarie University, waaraan een patent is toegekend in de Verenigde Staten en China, en die al in licentie is gegeven bij commerciële partners.