Chemici van Stanford hebben een nieuwe beeldvormingstechniek voor diep weefsel ontwikkeld die onder de huid van levende proefpersonen kan kijken om begraven tumoren met ongeëvenaarde helderheid te verlichten.

In een nieuwe studie gepubliceerd in het 30 september nummer van het tijdschrift Natuur Biotechnologie , de onderzoekers laten zien hoe hun techniek kan worden gebruikt om de respons van kankerpatiënten op immunotherapie te voorspellen en hun voortgang na behandeling te volgen.

"We noemen dit infraroodzicht voor niet-invasief turen in biologische weefsels, " zei studieleider Hongjie Dai, de JG Jackson en C.J. Wood hoogleraar scheikunde aan de Stanford School of Humanities and Sciences.

De techniek is gebaseerd op nanodeeltjes die het element erbium bevatten, die behoort tot een klasse van zogenaamde zeldzame-aardemineralen die door chemici worden gewaardeerd vanwege hun unieke vermogen om in het infrarood te gloeien.

Het team bedekte de nanodeeltjes met een chemisch geconstrueerde coating die de deeltjes helpt oplossen in de bloedbaan en ze ook minder giftig maakt en het lichaam sneller verlaat. In aanvulling, de coating biedt verankeringspunten voor moleculen die werken als geleide raketten om specifieke eiwitten op cellen te lokaliseren en eraan te hechten.

De mist opruimen

Onder een energiezuinige LED-lamp, de erbiumdeeltjes koesteren gerichte weefsels of zelfs individuele cellen in een heldere infrarode gloed die dieper en met een fijnere resolutie kan worden gezien dan conventionele beeldvormingstechnieken, zeggen de onderzoekers. "Het is alsof je tijdens het rijden op een snelweg voor en nadat de mist op een winterdag verdampt, " zei studie co-eerste auteur Yeteng Zhong, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Dai. "De gecombineerde beelddiepte, moleculaire specificiteit en multipliciteit, en ruimtelijke en temporele resolutie zijn onbereikbaar door eerdere technieken."

In een video die de kracht van hun nanosondes belicht, de vertakte bloedvaten van een brein in een levende muis zijn gelimineerd in een blauwgroen licht en verschuiven als het wezen zijn hoofd beweegt. "Onze aanpak maakt het mogelijk om in een intact muizenbrein te kijken, terwijl conventionele benaderingen alleen de hoofdhuid zien, " zei studie co-eerste auteur Zhuoran Ma, een afgestudeerde student in het lab van Dai.

In de studie, de onderzoekers laten zien dat hun techniek tumoren kan identificeren bij muizen die een eiwit dragen dat hen kwetsbaar maakt voor kankermedicijnen die het eigen immuunsysteem van het lichaam activeren. Deze benadering zou een niet-invasieve manier kunnen zijn om patiënten te identificeren die goed zouden reageren op die medicijnen zonder dat er een monster hoeft te worden genomen, of biopsie, van de tumor, zoals ze momenteel moeten doen.

evenzo, erbium-nanodeeltjes kunnen de reacties van patiënten volgen na kankertherapie om na te gaan of ze reageren op de medicijnen en of hun tumoren zijn gekrompen.

Als demonstratie, Dai en zijn collega's combineerden hun erbium-nanodeeltjes met een andere infraroodbeeldvormingstechniek om gelijktijdig twee moleculaire doelen - kankercellen en T-cellen - in beeld te brengen. Het resultaat is een gelaagde, veelkleurige momentopname die T-cellen laat zien die zich op een tumor van elders in het lichaam van de muis nestelen.

De onderzoekers zeiden dat hun techniek chirurgen ook in staat zou kunnen stellen om tumoren nauwkeuriger uit te snijden en biologen en medische onderzoekers te helpen bij het bestuderen van fundamentele processen in cellen.