Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas hebben een veelbelovende methode ontwikkeld voor het op afstand stimuleren van activiteit in diepe hersengebieden, het bevorderen van het begrip van hoe moleculen in de hersenen werken en de weg vrijmaken voor betere kankerbehandelingen en therapieën voor andere ziekten.

De aanpak is gebaseerd op de krachtige combinatie van gouden nanodeeltjes en lasers, die ook een cruciale rol speelt in een ander UT Dallas-onderzoeksproject gericht op het ontwikkelen van een snelle diagnostische test voor influenza en, mogelijk, het COVID-19-virus.

Goud voor neuromodulatie

Licht is een belangrijk hulpmiddel om biologische systemen te moduleren, maar absorptie en verstrooiing in biologische weefsels beperken de penetratie ervan aanzienlijk. Het systeem ontwikkeld door onderzoekers van de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science en de School of Behavioural and Brain Sciences verpakt moleculen in microscopisch kleine goudgecoate capsules, of nanoblaasjes, die erg gevoelig kunnen zijn voor nabij-infrarood licht.

Het systeem zou problemen bij de behandeling van ziekten kunnen oplossen, zoals ervoor zorgen dat medicatie wordt afgegeven aan moeilijk bereikbare tumoren in diepe hersengebieden, terwijl schade aan gezond weefsel wordt verminderd. Met behulp van dat voorbeeld, de nanoblaasjes en hun lading worden in het hersenweefsel geïnjecteerd. Externe nabij-infraroodlasers die het weefsel binnendringen, zorgen ervoor dat de capsules openen en het medicijn afgeven. De onderzoekers beschrijven de aanpak en resultaten van testen in een diermodel in een online gepubliceerd artikel in het chemietijdschrift Angewandte Chemie .

"Ons systeem zet licht om in een mechanische golf die het blaasje open schudt, " zei Dr. Zhenpeng Qin, assistent-professor werktuigbouwkunde aan de UT Dallas en corresponderende auteur van de studie.

Andere onderzoekers hebben bijna-infraroodlicht gebruikt om nanodeeltjes met medicijnen te activeren, zoals fosfolipide liposomen, die hun lading vrijgeven bij verhitting door de laser, maar Qin's benadering met goudgecoate nanoblaasjes gebruikt ongeveer 40 keer minder laserenergie.

Bij proeven in diermodellen, Qin en zijn collega's ontdekten dat het nabij-infrarode licht 4 millimeter in de hersenen doordrong, wat genoeg was om de meest gerichte hersengebieden te bereiken. Qin zei dat hij verwacht dat de laser ver genoeg doordringt om doelen diep in het knaagdierbrein te bereiken die belangrijke vragen over neuromodulatie zullen helpen beantwoorden.

Hoewel het nanoblaasjessysteem meer ontwikkeld en getest moet worden voordat het in de klinische zorg kan worden gebruikt, Qin zei dat de aanpak uiteindelijk zou kunnen worden toegepast op neurologische aandoeningen of andere vormen van kanker. Dr. Hejian Xiong, onderzoeksmedewerker in Qin's lab en co-auteur van het tijdschriftartikel, ontving een nieuwe postdoctorale beurs van het Phospholipid Research Center in Duitsland om het gebruik van met goud beklede nanovesicles en ultrakorte nabij-infraroodlasers te bestuderen om pijn bij patiënten na een operatie te richten en te verlichten. Het project heeft tot doel een aanpasbaar pijnbeheersysteem te bieden dat de behoefte aan opioïden zou kunnen verminderen.

Infectieziekte testen

In een apart onderzoeksproject Qin ontving onlangs een $293, 000 subsidie ​​van de Congressional Directed Medical Research Programs om een ​​snelle, nauwkeurige en goedkopere test voor infectieziekten, inclusief griep, dat zou kunnen worden uitgevoerd in artsenpraktijken. Het testprincipe zou ook kunnen worden toegepast om COVID-19 te diagnosticeren.

Terwijl veel artsen ter plaatse snelle grieptests uitvoeren, de tests kunnen griep missen in 30% tot 50% van de gevallen, volgens de Centers for Disease Control and Prevention. Monsters moeten naar een laboratorium worden gestuurd voor een nauwkeurige diagnose, wat dagen kan duren.

"We willen de gevoeligheid van de tests verbeteren, zodat artsen de beslissing kunnen nemen in het bijzijn van de patiënt, om te kunnen zeggen of je het hebt of niet, ' zei Qin.

Bij de testmethode gouden nanodeeltjes zijn gehecht aan antilichaammoleculen die eiwitmoleculen op het oppervlak van virussen kunnen herkennen en eraan kunnen binden. Onderzoekers passen korte laserpulsen toe om de nanodeeltjes te activeren om bellen op nanoschaal te genereren. of nanobellen. De accumulatie van de nanobellen signaleert de aanwezigheid van een virus.

"Door optica te gebruiken om de nanobellen te detecteren en te tellen, we kunnen gevoelig en snel de aanwezigheid van specifieke ademhalingsvirussen detecteren, ' zei Qin.

Een van de voordelen van de aanpak is dat er geen uitgebreide monstervoorbereiding nodig is, zei Qin. De methode zou artsen kunnen helpen virussen veel sneller te diagnosticeren en de kosten voor de gezondheidszorg te verlagen door de noodzaak van dure laboratoriumbezoeken te elimineren. De aanpak kan worden gebruikt om een ​​enkel virus of meerdere virussen te detecteren.

uiteindelijk, onderzoekers stellen zich voor dat de test op grote schaal wordt gebruikt in ziekenhuizen en klinieken die geen laboratoria hebben; echter, de diagnostische methode zal verder moeten worden getest voordat deze algemeen beschikbaar kan worden gemaakt.

Qin's groep werkt niet met het live coronavirus, alleen met virale genen, eiwitten en antilichamen. Qin heeft eerder dergelijke patiëntmonsters verkregen voor zijn onderzoek naar respiratoir syncytieel virus en influenza.