Om tumoren in het lichaam te markeren voor de diagnose van kanker, artsen kunnen kleine optische sondes (nanoprobes) gebruiken die oplichten wanneer ze zich hechten aan tumoren. Met deze nanosondes kunnen artsen de locatie detecteren, vorm en grootte van kankers in het lichaam.

De meeste nanosondes zijn fluorescerend; ze absorberen licht van een bepaalde kleur, zoals blauw en zend dan tegenlicht van een andere kleur uit, zoals groen. Echter, aangezien weefsels van het menselijk lichaam ook licht kunnen uitstralen, het onderscheiden van het nanosondelicht van het achtergrondlicht kan moeilijk zijn en tot een verkeerde interpretatie leiden.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Imperial College London hebben nieuwe nanosondes ontwikkeld, genaamd bioharmonophores en gepatenteerd bij Imperial, die licht uitstralen met een nieuw type gloeiende technologie die bekend staat als tweede harmonische generatie (SHG).

Na het testen van de nanosondes in zebravisembryo's, vonden de onderzoekers dat bioharmonoforen, die werden aangepast om kankercellen te targeten, gemarkeerd tumoren helderder en voor langere perioden dan fluorescerende nanosondes. Hun licht kan gemakkelijk worden opgemerkt en onderscheiden door het weefsel dat over het algemeen licht uitstraalt, en ze hechten zich ook precies aan tumorcellen en geen gezonde cellen, waardoor ze nauwkeuriger zijn in het detecteren van tumorranden.

Hoofdonderzoeker Dr. Periklis Pantazis van Imperial's Department of Bioengineering zei:"Bioharmonophores zouden een effectievere manier kunnen zijn om tumoren te detecteren dan momenteel beschikbaar is. Ze combineren op unieke wijze functies die geweldig zouden kunnen zijn voor de diagnose en therapie van kanker in de klinische praktijk en zouden uiteindelijk de resultaten na verder onderzoek."

De bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano .

Bioharmonoforen zijn zowel biocompatibel als biologisch afbreekbaar omdat ze zijn gemaakt van peptiden - dezelfde ingrediënten van eiwitten die in het lichaam worden aangetroffen. Ze worden op natuurlijke wijze binnen 48 uur in het lichaam gemetaboliseerd en het is daarom onwaarschijnlijk dat ze op lange termijn gezondheidsrisico's opleveren.

Om precieze tumordetectie te onderzoeken, de onderzoekers injecteerden eerst zebravisembryo's met kwaadaardige kankercellen, waardoor tumorcellen ongecontroleerd konden prolifereren. Vierentwintig uur later injecteerden ze bioharmonoforen die gemodificeerd waren om zich te richten op p32-peptidemoleculen die specifiek in tumorcellen worden gevonden. Vervolgens gebruikten ze beeldvormingstechnieken bij Imperial's Facility for Imaging by Light Microscopy om te bestuderen hoe goed de gemodificeerde bioharmonoforen de tumoren detecteerden.

Ze ontdekten dat bioharmonoforen een uitstekende detectiegevoeligheid hadden, wat betekent dat ze zich hechten aan specifieke tumorcellen, maar niet aan gezonde. Fluorescentie-enabled nanosondes hebben de neiging om minder specifiek te hechten, wat betekent dat ze gezonde cellen verkeerd kunnen voorstellen als tumorcellen, of vice versa.

Ze ontdekten ook dat, in tegenstelling tot fluorescentie, bioharmonoforen 'bleken' niet, wat betekent dat ze hun vermogen om licht uit te stralen in de loop van de tijd niet verloren. In aanvulling, het door bioharmonoforen uitgestraalde licht verzadigde niet zoals bij fluorescerende nanosondes gebeurt, wat betekent dat ze helderder werden wanneer ze met meer licht werden verlicht. Zo werden tumoren nog duidelijker.

Dr. Pantazis zei:"Het is erg belangrijk dat tumornanoprobes cellen specifiek en duidelijk markeren voor de diagnose van kanker. Onze proof-of-concept-studie suggereert dat de zeer heldere bioharmonoforen krachtige hulpmiddelen kunnen zijn bij het diagnosticeren van kanker en het richten van behandelingen in de komende jaren. "

De vervaardiging van bioharmonoforen is goedkoop, reproduceerbaar, schaalbaar en duurt ongeveer twee dagen bij kamertemperatuur. Ze moeten nu worden getest bij zoogdieren om te bepalen hoe goed de bevindingen zich vertalen buiten de zebravis.

De onderzoekers onderzoeken ook hoe bioharmonoforen kunnen worden gebruikt om chirurgische ingrepen te begeleiden tijdens kankerchirurgie, en hoe ze licht op verschillende frequenties kunnen genereren om mogelijk tumorcellen met hoge precisie te doden.

"Biologisch afbreekbare harmonoforen voor gerichte in vivo tumorbeeldvorming met hoge resolutie" door Ali Yasin Sonay, Konstantinos Kalyviotis, Sine Yaganoglu, Aysen Unsal, Martina Konantz, Claire Teulon, Ingo Lieberwirth, Sandro Sieber, Shuai Jiang, Shahed Behzadi, Daniël Crespy, Katharina Landfester, Sylvie Roke, Claudia Lengerke, en Periklis Pantazis, gepubliceerd 25 februari 2021 in ACS Nano .