Wetenschappers hebben een manier gevonden om de grootte van speciale nanodeeltjes te regelen om hun gebruik voor zowel magnetische resonantie als nabij-infraroodbeeldvorming te optimaliseren. Hun aanpak zou chirurgen kunnen helpen dezelfde nanodeeltjes te gebruiken om tumoren vlak voor en tijdens de operatie te visualiseren met behulp van de twee verschillende beeldvormende technieken. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

"Magnetic resonance imaging wordt routinematig gebruikt bij pre-operatieve diagnose, terwijl chirurgen zijn begonnen met het gebruik van nabij-infrarood fluorescentiebeeldvorming tijdens chirurgische procedures, " zegt nanobiotechnoloog Kyohei Okubo van de Tokyo University of Science. "Onze nanodeeltjessondes zouden een bimodaliteit kunnen bieden die klinisch aantrekkelijk zal zijn voor onderzoekers en artsen van medische hulpmiddelen."

Keramische nanodeeltjes gemaakt met de zeldzame aardmetalen ytterbium (Yb) en erbium (Er) hebben een lage toxiciteit en langdurige nabij-infrarode luminescentie aangetoond, veelbelovend als contrastmiddel in MRI-scans en als fluorescerend middel voor nabij-infrarood fluorescentiebeeldvorming. Beelden van bloedvaten en organen in levende lichamen kunnen worden verkregen met de twee beeldvormingstechnieken door de nanodeeltjesoppervlakken verder te modificeren met op polyethyleenglycol (PEG) gebaseerde polymeren. Maar om de beeldresolutie te verbeteren, wetenschappers moeten tijdens het fabricageproces meer controle hebben over de grootte van nanodeeltjes.

Okubo en zijn collega's gebruikten een stapsgewijs fabricageproces dat begint met het mengen van zeldzame aardoxiden in water en trifluorazijnzuur. Het mengsel wordt verwarmd om een ​​vaste stof te vormen. Vervolgens wordt het opgelost in oplossing, oliezuur wordt toegevoegd en gas wordt verwijderd. Zogenaamde met zeldzame aarde gedoteerde keramische nanodeeltjes vormen zich wanneer deze oplossing wordt afgekoeld.

Nog een paar stappen leiden tot het coaten van de nanodeeltjesoppervlakken met PEG. De wetenschappers ontdekten dat ze de groeisnelheid van de nanodeeltjes konden vertragen door hun concentratie vóór het coatingproces te verhogen. Hierdoor konden ze nanodeeltjes vormen met een diameter van 15 en 45 nanometer.

Het team voerde een reeks tests uit om de eigenschappen van hun nanodeeltjes te onderzoeken. Ze ontdekten dat ze konden worden gebruikt voor het verkrijgen van hoogwaardige afbeeldingen van bloedvaten in levende muizen met behulp van MRI en nabij-infrarood fluorescentiebeeldvormingstechnieken. Verdere tests toonden aan dat de nanodeeltjes minimale toxiciteit vertoonden op fibroblastcellen van muizen bij gebruik in lage concentraties. Ze hebben ook een korte halfwaardetijd, wat betekent dat ze relatief snel uit het lichaam zouden worden verwijderd, waardoor ze veilig zijn voor klinisch gebruik.

Het team wil vervolgens onderzoeken hoe verschillende distributies van paramagnetische ionen op de nanodeeltjes hun magnetische eigenschappen beïnvloeden. Ze willen ook onderzoeken of aanpassingen aan de nanodeeltjes ze toepasbaar kunnen maken voor gebruik in op licht gebaseerde 'fotodynamische' therapieën voor de behandeling van huidkanker en acne, bijvoorbeeld.