Hun nieuwe technologie modificeert weefsels chemisch door ze in een gel in te bedden en de weefsels te ‘verzachten’ met een speciale chemische behandeling die eiwitstructuren scheidt zonder ze te vernietigen en waardoor weefsels kunnen uitzetten. Dit leverde opwindende bevindingen op voor de onderzoekers van MIT en Brigham, die routinematig commercieel verkrijgbare antilichamen gebruiken om zich te binden aan biomarkers in een monster en deze te verlichten.

Antilichamen zijn echter groot en kunnen vaak niet gemakkelijk celstructuren binnendringen om hun doel te bereiken. Door eiwitten uit elkaar te trekken met dExPath kunnen dezelfde antilichamen die voor kleuring worden gebruikt ruimtes binnendringen om eiwitten in weefsel te binden die vóór de expansie niet toegankelijk waren, waardoor structuren van nanometerformaat of zelfs celpopulaties worden benadrukt die voorheen verborgen waren.

‘Het menselijk brein beschikt over verschillende beveiligingen om zichzelf te beschermen tegen ziekteverwekkers en gifstoffen uit de omgeving. Maar deze elementen maken het bestuderen van hersenactiviteit een uitdaging. Het lijkt een beetje op autorijden door modder en sloten. We hebben geen toegang tot bepaalde celstructuren in de hersenen. hersenen vanwege barrières die in de weg staan”, zegt E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., voorzitter van de afdeling Neurochirurgie aan de Brigham. "Dat is slechts een van de redenen waarom deze nieuwe technologie de praktijk zo zou kunnen veranderen. Als we gedetailleerdere en nauwkeurigere beelden van hersenweefsel kunnen maken, kunnen we meer biomarkers identificeren en beter uitgerust zijn om agressieve hersenziekten te diagnosticeren en te behandelen."

Om de effectiviteit van dExPath te valideren, heeft het team van Boyden en Chiocca de technologie toegepast op gezond menselijk hersenweefsel, hoog- en laaggradig hersenkankerweefsel en hersenweefsel dat is aangetast door neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekten van Alzheimer en Parkinson. Onderzoekers kleurden weefsel op hersen- en ziektespecifieke biomarkers en maakten beelden voor en na het uitbreiden van monsters met dExPath.

De resultaten onthulden een uniforme en consistente expansie van het weefsel zonder vervorming, waardoor nauwkeurige analyse van eiwitstructuren mogelijk werd. Bovendien elimineerde dExPath effectief fluorescerende signalen in hersenweefsel genaamd lipofuscine, wat beeldvorming van subcellulaire structuren in hersenweefsels erg moeilijk maakt, waardoor de beeldkwaliteit verder wordt verbeterd. Verder zorgde dExPath voor sterkere fluorescentiesignalen voor verbeterde labeling en gelijktijdige labeling van maximaal 16 biomarkers in hetzelfde weefselspecimen. Met name bleek uit dExPath-beeldvorming dat tumoren die eerder als 'laaggradig' waren geclassificeerd, agressievere kenmerken en celpopulaties vertoonden, wat erop wijst dat de tumor veel gevaarlijker zou kunnen worden dan verwacht.