Onderzoekers van de School of Biomedical Engineering &Imaging Sciences hebben voor het eerst een nieuwe studie gepubliceerd waarin het gebruik van positron emissie deeltjestracking (PEPT) bij een levend onderwerp wordt onderzocht.

PEPT-technologie maakt de 3D-lokalisatie en tracking van een enkel radioactief deeltje mogelijk binnen grote, dichte en/of optisch ondoorzichtige systemen, wat moeilijk te bestuderen is met andere methodologieën. De technologie wordt momenteel gebruikt om stromingen binnen complexe mechanische systemen zoals grote motoren, industriële mixers, etc. te bestuderen, maar is nog niet vertaald voor gebruik in biomedische toepassingen.

PEPT was voorheen een onontgonnen gebied in de biomedische beeldvorming vanwege het gebrek aan methoden om een ​​enkel deeltje te isoleren en radioactief te labelen dat klein genoeg is en voldoende radioactiviteit heeft om het in een levend individu te kunnen injecteren en detecteren.

In deze nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Nanotechnology Hoofdauteur dr. Juan Pellico en een multidisciplinair team onder leiding van dr. Rafael T.M. de Rosales waren voor het eerst in staat om een ​​enkel submicrometerdeeltje silica met voldoende radioactiviteit te synthetiseren, radioactief te labelen en te isoleren om detectie met zowel standaard PET-beeldvorming als PEPT mogelijk te maken .

"Onze ambitie is om deze bevindingen verder te ontwikkelen en verbeterde PEPT-tracers te ontwikkelen die ons in staat zullen stellen het potentieel van PEPT in de biogeneeskunde volledig te onderzoeken om informatie over het hele lichaam te verschaffen over de dynamiek van de bloedstroom in verschillende omgevingen, met unieke toepassingen zoals de studie van complexe meerfasige bloedstroom, cruciaal in de klinische fysiologie en medicijnafgifte”, zegt Dr. Rafael T.M. de Rosales, lector beeldvormingschemie aan de School of Biomedical Engineering &Imaging Sciences.

"Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer het gebruik van afzonderlijke deeltjes voor uiterst nauwkeurige PEPT-geleide radiotherapie of chirurgie. Bovendien zou in vivo PEPT met afzonderlijke radioactief gemerkte cellen de evaluatie van de beweging en migratie van individuele cellen en hun interactie met bloedvaten en weefsels mogelijk moeten maken. Met PEPT kunt u de positie van het afzonderlijke deeltje in het lichaam met hoge precisie en in realtime trianguleren.

"Bij de huidige PET-beeldvormingsmethoden injecteren we miljarden of zelfs biljoenen radioactief gelabelde moleculen in de patiënten en de resulterende beelden vertegenwoordigen hun gemiddelde verdeling na een bepaalde tijdsperiode, meestal 10-30 minuten.

"Dit geeft je geen informatie over de snelheid van deze moleculen of hun exacte locatie in het lichaam in realtime, wat nuttig zou kunnen zijn voor de studie van de hemodynamiek, of hoe bloed door je bloedvaten stroomt.

"PEPT zou, door afzonderlijke deeltjes in realtime te volgen, de studie van de snelheid, dichtheid en algehele dynamiek van de bloedstroom mogelijk moeten maken die momenteel onmogelijk te bestuderen is met enige andere beeldvormingsmodaliteit. De studie van de hemodynamiek op het niveau van het hele lichaam is bijzonder actueel omdat er nu klinische PET-scanners voor het hele lichaam beschikbaar zijn, waarvan er binnenkort hier bij King's één zal worden geïnstalleerd."

In vivo PEPT heeft het potentieel om voor belangrijke doorbraken te zorgen in de evaluatie van abnormale gebeurtenissen bij hart- en vaatziekten of kanker waarbij de bloedstroom een ​​prominente impact heeft.

Toekomstige klinische toepassingen kunnen de gedetailleerde analyse omvatten van de bloedstroom en drukgradiënten in laesies zoals tumoren of vasculaire laesies, waar de bloedstroom abnormaal is, wat zou kunnen worden gebruikt om behandelingsopties voor patiënten te begeleiden.

Meer informatie: Pellico, J. et al., In vivo real-time positronemissiedeeltjestracking (PEPT) en PET met enkele deeltjes. Natuurnanotechnologie (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01589-8

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door King's College London