Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers ontwikkelen kleine nanoSABERs om de strijd tegen kanker te ondersteunen

Schematische illustratie voor de vorming van een alkyn-dimeer nanodeeltje door legumaïne-gemedieerde intracellulaire reductie en condensatie van de nanoSABER-sonde. a) Opeenvolging van reactiestappen die de transformatie van nanoSABER in een supramoleculaire zelf-geassembleerde structuur tonen. De rode pijl toont de plaats van de splitsing van peulvruchten, waarbij de Raman-reporters van alkyn en nitril respectievelijk in rood en groen worden weergegeven. b) Na intracellulaire internalisatie van nanoSABER in cellen met een hoog leguïnegehalte (DU145-cellen), ondergaat het reductie door GSH en splitsing door het peulvruchtenenzym. Vervolgens worden alkyndimeren gevormd, gevolgd door zelfassemblage tot alkyndimeer nanodeeltjes als gevolg van π – π-stapeling. c) Schematische weergave van het gebruik van nanoSABER voor gerichte Raman-beeldvorming van peulvruchtenactiviteit bij DU145- en LNCaP-tumordragende muizen. De spectrale kenmerken geassocieerd met de nanoSABER-sonde werden voornamelijk gedetecteerd in de DU145-tumoren vanwege de door legumaïne-enzym veroorzaakte intracellulaire zelfassemblage, wat ook resulteerde in een langere retentietijd van de sonde. Credit:Geavanceerde wetenschap (2023). DOI:10.1002/advs.202304164

Wanneer Jedi Knights een vijand moeten verslaan, halen ze hun vertrouwde lichtzwaarden tevoorschijn. Dankzij Johns Hopkins-onderzoekers kunnen artsen die kanker proberen te vernietigen in de toekomst minuscule moleculaire nanoSABERs hanteren waarmee ze naar tumoren kunnen kijken op manieren die nooit eerder mogelijk waren.



Geïnspireerd door het proces dat cellen gebruiken om eiwitten te assembleren, heeft een team onder leiding van twee onderzoekers:Ishan Barman van de Whiting School of Engineering van de universiteit en Jeff W. Bulte, hoogleraar radiologie en radiologische wetenschappen aan de School of Medicine, die ook verbonden is aan JHU's Instituut voor NanoBioTechnologie – heeft oneindig kleine sondes gemaakt die oplichten wanneer ze bepaalde enzymen tegenkomen die in kankercellen worden aangetroffen. Het vermogen om tumoren in hun geheel (en in een vroeg stadium) te visualiseren zou de beeldvorming van kanker aanzienlijk kunnen verbeteren, behandelingsopties kunnen informeren en de resultaten voor de patiënt kunnen verbeteren.

"Dit zou een gamechanger kunnen zijn voor de behandeling van kanker", zegt Barman, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Whiting School, over de zelfassemblerende biorthogonale enzymherkenningssondes (nanoSABER). De resultaten van het team verschijnen in Advanced Science .

Momenteel zijn weefselbiopten de gouden standaard voor het opsporen van de meeste vormen van kanker, hoewel ze onnauwkeurig kunnen zijn en zelfs delen van tumoren die in de marges op de loer liggen over het hoofd kunnen zien. De aanpak van het Johns Hopkins-team zou dat probleem kunnen oplossen, waardoor artsen kankeractiviteit over hele tumoren kunnen visualiseren en inzicht kunnen krijgen in de mogelijke agressiviteit ervan.

Een 3D-afbeelding van nanoSABRE in DU145-cellen. Credit:Johns Hopkins Universiteit

Enzymen, vooral peulvruchten, spelen een leidende rol bij de ontwikkeling en progressie van kanker.

De nieuwe tool van het team assembleert zichzelf in de aanwezigheid van deze kankergerelateerde enzymen en zendt een signaal uit dat vervolgens kan worden opgepikt door Raman-spectroscopie, een visualisatietechniek die moleculaire trillingen analyseert om stoffen te identificeren en te karakteriseren. Hierdoor kunnen de sondes kankercellen nauwkeurig lokaliseren.

Het Johns Hopkins-team zegt dat deze methode artsen ook in staat zou kunnen stellen de accumulatie van kankermedicijnen in tumoren tijdens de behandeling nauwkeuriger te monitoren, wat een indicatie geeft van hoe goed die behandelingen werken.

"Het vermogen van de sondes om een ​​helder beeld te geven van de moleculaire, cellulaire en weefselniveaus biedt een alomvattend perspectief", zegt hoofdauteur Swati Tanwar, een postdoctoraal onderzoeker in de werktuigbouwkunde. "Het is absoluut noodzakelijk om te begrijpen wat er werkelijk aan de randen van de tumor gebeurt om volledige verwijdering van de kanker te garanderen en de kans op herhaling te minimaliseren."

Co-auteurs van de studie bij Johns Hopkins zijn onder meer Behnaz Ghaemi, Piyush Raj, Aruna Singh, Lintong Wu, Dian R. Arifin en Michael T. McMahon. Tot het team behoorde ook Yue Yuan van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China.

Meer informatie: Swati Tanwar et al, Een slimme intracellulaire zelf-assemblerende bioorthogonale Raman-actieve nanosonde voor gerichte tumorbeeldvorming, Geavanceerde wetenschap (2023). DOI:10.1002/advs.202304164

Journaalinformatie: Geavanceerde wetenschap

Aangeboden door Johns Hopkins Universiteit