211service.com
Att se tumörer med kvantprickar
Forskare vid Carnegie Mellon University (CMU), i Pittsburgh, använder fluorescerande nanopartiklar för att avbilda tumörvävnad under biopsier och operationer. Bildtekniken, som testas på gnagare, kan vara särskilt användbar för att exakt upptäcka tumörer under operationer för att ta bort glioblastom, en av de vanligaste och mest aggressiva formerna av hjärncancer. I genomsnitt överlever patienterna mindre än ett år efter sin diagnos med denna dödliga form av hjärncancer, delvis på grund av svårigheten att kirurgiskt ta bort hela tumören.
Glödande tumörer: Fluorescerande kvantprickar som injiceras i levande råttor byggs upp i hjärntumörer, men inte i den omgivande vävnaden. Den här bilden kombinerar ett fotografi med vitt ljus av hjärnorna med en infraröd bild där blått är den lägsta nivån av intensitet och rött är den högsta. Kvantprickar är koncentrerade i en tumör i hjärnan till vänster; hjärnan till höger, en kontroll, innehåller inga tumörer.
Leds av CMU-kemist Marcel Bruchez och Steven Toms, chef för neurokirurgi vid Geisinger klinik , i Danville, PA, tog forskarna skarpa fluorescerande bilder av hjärntumörer, kallade gliom, hos råttor. Råttorna hade injicerats med nanopartiklar som avger infrarött ljus när de exciteras av synligt ljus. De infraröda strålarna som skapas av nanopartiklarna kan plockas upp av en liten kamera och ses av kirurger. Dessa kvantprickar har en kärna gjord av kadmium och tellurid, omgiven av ett zinksulfidskal, som i sin tur är omgivet av en skyddande polymerbeläggning.
Denna speciella typ av tumör är dåligt urskiljbar, säger Bruchez. Och när man tar bort hjärntumörer kan kirurger inte skära vida marginaler, annars kan patienter förlora hjärnans funktion.
Kirurger som tar bort en hjärntumör förlitar sig nu på en nyligen tagen bild från magnetisk resonanstomografi (MRT) för att orientera sig. Men, säger Bruchez, hjärnans konsistens är som en skål med Jell-O. När du väl börjar skära och ta bort vävnad, rör sig saker och ting och du kan inte lita på förkirurgisk avbildning. Han säger att kirurger lämnar efter sig gliomvävnad mer än halva tiden.
En lösning på problemet är att göra flera MR-undersökningar på patienten under operationen. Med denna extra vägledning, visade en studie, kan kirurger ta bort cirka 15 procent mer gliomvävnad. Men operationssalar som innehåller MR är dyra, och kirurger måste använda specialverktyg som inte kommer att påverkas av MR-magneten.
Bruchez och Toms fann att glödande kvantprickar som injiceras i en råttas blodomlopp förs till gliomvävnad - men inte till andra delar av hjärnan - av immunceller som kallas makrofager. Dessa celler uppslukar skräp som nanopartiklar och svärmar till infekterade och cancerösa vävnader som en del av kroppens inflammatoriska svar. Makrofagerna går inte till frisk hjärnvävnad.
Bruchez vill bygga ett bildbehandlingssystem som är kompatibelt med standardprocedurer. Att utrusta ett operationsrum för infraröd avbildning av tumörer skulle innebära att man lägger till en infraröd digitalkamera och installerar filter på lamporna för att eliminera omgivande infrarött ljus, vilket säkerställer att det enda infraröda ljuset i rummet kommer från kvantprickar. Kvantprickarna kan ställas in för att avge synligt ljus, vilket skulle eliminera behovet av bildbehandlingssystemet, men läkare skulle behöva stänga av lamporna för att se glöden från tumörer, sedan slå på dem igen och justera ögonen för att fortsätta med operationen .
Bruchez säger att han och hans medarbetare har haft goda resultat med ett system baserat på teknologin för att utföra kirurgiskt avlägsnande av tumörer hos gnagare, även om dessa resultat ännu är opublicerade. Han förväntar sig att arbetet kommer att gälla generellt för olika typer av cancer; annan opublicerad forskning av hans grupp, säger han, visar att makrofagers tendens att sluka upp kvantprickar och resa med dem till tumörvävnad gäller för många andra cancerformer.
Bruchez och Toms utvecklar också biopsinålar med optiska bildsystem. Hjärntumörbiopsier är normalt tidskrävande och träffar eller missar. Du går dit du tror att tumören är, tar ett prov, skickar det till patologilabbet och väntar på operationssalen på resultatet, säger Bruchez. Om kirurgerna missade tumören måste de ta ett nytt prov och vänta på resultatet igen. Om en patient först injicerades med tumörsökande kvantprickar som kunde detekteras av biopsinålen, kan processen vara så mycket lättare.
Säkerheten för kvantprickar för hjärnavbildning måste fortfarande undersökas. Kärnorna i kvantprickarna som Bruchez använder är gjorda av kadmium, och även om det hittills inte finns några bevis för att kadmiuminnehållande kvantprickar är giftiga, är vissa forskare försiktiga. Kadmium är väldigt giftigt, påpekar Wenbin Lin , en kemist vid University of North Carolina som utvecklar nanopartiklar för MRI med hög kontrast. Vi behöver oroa oss för det.
Visserligen, säger Bruchez, det finns bekymmer med kadmium, men formuleringen som används för fluorescensavbildning bör göra kadmium icke-biotillgängligt. De organiska polymererna som omger kadmiumet kan inte brytas ner av typiska biologiska processer, säger han. Men för att ta itu med toxicitetsproblem säger Bruchez att han utvecklar avbildningstekniker som kräver lägre doser av partiklarna och inkapslingsmetoder som gör metallen ännu mindre biotillgänglig.