Zlaté nanočástice namalují přesný obraz nádorů mozku před a během operace

Anonim

Zlaté nanočástice namalují přesný obraz nádorů mozku před a během operace

Lékařský

Darren Quick

16. dubna 2012

Navíc k MRI (na snímku), nanočástice zlata umožňují obraz nádorů mozku být fotoakusticky zobrazeny a pomocí Ramanova zobrazování lépe vymezovat hranice nádorů před a během operace mozku (Photo: Shutterstock)

Vědci na Stanfordské univerzitě vytvořili nanočástice, které dokážou přesně vyzdvihnout mozkové nádory. Protože nanočástice mohou být zobrazeny třemi různými způsoby, mohou být použity k vymezení hranic nádorů před a během operace mozku, aby se usnadnilo úplné odstranění nádorů. Vědci již používají nanočástice k odstranění nádorů mozku myší s nebývalou přesností a doufají, že tato technika by mohla být použita i v budoucnu.

"U mozkových nádorů chirurgové nemají luxus, aby odstranili velké množství okolní normální mozkové tkáně, aby se ujistil, že žádné rakovinové buňky nezůstaly, " řekl Dr. Sam Gambhir, PhD a předseda radiologie a ředitel Molekulární Imaging Program v Stanfordu. "Musíte jasně nechat co nejvíce zdravého mozku neporušený, jak můžete."

Nicméně odstranění celého nádoru při zachování normální mozkové tkáně je téměř nemožné ani pro ty nejdokonalejší chirurgy. To platí zejména u glioblastomů, což je nejvíce agresivní forma nádoru na mozku, která vykazuje drsné hrany a drobné prstové projekce, které běžně sledují cesty krevních cév a nervových cest k infiltraci zdravých tkání.

Minulé nádorové náplasti, nazývané mikrometastázy, které jsou způsobeny migrací a replikací buněk z primárního nádoru, mohou dotýkat jinak zdravé okolní tkáně a být neviditelné pro holé oči předtím, než vstoupí do nových nádorů.

Nanočástice navržené v Gambhirově laboratoři jsou v podstatě miniaturní zlaté kuličky o průměru menším než pět miliónů palec - zhruba jedna šestina průměru lidské červené krve - které jsou potaženy zobrazovacími činidly.

"Předpokládali jsme hypotézu, že tyto částice, podávané intravenózně, by byly přednostně doma v nádorech, ale ne zdravé mozkové tkáně, " řekl Gambhir, který je také členem Stanfordského onkologického institutu. "Drobné krevní cévy, které přivádějí nádor na mozku, jsou netěsné, takže jsme doufali, že kuličky budou z těchto cév vykrvávat a usadit se v nedalekém nádorovém materiálu."

Zobrazování trojitých ohrožení

Povrchové povlaky aplikované na nanočástice je činí viditelnými třemi různými zobrazovacími technikami, z nichž první je zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). Ačkoli jsou MRI již použity k určení polohy nádoru před operací, nemohou poskytnout dokonalý obraz agresivně rostoucího nádoru v době operace.

Druhým je fotoakustické zobrazování, které zahrnuje vystavení nanočástic pulzům světla, které jsou absorbovány zlatými jádry, což má za následek, že částečky se trochu zahřívají a produkují detekovatelné ultrazvukové signály, které umožňují vypočítat trojrozměrný obraz nádoru. Vědci tvrdí, že tato metoda může být užitečná při vedení odstranění objemu nádoru během chirurgického zákroku, protože má vysokou penetraci hloubky a je vysoce citlivá na přítomnost zlata.

Třetí metoda se nazývá Raman imaging, který je také používán v SpectroPen, jehož cílem je pomoci chirurgům definovat hranice nádoru v reálném čase během operace. V tomto případě nánosy nanočástic zlata zesilují téměř nedetekovatelné Ramanovy signály odvozené určitými materiály, aby mohly být zachyceny zvláštním mikroskopem.

Vyzkoušejte

Poté, co se ukázalo, že nanočástice zlata specificky zaměřují pouze na nádorovou tkáň, tým implantoval do mozku laboratorních myší několik různých typů lidských buněk glioblastomu. Poté naneste nanočástice nanočástice nanočástice do chvostových žil myší a byli schopni vizualizovat nádory, které byly buňkami glioblastomu rozmnoženy všemi třemi zobrazovacími technikami.

Zatímco ani MRI ani fotoakustické zobrazování samotné nemohly rozlišovat zdravou tkáň od rakovinového tkáně na dostatečně krátké úrovni k identifikaci každého posledního bitu nádoru, MRI skeny poskytly předoperačně dobrý obraz o obecných tvarech a umístění nádoru, zatímco fotoakustická zobrazování poskytovalo přesné vizualizace okrajů nádorů v reálném čase během operace.

Po vyčištění většiny myšího nádoru pomocí těchto zobrazovacích technik bylo vysoce citlivé Ramanové zobrazení následně použito k označování reziduálních mikrometastáz a malých prstů podobných projekcí zbývajících v sousední zdravé tkáni, které byly zmeškány vizuální kontrolou. Vzhledem k tomu, že studie zjistila, že Ramanovy signály pocházejí pouze z nanočástic nanášených na nádor, bylo možné tyto nebezpečné zbytky odstranit.

"Nyní se můžeme naučit nádorový rozsah předtím, než jdeme do operačního sálu, řídit se molekulární přesností během excizní procedury samotné a poté ihned poté vidět" neviditelný zbytkový nádorový materiál a vzít to taky, "řekl Gambhir.

Gambhir naznačuje, že specifita nádorů nanočástic, kombinovaná s jejich schopností zahřát se na fotoakustickou stimulaci, by jim dala potenciál využít k selektivnímu zničení nádorů. Dodal, že přesnost zvýraznění nádorů může být použita i u jiných typů nádorů.

Týmová studie je publikována online v Nature Medicine .

Zdroj: Stanfordská univerzita

Navíc k MRI (na snímku), nanočástice zlata umožňují obraz nádorů mozku být fotoakusticky zobrazeny a pomocí Ramanova zobrazování lépe vymezovat hranice nádorů před a během operace mozku (Photo: Shutterstock)