211service.com
Tumoren zien met Quantum Dots
Onderzoekers van de Carnegie Mellon University (CMU), in Pittsburgh, gebruiken fluorescerende nanodeeltjes om tumorweefsel in beeld te brengen tijdens biopsieën en operaties. De beeldvormingstechniek, die wordt getest bij knaagdieren, zou bijzonder nuttig kunnen zijn voor het nauwkeurig opsporen van tumoren tijdens operaties om glioblastomen te verwijderen, een van de meest voorkomende en agressieve vormen van hersenkanker. Gemiddeld overleven patiënten minder dan een jaar na hun diagnose met deze dodelijke vorm van hersenkanker, deels vanwege de moeilijkheid om de hele tumor operatief te verwijderen.
Gloeiende tumoren: Fluorescerende kwantumstippen die in levende ratten worden geïnjecteerd, hopen zich op in hersentumoren, maar niet in het omringende weefsel. Deze afbeelding combineert een witlichtfoto van de hersenen met een infraroodafbeelding waarin blauw het laagste intensiteitsniveau is en rood het hoogste. Quantum dots zijn geconcentreerd in een tumor in de hersenen aan de linkerkant; de hersenen aan de rechterkant, een controle, bevatten geen tumoren.
Onder leiding van CMU-chemicus Marcel Bruchez en Steven Toms, directeur neurochirurgie bij de Geisinger Kliniek , in Danville, PA, namen de onderzoekers scherpe fluorescerende beelden van hersentumoren, gliomen genaamd, bij ratten. De ratten waren geïnjecteerd met nanodeeltjes die infrarood licht uitstralen wanneer ze worden opgewonden door zichtbaar licht. De infraroodstralen van de nanodeeltjes kunnen worden opgevangen door een kleine camera en bekeken door chirurgen. Deze kwantumstippen hebben een kern van cadmium en telluride, omgeven door een zinksulfideschil, die op zijn beurt is omgeven door een beschermende polymeercoating.
Dit specifieke type tumor is slecht te onderscheiden, zegt Bruchez. En bij het verwijderen van hersentumoren kunnen chirurgen geen brede marges snijden, of patiënten kunnen hersenfunctie verliezen.
Chirurgen die een hersentumor verwijderen, vertrouwen nu op een recent genomen foto van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) om zich te oriënteren. Maar, zegt Bruchez, de consistentie van de hersenen is als een kom Jell-O. Zodra u begint met het snijden en verwijderen van weefsel, bewegen de dingen en kunt u niet vertrouwen op preoperatieve beeldvorming. Hij zegt dat chirurgen meer dan de helft van de tijd glioomweefsel achterlaten.
Een oplossing voor het probleem is om tijdens de operatie meerdere MRI-scans op de patiënt uit te voeren. Met deze extra begeleiding, zo bleek uit een onderzoek, kunnen chirurgen ongeveer 15 procent meer glioomweefsel verwijderen. Maar operatiekamers met MRI zijn duur en chirurgen moeten speciaal gereedschap gebruiken dat niet wordt beïnvloed door de MRI-magneet.
Bruchez en Toms ontdekten dat gloeiende kwantumstippen die in de bloedbaan van een rat worden geïnjecteerd, naar glioomweefsel worden gebracht - maar niet naar andere delen van de hersenen - door immuuncellen die macrofagen worden genoemd. Deze cellen verzwelgen puin zoals nanodeeltjes en zwermen naar geïnfecteerde en kankerachtige weefsels als onderdeel van de ontstekingsreactie van het lichaam. De macrofagen gaan niet naar gezond hersenweefsel.
Bruchez wil een beeldvormingssysteem bouwen dat compatibel is met standaard operationele procedures. Om een operatiekamer uit te rusten voor infraroodbeeldvorming van tumoren, zou een digitale infraroodcamera moeten worden toegevoegd en filters op de lampen moeten worden geïnstalleerd om het omgevingsinfraroodlicht te elimineren, zodat het enige infraroodlicht in de kamer afkomstig is van kwantumstippen. De kwantumstippen kunnen worden afgestemd om zichtbaar licht uit te zenden, waardoor het beeldvormingssysteem niet meer nodig is, maar artsen zouden de lichten moeten uitdoen om de gloed van tumoren te zien, ze vervolgens weer aanzetten en hun ogen aanpassen om door te gaan met de operatie .
Bruchez zegt dat hij en zijn medewerkers goede resultaten hebben geboekt met het gebruik van een systeem dat is gebaseerd op de technologie om tumoren bij knaagdieren chirurgisch te verwijderen, hoewel deze resultaten nog niet zijn gepubliceerd. Hij verwacht dat het werk in het algemeen van toepassing zal zijn op verschillende soorten kanker; ander ongepubliceerd onderzoek door zijn groep, zegt hij, toont aan dat de neiging van macrofagen om kwantumstippen op te slokken en met hen mee te reizen naar tumorweefsel, ook geldt voor veel andere vormen van kanker.
Bruchez en Toms ontwikkelen ook biopsienaalden met optische beeldvormingssystemen. Hersentumorbiopten zijn normaal gesproken tijdrovend en wisselend. Je gaat waar je denkt dat de tumor is, neemt een monster, stuurt het naar het pathologielab en wacht in de operatiekamer op de resultaten, zegt Bruchez. Als de chirurgen de tumor hebben gemist, moeten ze nog een monster nemen en opnieuw wachten op de resultaten. Als een patiënt eerst werd geïnjecteerd met tumorzoekende kwantumdots die konden worden gedetecteerd door de biopsienaald, zou het proces veel eenvoudiger kunnen zijn.
De veiligheid van kwantumdots voor beeldvorming van de hersenen moet nog worden onderzocht. De kernen van de door Bruchez gebruikte quantum dots zijn gemaakt van cadmium, en hoewel er tot nu toe geen bewijs is dat cadmium-bevattende quantum dots giftig zijn, zijn sommige onderzoekers op hun hoede. Cadmium is erg giftig, wijst erop Wenbin Lin , een chemicus aan de Universiteit van North Carolina die nanodeeltjes ontwikkelt voor contrastrijke MRI. Daar moeten we ons zorgen over maken.
Inderdaad, zegt Bruchez, zijn er zorgen over cadmium, maar de formulering die wordt gebruikt voor fluorescentiebeeldvorming zou het cadmium niet-biologisch beschikbaar moeten maken. De organische polymeren die het cadmium omringen, kunnen niet worden afgebroken door typische biologische processen, zegt hij. Om de bezorgdheid over de toxiciteit aan te pakken, zegt Bruchez echter dat hij beeldvormingstechnieken ontwikkelt die lagere doses van de deeltjes en inkapselingsmethoden vereisen die het metaal nog minder biologisch beschikbaar maken.