211service.com
Widzenie guzów za pomocą kropek kwantowych
Naukowcy z Carnegie Mellon University (CMU) w Pittsburghu wykorzystują nanocząsteczki fluorescencyjne do obrazowania tkanki nowotworowej podczas biopsji i operacji. Technika obrazowania, która jest testowana na gryzoniach, może być szczególnie przydatna do precyzyjnego lokalizowania guzów podczas operacji usunięcia glejaka, jednej z najczęstszych i najbardziej agresywnych postaci raka mózgu. Przeciętnie pacjenci przeżywają mniej niż rok po postawieniu diagnozy z tą śmiertelną postacią raka mózgu, częściowo z powodu trudności w chirurgicznym usunięciu całego guza.
Świecące guzy: Fluorescencyjne kropki kwantowe wstrzyknięte żywym szczurom gromadzą się w guzach mózgu, ale nie w otaczającej je tkance. Ten obraz łączy fotografię mózgu w białym świetle z obrazem w podczerwieni, na którym niebieski jest najniższym poziomem intensywności, a czerwony jest najwyższym. Kropki kwantowe są skoncentrowane w guzie w mózgu po lewej stronie; mózg po prawej stronie, kontrola, nie zawiera guzów.
Prowadzona przez chemika CMU Marcel Bruchez i Steven Toms, dyrektor neurochirurgii w Klinika Geisingera , w Danville, PA, naukowcy wykonali ostre obrazy fluorescencyjne guzów mózgu, zwanych glejakami, u szczurów. Szczurom wstrzyknięto nanocząsteczki, które emitują światło podczerwone, gdy są wzbudzane przez światło widzialne. Promienie podczerwone wytwarzane przez nanocząstki mogą być wychwytywane przez małą kamerę i obserwowane przez chirurgów. Te kropki kwantowe mają rdzeń wykonany z kadmu i tellurku, otoczony powłoką z siarczku cynku, która z kolei jest otoczona ochronną powłoką polimerową.
Ten szczególny typ guza jest słabo rozróżnialny, mówi Bruchez. A podczas usuwania guzów mózgu chirurdzy nie mogą wycinać szerokich marginesów, a pacjenci mogą stracić funkcję mózgu.
Chirurdzy usuwający guza mózgu, aby się zorientować, polegają teraz na ostatnio zrobionym zdjęciu z rezonansu magnetycznego (MRI). Ale, mówi Bruchez, konsystencja mózgu jest jak miska galaretki. Gdy zaczniesz ciąć i usuwać tkankę, rzeczy się poruszają i nie możesz polegać na obrazowaniu przedoperacyjnym. Mówi, że chirurdzy pozostawiają tkankę glejaka ponad połowę czasu.
Jednym z rozwiązań tego problemu jest wykonanie kilku skanów MRI pacjenta podczas operacji. Jedno z badań wykazało, że dzięki tym dodatkowym wskazówkom chirurdzy mogą usunąć około 15 procent więcej tkanki glejaka. Ale sale operacyjne z MRI są drogie, a chirurdzy muszą używać specjalnych narzędzi, na które magnes MRI nie ma wpływu.
Bruchez i Toms odkryli, że świecące kropki kwantowe wstrzyknięte do krwiobiegu szczura są przenoszone do tkanki glejaka – ale nie do innych obszarów mózgu – przez komórki odpornościowe zwane makrofagami. Komórki te pochłaniają szczątki, takie jak nanocząsteczki, i gromadzą się w zakażonych i nowotworowych tkankach w ramach odpowiedzi zapalnej organizmu. Makrofagi nie trafiają do zdrowej tkanki mózgowej.
Bruchez chce zbudować system obrazowania zgodny ze standardowymi procedurami operacyjnymi. Wyposażenie sali operacyjnej do obrazowania guzów w podczerwieni wiązałoby się z dodaniem kamery cyfrowej na podczerwień i zainstalowaniem filtrów na światłach, aby wyeliminować światło podczerwone z otoczenia, zapewniając, że jedyne światło podczerwone w pomieszczeniu pochodzi z kropek kwantowych. Kropki kwantowe można dostroić, aby emitowały światło widzialne, co wyeliminowałoby potrzebę stosowania systemu obrazowania, ale lekarze musieliby wyłączyć światło, aby zobaczyć blask guzów, a następnie włączyć je z powrotem i dostosować oczy, aby kontynuować operację .
Bruchez mówi, że on i jego współpracownicy osiągnęli dobre wyniki przy użyciu systemu opartego na technologii do chirurgicznego usuwania guzów u gryzoni, chociaż wyniki te nie zostały jeszcze opublikowane. Oczekuje, że praca będzie dotyczyć ogólnie różnych typów nowotworów; Inne niepublikowane badania jego grupy, jak mówi, pokazują, że tendencja makrofagów do pożerania kropek kwantowych i podróżowania z nimi do tkanki nowotworowej dotyczy wielu innych nowotworów.
Bruchez i Toms opracowują również igły do biopsji z optycznymi systemami obrazowania. Biopsje guza mózgu są zwykle czasochłonne i mogą być chybione. Idziesz tam, gdzie uważasz, że jest guz, pobierasz próbkę, wysyłasz ją do laboratorium patologii i czekasz w sali operacyjnej na wyniki, mówi Bruchez. Jeśli chirurdzy nie zauważyli guza, muszą pobrać kolejną próbkę i ponownie czekać na wyniki. Jeśli pacjentowi po raz pierwszy wstrzyknięto kropki kwantowe w poszukiwaniu guza, które można wykryć igłą do biopsji, proces mógłby być znacznie łatwiejszy.
Bezpieczeństwo kropek kwantowych do obrazowania mózgu wciąż wymaga zbadania. Rdzenie kropek kwantowych używanych przez Brucheza są wykonane z kadmu i chociaż jak dotąd nie ma dowodów na to, że kropki kwantowe zawierające kadm są toksyczne, niektórzy badacze są ostrożni. Kadm jest bardzo toksyczny, zaznacza Wenbin Lin , chemik z University of North Carolina, który opracowuje nanocząsteczki do wysokokontrastowego rezonansu magnetycznego. Musimy się tym martwić.
Rzeczywiście, mówi Bruchez, istnieją obawy związane z kadmem, ale preparat używany do obrazowania fluorescencyjnego powinien uniemożliwić biodostępność kadmu. Twierdzi, że polimerów organicznych otaczających kadm nie można rozłożyć w typowych procesach biologicznych. Jednak, aby rozwiązać problemy związane z toksycznością, Bruchez mówi, że opracowuje techniki obrazowania, które wymagają niższych dawek cząstek i metod enkapsulacji, które sprawiają, że metal jest jeszcze mniej biodostępny.