نانوکاوشگر هوشمند سلول های سرطانی پروستات را روشن می کند

تکنیک های تصویربرداری زیست پزشکی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) توانایی تشخیص و ردیابی توسعه بسیاری از انواع سرطان را متحول کرده است. با این حال، مشکل در به دست آوردن تصاویر دقیق از سلول‌های سرطانی مدفون در اعماق بافت‌های طبیعی، کاربرد فناوری تصویربرداری برای بهبود مراقبت‌های شخصی‌شده سرطان را کاهش داده است.

رویکردی که مهندسان زیست‌پزشکی برای غلبه بر این محدودیت دنبال می‌کنند شامل ساخت نانوکاوشگرهایی است که برای حرکت در بدن، تجمع در سلول‌های سرطانی و ارسال سیگنالی که تومور را روشن می‌کند، طراحی شده‌اند.

محققان دانشگاه جان هاپکینز با پشتیبانی NIBIB یک نانوکاوشگر هوشمند طراحی کرده اند که برای نفوذ به تومورهای پروستات و ارسال سیگنال با استفاده از تکنیک تصویربرداری نوری به نام طیف سنجی رامان طراحی شده است. کاوشگر جدید، گزارش شده در علم پیشرفتهپتانسیل تعیین تهاجمی تومور را دارد و همچنین ممکن است نظارت مداوم تومورها را در طول درمان برای تعیین سریع اینکه آیا یک استراتژی درمانی کارآمد است یا خیر، فعال کند.

رهبران پروژه جف بولت، دکترا، و ایشان بارمن، دکتری، توضیح دادند: «ما در مورد پتانسیل بهبود تشخیص و درمان بسیاری از سرطان‌های رایج هیجان‌زده هستیم. ما در حال ترکیب نانوکاوشگرهای خود مونتاژ شده با طیف‌سنجی رامان هستیم تا به تصویربرداری با وضوح تک سلولی دقیق مورد نیاز برای استفاده عملی نهایی در کلینیک دست یابیم.

تیم مهندسی یک نانوکاوشگر ساخت که به ریزمحیط محلی حساس است: تنها پس از برخورد با حبوبات، آنزیم مرتبط با تومور که توسط سلول‌های سرطانی تهاجمی پروستات تولید می‌شود، فعال می‌شود. پس از مواجهه با نانو کاوشگر، حبوبات آن را به قطعاتی تقسیم می‌کند که می‌توانند برای ایجاد یک نانوذره فعال نوری، خود به خود جمع شوند. این نانوذرات نور را در طول موج‌های مشخصی ساطع می‌کنند که می‌توان با طیف‌سنجی رامان برای تجسم تومور تشخیص داد.

Swati Tanwar، Ph.D.، و بهناز قائمی، Ph.D. طراحی و سنتز نانوکاوشگر به نام nanoSABER (برای تشخیص آنزیم Bioorthogonal Self-Assembly) را رهبری کردند – نامی مناسب که نشان دهنده دقت جراحی یک کاوشگر است. مولکول هوشمند

بارمن توضیح داد: “ما خبرنگاران رامان را انتخاب کردیم که به طور خاص در منطقه “سلول-سکوت” طیف نزدیک به فروسرخ فعال هستند تا از تداخل سیگنال از بافت طبیعی جلوگیری کنند.” این فعالیت انتخابی برای تکنیک تصویربرداری ما حیاتی است زیرا امکان تشخیص دقیق توسط طیف‌سنجی رامان را بدون واکنش یا پنهان شدن توسط مواد بیولوژیکی اطراف فراهم می‌کند.

محققان از دو رده سلولی سرطان پروستات که سطوح مختلف بیان حبوبات را نشان می‌دادند – یکی زیاد و دیگری کم – به همراه یک رده سلولی غیرسرطانی اپیتلیال پروستات که مقدار ناچیزی از این آنزیم را تولید می‌کردند.

NanoSABER در کشت سلولی آزمایشگاهی و در مدل تجربی موش آزمایش شده است. در هر دو حالت، سلول‌های پروستات بیانگر حبوبات نانوکاوشگر را فعال می‌کنند و سیگنالی را با شدتی منتشر می‌کنند که با مقدار حبوبات تولید شده توسط سلول‌های سرطانی مطابقت دارد. نوع سلول غیر حبوبات نانوکاوشگر را فعال نکرد و نشان داد که سیستم nanoSABER طبق طراحی کار می کند و سیگنالی را منتشر می کند که به درستی وجود و مقدار آنزیم مرتبط با سرطان را نشان می دهد.

دکتر تاتیانا آتاناسیویچ، مدیر برنامه در بخش علوم و فناوری کاربردی در NIBIB، توضیح داد: «کار این گروه گام مهمی در جهت مراقبت بهتر از مردان مبتلا به سرطان پروستات است. “این یک نمونه عالی از نوع فناوری های نوآورانه پشتیبانی شده توسط NIBIB است که پتانسیل تاثیرگذاری چشمگیر بر مراقبت های بهداشتی را دارند.”

این تیم بر این باور است که آنها یک سیستم مولکولی با پتانسیل ایجاد کرده اند که نه تنها تومورها را با استفاده از تصویربرداری نوری شناسایی می کند، بلکه به سرعت تهاجمی تومور را نیز ارزیابی می کند – به طور بالقوه بدون نیاز به بیوپسی های دردناک، که استاندارد فعلی مراقبت است. علاوه بر این، با شناسایی پروفایل‌های ترشح آنزیمی از انواع سرطان‌های مختلف، پروب‌های nanoSABER اضافی را می‌توان سنتز کرد که سطحی از تشخیص دقیق انواع و ویژگی‌های تومور را که در حال حاضر امکان‌پذیر نیست، از جمله تصویربرداری متوالی از تومورها، برای تعیین اینکه آیا درمان‌ها به طور واقعی کار می‌کنند را ممکن می‌سازد. زمان.

این کار توسط کمک‌های مالی NIBIB (R01EB030376، P41EB015871، و P41EB024495)، موسسه ملی سرطان (NCI؛ R01CA238025) و موسسه ملی علوم پزشکی عمومی (NIGMS؛ R35GM14929272 و 2).

این نکته برجسته علمی یک کشف تحقیقاتی بزرگ را توصیف می کند. تحقیقات پایه درک ما از رفتار و زیست‌شناسی انسان را افزایش می‌دهد، که زیربنای پیشرفت راه‌های جدید و بهتر برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری است. علم یک فرآیند غیرقابل پیش بینی و تدریجی است – هر مطالعه علمی بر اساس اکتشافات گذشته، اغلب به روش های غیرمنتظره استوار است. اکثر پیشرفت های بالینی بدون دانش تحقیقات بنیادی امکان پذیر نخواهد بود.

مرجع تحقیق: نانوکاوشگر رامان فعال Bioorthogonal Smart Intracellular Self-Asembly برای تصویربرداری هدفمند تومور. تنور اس، قائمی بی، راج پی، سینگ آ، وو ال، یوان ای، آریفین DR، مک ماهون ام تی، بولته جی دبلیو ام، بارمن آی. دسامبر 2023; 10(34):e2304164. doi: 10.1002/advs.202304164.

درباره نمودارها: هر دو نمودار استفاده شده در این برجسته از شکل های موجود اقتباس شده اند انتشار در علم پیشرفته و تحت مجوز هستند مجوز بین المللی Creative Commons Attribution 4.0.