Nanopartikel, die Krebs-Biomarker zum Leuchten bringen, können bei chirurgischen Eingriffen hilfreich sein

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Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign berichten, dass Krebschirurgen dank neuer Bildgebungsmittel, die mehrere Biomarker gleichzeitig beleuchten können, bald einen umfassenderen Überblick über Tumore während der Operation haben könnten. Die fluoreszierenden Nanopartikel, die in die Membranen roter Blutkörperchen eingewickelt sind, zielen besser auf Tumore ab als derzeit klinisch zugelassene Farbstoffe und können als Reaktion auf nur einen Operationslichtstrahl zwei unterschiedliche Signale aussenden, eine Funktion, die Ärzten helfen könnte, Tumorgrenzen zu unterscheiden und metastasierende Krebsarten zu identifizieren .

Die Bildgebungsmittel können mit bioinspirierten Kameras kombiniert werden, die die Forscher zuvor für die Echtzeitdiagnose während der Operation entwickelt haben, sagte Forschungsgruppenleiter Viktor Gruev, Professor für Elektro- und Computertechnik in Illinois. In einer neuen Studie in der Fachzeitschrift ACS Nano demonstrierten die Forscher ihre neuen Dual-Signal-Nanopartikel in Tumorphantomen – 3D-Modellen, die die Merkmale von Tumoren und ihrer Umgebung nachahmen – und in lebenden Mäusen.

„Wenn Sie alle Krebsarten finden wollen, reicht die Abbildung eines Biomarkers nicht aus. Es könnten einige Tumore übersehen werden. Wenn Sie einen zweiten oder dritten Biomarker einführen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass alle Krebszellen entfernt werden, und die Wahrscheinlichkeit eines besseren Ergebnisses.“ die Patientenzahl nimmt zu.“ sagte Gruev, der auch Professor am Carle Illinois College of Medicine ist. „Medikamente und Bildgebungsmittel mit mehreren Zielen sind ein aktueller Trend, und unsere Gruppe treibt diesen Trend mit Nachdruck voran, weil wir über die Kameratechnologie verfügen, die mehrere Signale gleichzeitig abbilden kann.“

Traditionell entfernt ein Chirurg einen Tumor und schickt ihn zur Beurteilung an einen Pathologen, ein Vorgang, der Stunden bis Tage dauern kann, sagte Indrajit Srivastava, Postdoktorand aus Illinois und Erstautor der Studie. Da sich die Forschung in Richtung Echtzeitdiagnostik verlagert hat, haben mehrere Herausforderungen eine breite Anwendung verhindert: Viele tumorspezifische Bildgebungsmittel erreichen ihre Tumorziele nur minimal, werden stattdessen schnell aus dem Blutkreislauf ausgeschieden und reichern sich in der Leber an, sagte Srivastava.

„Einige Menschen vor uns haben mit roten Blutkörperchen beschichtete Nanopartikel verwendet und festgestellt, dass diese länger zirkulieren – ein paar Tage. Wir haben das Gleiche bei unseren Mäusen gesehen: Die membranbeschichteten Nanopartikel zirkulierten länger im Blut und wurden weniger in die Leber aufgenommen.“ „Da sie länger zirkulierten, sammelten sich mehr Bildgebungsmittel in den Tumoren an, was zu einem stärkeren Fluoreszenzsignal führte“, so Srivastava

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„Dies ist für die chirurgische Anwendung attraktiv, da es helfen könnte, genau zu bestimmen, wo der Schnitt gemacht werden soll. Mehrere Signale zu haben, gibt ein umfassenderes Bild des Tumors. Und es könnte einem Chirurgen sagen: „Das könnte metastasierend sein, vielleicht möchten Sie es auch.“ aggressiver bei Ihrer Entfernung.‘“, sagte Srivastava.

Ein weiterer Vorteil für chirurgische Anwendungen ist, dass nur eine Wellenlänge des Laserlichts benötigt wird, um mehrere Signale hervorzurufen, da dadurch die Instrumentierung viel kompakter wird als bei denen, die mehrere Laser für jede benötigte Wellenlänge erfordern, sagte Gruev.

Die Forscher planen, weitere Tumor-Bildgebungsmittel zu entwickeln, die auf mehrere Marker abzielen, und weitere präklinische und klinische Studien voranzutreiben, bei denen ihre Dual-Signal-Farbstoffe mit von ihnen entwickelten OP-Brillen eingesetzt werden.

„In diesem Kampf darum, sicherzustellen, dass wir alle Krebszellen während der Operation entfernen, müssen wir sowohl in die Bildkameratechnologie als auch in die Tumor-Targeting-Wirkstoffe investieren“, sagte Gruev. „Diese Arbeit hilft uns, den ganzheitlichen Ansatz, den wir verfolgen, besser zu verwirklichen und zu steuern, während wir den klinischen Studien immer näher kommen.“

Referenz: Srivastava I, Lew B, Wang Y, et al. Zellmembranbeschichtete Nanopartikel zur Tumorabgrenzung und qualitativen Schätzung von Krebsbiomarkern bei Anregung mit einer Wellenlänge in Maus- und Phantommodellen. ACS Nano. 2023;17(9):8465-8482. doi: 10.1021/acsnano.3c00578

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