Mit Tätowiertinte Krebs finden
Wie häufig verwendete Farbmittel helfen könnten, die Krebserkennung zu verbessern
Die bescheidene Tinte in der Nadel eines Tätowierers könnte der Schlüssel zur Verbesserung der Krebserkennung sein, dank neuer Forschungsergebnisse des USC Viterbi Department of Biomedical Engineering.
Eine Farbpalette für Tätowiertinte. Jede Farbe trägt einen einzigartigen spektralen Fingerabdruck, den wir als bildgebenden Strichcode verwenden können, um Tumore besser identifizieren und erkennen zu können. Tätowierung und Design erstellt von Adam Sky.
Image courtesy of the Zavaleta Lab at USC
Als WiSE-Gabilan-Assistenzprofessorin in der Abteilung mit einem Labor am USC Michelson Center for Convergent Bioscience haben Cristina Zavaleta und ihr Team vor kurzem neue Kontrastmittel für die Bildgebung entwickelt, bei denen gängige Farbstoffe wie Tätowiertinte und Lebensmittelfarbstoffe verwendet werden. Wenn diese Farbstoffe an Nanopartikel gebunden sind, können sie Krebserkrankungen beleuchten, so dass Mediziner besser zwischen Krebszellen und normalen benachbarten Zellen unterscheiden können.
Die Früherkennung ist für die Patienten von entscheidender Bedeutung, um die bestmöglichen Ergebnisse bei Krebs zu erzielen; eine Krankheit, von der irgendwann in ihrem Leben über 38% der Amerikaner betroffen sein werden.
Die Erkennung ist jedoch ohne gute bildgebende Mittel schwierig; Kontrastmaterialien, die, wenn sie den Patienten injiziert werden, ermöglichen, dass bildgebende Verfahren wie MRT und CT mit besserer Empfindlichkeit und Spezifität funktionieren, so dass Mediziner eine genaue Diagnose stellen und Chirurgen die genauen Ränder von Tumoren erkennen können.
"Wenn das Problem zum Beispiel Dickdarmkrebs ist, wird dies per Endoskopie erkannt", sagte Zavaleta. "Aber ein Endoskop ist buchstäblich nur eine Taschenlampe am Ende eines Stabs, so dass es nur Informationen über die Struktur des Dickdarms gibt - man kann einen Polypen sehen und weiß, dass man eine Biopsie machen muss.
"Aber wenn wir den Ärzten bildgebende Verfahren zur Verfügung stellen könnten, mit deren Hilfe sie erkennen können, ob dieser bestimmte Polyp krebsartig oder nur gutartig ist, brauchen sie ihn vielleicht gar nicht erst einzunehmen", sagte sie.
Beleuchtete Nanopartikel bewegen sich durch ein Blutgefäß, um Krebs zu finden. Die farbgebenden Farbstoffe wurden in Nanopartikel eingearbeitet, um einen empfindlicheren Bildkontrast bei der Identifizierung von Krebszellen zu ermöglichen.
Um dies zu erreichen, hat das Team eine einzigartige Quelle optischer Kontrastmittel aus den Haushaltsfarbstoffen und Pigmenten entdeckt, denen wir routinemäßig begegnen. Diese "optischen Tinten" können an krebsbekämpfenden Nanopartikeln angebracht werden, um die Krebserkennung und -lokalisierung zu verbessern.
Die Farbstoffe und Pigmente stammten von gängigen Farbstoffen, die bereits von der US Food and Drug Administration (FDA) zugelassen sind, und von denen sich das Team erhofft, dass sie in der bildgebenden Praxis leichter und sicherer eingesetzt werden können.
Für Zavaleta schlug die Inspiration an einem ungewöhnlichen Ort ein - in einer Animationsklasse mit Pixar-Künstlern in Emeryville, Kalifornien, der Heimat des berühmten Studios. Zavaleta, die Kunst und Animation zu ihren Hobbys zählt, sagte, sie sei fasziniert von den Tinten und Farben, die die Künstler in den Kurs mitbrachten.
"Ich habe darüber nachgedacht, wie diese wirklich hochpigmentierten Farben, wie Gouache-Aquarellfarben, auf eine Weise hell waren, die ich noch nie zuvor gesehen hatte, und ich fragte mich, ob sie interessante optische Eigenschaften haben", sagte Zavaleta.
Die Idee führte sie zum Tätowierer im nahe gelegenen San Francisco, Adam Sky, einem anderen Kunsthandwerker, der mit hellen Farbstoffen arbeitet.
"Ich erinnere mich, dass ich eine Platte mit 96 Vertiefungen mitbrachte und er Tätowiertinte in jede der Vertiefungen spritzte", sagte Zavaleta. "Dann brachte ich die Tinte zu unserem Raman-Scanner (mit dem wir unsere auf Tumore abzielenden Nanopartikel sensibel erkennen können) und entdeckte diese wirklich erstaunlichen spektralen Fingerabdrücke, mit denen wir unsere Nanopartikel mit Strichcodes versehen können. Das war super cool".
Eine der Sicherheitsherausforderungen bei der Bildgebung mit Nanopartikeln besteht darin, dass diese Nanopartikel oft eine längere Verweildauer in Organen wie der Leber und der Milz haben können, die für den Versuch verantwortlich sind, die Nanopartikel abzubauen. Aufgrund dieser Sicherheitsbedenken ist es entscheidend, biologisch abbaubare Nanomaterialien in Betracht zu ziehen. Derzeit gibt es eine begrenzte Menge an optischen Kontrastmitteln, die für den klinischen Einsatz zugelassen sind.
Vor diesem Hintergrund hat Zavaletas Team gewöhnliche Lebensmittelfarbstoffe in Betracht gezogen, die zur Dekoration der Nanopartikel verwendet werden könnten, wie z.B. die Farbstoffe, die in bunten Süßigkeiten wie Skittles und M&Ms zu finden sind. Diese bunten Lebensmittelprodukte, die Menschen routinemäßig konsumieren, wurden von der FDA als sicher für den menschlichen Verzehr eingestuft.
"Wir dachten, schauen wir uns einige der von der FDA zugelassenen Arzneimittel-, Kosmetik- und Lebensmittelfarbstoffe an, die es gibt, und schauen wir uns an, welche optischen Eigenschaften diese Farbstoffe haben", sagte Zavaleta. "Und so fanden wir schließlich heraus, dass viele dieser FDA-zugelassenen Farbstoffe interessante optische Eigenschaften haben, die wir für die Bildgebung nutzen könnten.
Das Team hat ein Nanopartikel entwickelt, das diese hochpigmentierten Bildgebungsmittel als "Nutzlast" tragen wird. Zavaleta sagte, dass die Partikel eine spezifische Größe haben, die es ihnen ermöglicht, passiv in Tumorbereiche einzudringen, aber aufgrund ihrer Größe auch zurückgehalten werden können.
Die meisten der heute in der Klinik verwendeten bildgebenden Kontrastmittel sind niedermolekulare Farbstoffe.
"Mit kleinen Molekülen kann man vielleicht sehen, wie sie sich anfangs in Tumorbereichen anreichern, aber man müsste schnell sein, bevor sie den Tumorbereich verlassen, um ausgeschieden zu werden", so Zavaleta. "Unsere Nanopartikel sind zufällig klein genug, um durchzusickern, aber gleichzeitig groß genug, um im Tumor zurückgehalten zu werden, und das nennen wir die verbesserte Durchlässigkeit und den Rückhalteeffekt".
Die Nanopartikel können auch mit einer grösseren Nutzlast des Farbstoffs "dekoriert" werden als bisherige niedermolekulare Bildgebungsmittel, was, wie das Team unter Fluoreszenz-Bildgebung gezeigt hat, zu einem helleren Signal und einer signifikanten Lokalisierung der Nanopartikel in Tumoren führt.
"Wenn man einen Haufen Farbstoffe in einem Nanopartikel einkapselt, kann man ihn besser sehen, weil er heller wird", sagte Zavaleta. "Es ist, als würde man ein Paket von Farbstoffen verwenden und nicht nur einen einzelnen Farbstoff."
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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