Ingenieure der Johns Hopkins University haben ein neues optisches Werkzeug entwickelt, das die Krebsbildgebung verbessern könnte. Ihr Ansatz namens SPECTRA verwendet winzige Nanosonden, die aufleuchten, wenn sie sich an aggressive Krebszellen anheften. So können Ärzte zwischen lokalisiertem Krebs und metastasiertem Krebs unterscheiden, der sich im ganzen Körper ausbreiten kann.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass SPECTRA ein enormes Potenzial für die Krebserkennung und -bildgebung hat“, sagte Teamleiter Ishan Barman, Professor für Maschinenbau an der Whiting School of Engineering. „Wir geben Klinikern ein leistungsfähigeres Werkzeug an die Hand, mit dem sie Krebszellen früher und präziser als je zuvor erkennen können.“
Die Forschung des Teams erscheint In Fortschrittliche Funktionsmaterialien.
SPECTRA ist skalierbarer und kostengünstiger als aktuelle Methoden und nutzt die erste Kombination ihrer Art: Raman-Spektroskopie – die durch die Streuung von Laserlicht detaillierte Informationen über Molekülschwingungen liefert – und DNA-Origami, bei dem DNA in bestimmte Formen gefaltet wird, ähnlich wie bei der japanischen Kunst des Papierfaltens.
Das Team verwendete die gefaltete DNA als Gerüst, um präzise angeordnete plasmonische Nanopartikel, Raman-Reporter (ein Molekül, das bei der Analyse mittels Raman-Spektroskopie ein starkes Signal erzeugt) und krebsspezifische DNA-Sequenzen zu erzeugen. Diese multifunktionalen Nanosonden wurden dann an Krebszellen getestet.
Das Team stellte fest, dass sich SPECTRA – anders als CT- oder MRT-Scans, die zwar das Vorhandensein eines Tumors anzeigen können, jedoch nicht die spezifischen molekularen Signaturen aufweisen, die Ärzte auf eine bestehende oder drohende Metastasierung aufmerksam machen können – wirksam und konsistent an metastasierte Prostatakrebszellen (DU145) band und sogar zwischen diesen und nicht-metastasierten Zellen unterschied.
Darüber hinaus wählten die Forscher einen Raman-Reporter – ein Signalmolekül – aus, das ein aktives und deutliches Signal in einem Bereich erzeugt, in dem es sich deutlich vom Hintergrund normalen Gewebes abhebt und den Ärzten so dabei hilft, Krankheiten präziser zu lokalisieren.
„Es ist ein intelligentes Design, das das Raman-Signal stark verstärkt und gleichmäßig ist“, sagte Teammitglied Swati Tanwar, eine Postdoktorandin im Maschinenbau. „Es kann aggressive Krebszellen von nicht aggressiven anhand der Signalintensität unterscheiden. Wenn in einem Tumor 10 % der Zellen aggressiv und 90 % nicht aggressiv sind, leuchten diese 10 % auf und geben ein sehr starkes Signal ab.“
Tanwar sagte, dass jeder DNA-Strang im Origami-Gerüst eine einzigartige Sequenz hat und eine bestimmte Position in der gefalteten Origami-Nanostruktur einnimmt. Diese sorgfältige Anordnung erleichterte die Schaffung der multifunktionalen SPECTRA-Nanosonde.
„Die Raman-Spektroskopie ist ein Werkzeug zur molekularen Fingerabdruckbestimmung“, sagte Teammitglied Lintong Wu, ein Doktorand im Fach Maschinenbau. „Moleküle können aus der Ferne ähnlich aussehen, aber bei der Raman-Spektroskopie zeigen sie über das gesamte Spektrum hinweg unterschiedliche Spitzen und Signale.“
Mehr Informationen:
Lintong Wu et al., DNA-Origami-konstruierte plasmonische Nanosonden für die gezielte Krebsbildgebung, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2024). DOI: 10.1002/adfm.202309929