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(noticias nanowerk) Las modalidades de imágenes biomédicas, como la resonancia magnética (MRI), han revolucionado la capacidad de detectar y rastrear la progresión de muchos tipos de cáncer. Sin embargo, la dificultad de obtener imágenes detalladas de las células cancerosas enterradas profundamente en el tejido normal ha ralentizado la utilidad de la tecnología de imágenes para un tratamiento del cáncer mejorado y personalizado.
Un enfoque que están adoptando los ingenieros biomédicos para superar esta limitación es construir nanosondas que se mueven por el cuerpo, se acumulan en las células cancerosas y envían una señal que ilumina el tumor.
Investigadores de la Universidad Johns Hopkins han desarrollado una nanosonda inteligente diseñada para infiltrarse en tumores de próstata y enviar una señal utilizando una técnica de imágenes ópticas llamada espectroscopia Raman. La nueva investigación, reportada en ciencia avanzada (“Una nanosonda Raman activa bioortogonal autoensamblada intracelular inteligente para imágenes de tumores dirigidas”) tiene el potencial de determinar la agresividad del tumor y también podría permitir el monitoreo secuencial de los tumores durante la terapia para determinar rápidamente si una estrategia de tratamiento está funcionando.
«Estamos entusiasmados con el potencial de mejorar el diagnóstico y el tratamiento de muchos cánceres comunes», dijeron los líderes del proyecto Jeff Bulte, Ph.D., e Ishan Barman, Ph.D. «Combinamos nanosondas autoensamblables con espectroscopía Raman para obtener imágenes precisas con resolución unicelular necesarias para su uso práctico posterior en la clínica».
El equipo de ingenieros construyó una nanosonda que es sensible a su microambiente local: solo se activa cuando encuentra leguminosa, una enzima asociada a tumores producida por células agresivas del cáncer de próstata. Una vez que llega a la nanosonda, Legumain la divide en pedazos que pueden autoensamblarse para crear una nanopartícula ópticamente activa. Estas nanopartículas emiten luz de longitudes de onda específicas, que pueden detectarse mediante espectroscopia Raman para visualizar el tumor.
Los investigadores postdoctorales Swati Tanwar, Ph.D., y Behnaz Ghaemi, Ph.D., dirigieron el diseño y la síntesis de la nanosonda llamada nanoSABER (para reconocimiento de enzimas bioortogonales autoensambladas), un nombre apropiado que refleja la molécula inteligente de precisión quirúrgica de la nanosonda. .
«Seleccionamos reporteros Raman que están específicamente activos en la región 'celular silenciosa' del espectro infrarrojo cercano para evitar interferencias con la señal del tejido normal», explicó Barman. «Esta actividad selectiva es fundamental para nuestra técnica de imágenes, ya que permite una detección precisa mediante espectroscopia Raman sin reaccionar ni quedar oscurecida por el material biológico circundante».
Los investigadores utilizaron dos líneas celulares de cáncer de próstata con diferentes niveles de expresión de leguminosas, una alta y otra baja, junto con una línea celular epitelial de próstata no cancerosa que produce una cantidad insignificante de la enzima.
NanoSABER se probó en cultivos celulares de laboratorio y en un modelo experimental de ratón. En ambos casos, las células de la próstata que expresaban leguminosa activaron la nanosonda y emitieron una señal con una intensidad que coincidía con la cantidad de leguminosa producida por las células cancerosas. El tipo de célula no leguminosa no activó la nanosonda, lo que demuestra que el sistema nanoSABER funcionó según lo previsto y emitió una señal que indicaba correctamente la presencia y cantidad de la enzima asociada al cáncer.
«El trabajo de este grupo es un paso importante hacia una mejor atención para los hombres que padecen cáncer de próstata», dijo Tatjana Atanasijevic, Ph.D., directora del programa en el Departamento de Ciencia y Tecnología Aplicadas del NIBIB. «Es un gran ejemplo del tipo de tecnologías innovadoras que apoya NIBIB y que tienen el potencial de tener un impacto dramático en la atención médica».
El equipo cree que han desarrollado un sistema molecular que tiene el potencial no sólo de identificar tumores mediante imágenes ópticas, sino también de evaluar rápidamente la agresividad de los tumores, tal vez sin la necesidad de biopsias dolorosas que actualmente son el tratamiento estándar. Además, con el descubrimiento de perfiles de secreción de enzimas de varios tipos de cáncer, se pueden sintetizar sondas nanoSABER adicionales, lo que permitirá un diagnóstico preciso de tipos y características de tumores que actualmente no son posibles, incluidas imágenes secuenciales de tumores para determinar si se requieren terapias en tiempo real.
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