Neue optical imaging system eingesetzt werden könnte, zu finden, winzigen Tumoren: Nah-Infrarot-Technologie lokalisiert, fluoreszierende Sonden, die tief in lebendes Gewebe

Viele Arten von Krebs könnte mehr leicht zu behandeln, wenn Sie erkannt wurden, in einem früheren Stadium. MIT-Forscher haben jetzt ein Bildgebungsverfahren entwickelt, das system, mit dem Namen „DOLPHIN“, die es erlauben könnten, Sie zu finden, winzige Tumoren, die so klein wie ein paar hundert Zellen, die tief in den Körper.

In einer neuen Studie verwendeten die Forscher Ihre imaging-system, die sich auf nah-Infrarot-Licht, um zu verfolgen ein 0,1-millimeter-fluoreszierende Sonde durch den Verdauungstrakt einer lebenden Maus. Sie zeigten auch, dass Sie erkennen können, ein signal für eine Gewebe-Tiefe von 8 Zentimetern, weit tiefer als jeder vorhandene biomedical optical imaging Technik.

Die Forscher hoffen, die Anpassung Ihrer imaging-Technologie für die Früherkennung von Eierstock-und anderen Krebsarten, die heute schwer zu erkennen, die bis spät in die Stadien.

„Wir wollen in der Lage sein zu finden, Krebs viel früher“, sagt Angela Belcher, James Mason Crafts, Professor der Biologischen Technik und Materialwissenschaften am MIT und Mitglied des Koch Institute for Integrative Cancer Research und dem neu ernannten Leiter des MIT Department of Biological Engineering. „Unser Ziel ist es, kleine Tumoren, und dies in einer nicht-invasive Weise.“

Belcher ist der leitende Autor der Studie, die erscheint in der März-7 Ausgabe von Wissenschaftlichen Berichten. Xiangnan Dang, ein ehemaliger MIT-postdoc, und Neelkanth Bardhan, ein Mazumdar-Shaw International Oncology Fellow, sind die führenden Autoren der Studie. Andere Autoren zählen Wissenschaftler Jifa Qi und Ngozi Eze, ehemaliger postdoc-Li-Gu -, postdoc-Ching-Wei Lin, student der Swati Kataria, und Paula Hammond, die David H. Koch Professor für Maschinenbau, Leiter des MIT Department of Chemical Engineering, und ein Mitglied der Koch-Instituts.

Tiefer imaging

Die vorhandenen Methoden zur Bildgebung von Tumoren haben alle Einschränkungen, die verhindern, dass die nützlich für frühe Krebs-Diagnose. Die meisten haben einen Kompromiss zwischen Auflösung und Tiefe der Darstellung und keines der optischen-imaging-Techniken können Bild tiefer als etwa 3 Zentimeter ins Gewebe. Häufig verwendet, durchsucht wie die Röntgen-Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) können Bild durch den ganzen Körper; Sie können jedoch nicht zuverlässig identifizieren Tumoren bis etwa 1 Zentimeter groß.

Belcher ‚ s lab an der Entwicklung neuer optischer Methoden für Krebs-Bildgebung, die vor einigen Jahren, Wann Sie in den Koch-Instituts. Sie wollten eine Technologie entwickeln, könnte das Bild sehr kleine Gruppen von Zellen, die tief in Gewebe und in so tun, ohne jede Art von radioaktiven labeling.

Nah-Infrarot-Licht, das im Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 Nanometer, ist gut geeignet, um Gewebe-Bildgebung, weil Licht mit längeren Wellenlängen nicht streuen, so viel wie, wenn es Streiks Objekte, die lässt das Licht tiefer eindringen in das Gewebe. Um dies zu nutzen, verwendeten die Forscher einen Ansatz, bekannt als die hyperspektrale Bildgebung, die es ermöglicht die simultane Bildaufnahme in mehreren Wellenlängen des Lichts.

Die Forscher testeten Ihr system mit einer Vielzahl von nah-Infrarot-fluoreszierenden Licht-emittierende Sonden, vor allem Natrium-yttrium-Fluorid-Nanopartikeln, die seltene Erden wie erbium, holmium, oder praseodymium Hinzugefügt, durch einen Prozess namens doping. Je nach Wahl der doping-element, jedes dieser Teilchen emittiert im nahen Infrarot fluoreszierenden Licht unterschiedlicher Wellenlängen.

Mit algorithmen, die Sie entwickelt, können die Forscher analysieren die Daten aus den hyperspektralen scan-to identifizieren Sie die Quellen von Fluoreszenzlicht unterschiedlicher Wellenlängen, die es Ihnen erlaubt, um zu bestimmen, die Lage einer bestimmten probe. Durch weitere Analyse Licht aus schmaler wellenlängenbänder, innerhalb der gesamten nahe-IR-Spektrum können die Forscher bestimmen auch die Tiefe, in der eine Sonde befindet. Die Forscher nennen Ihr system „DOLPHIN“, das steht für „Nachweis von Optisch Leuchtende Sonden mittels Hyperspektral-und diffuse-Imaging im Nahen Infrarot.“

Um zu demonstrieren, das Potenzial dieses Systems, die Forscher verfolgt ein 0,1-millimeter-große cluster von fluoreszierenden Nanopartikeln, die verschluckt wurde und dann reisten Sie durch den Verdauungstrakt einer lebenden Maus. Diese Sonden könnten so modifiziert werden, dass Sie Ziel-und fluorescently-label-spezifische Krebs-Zellen.

„Im Hinblick auf praktische Anwendungen, die diese Technik ermöglichen es uns, um nicht-invasiv verfolgen ein 0,1-millimeter-Größe fluorescently-labeled tumor, was ist ein cluster von etwa ein paar hundert Zellen. Unseres Wissens hat niemand in der Lage, das zu tun diese zuvor mit optical-imaging-Methoden“ Bardhan sagt.

Früher zu erkennen

Auch zeigten die Forscher, dass Sie injizieren fluoreszierenden Partikel in den Körper einer Maus oder einer Ratte, und dann Bild über das gesamte Tier, das erfordert imaging bis zu einer Tiefe von etwa 4 Zentimetern, um zu bestimmen, wo die Partikel endete. Und in tests mit menschlichen Gewebe-mimetika und tierischem Gewebe, Sie waren in der Lage, suchen Sie die Sonden bis zu einer Tiefe von bis zu 8 Zentimetern, je nach der Art des Gewebes.

Diese Art von system könnte verwendet werden, mit jedem fluoreszierende Sonde, die emittiert Licht im nahen Infrarot-Spektrum, darunter einige, die bereits von der FDA zugelassenen, sagen die Forscher. Die Forscher arbeiten auch an der Anpassung der imaging-system, so dass Sie konnte zeigen, intrinsische Unterschiede in der Gewebe-Kontrast, einschließlich Signaturen von Tumorzellen, ohne jede Art von fluoreszierenden label.

In laufende arbeiten werden Sie mit einer verwandten version des imaging-system, um zu versuchen zu erkennen Eierstock-Tumoren in einem frühen Stadium. Eierstockkrebs ist in der Regel sehr spät diagnostiziert, weil es keine einfache Möglichkeit, es zu erkennen, wenn die Tumore noch klein sind.

„Eierstock-Krebs ist eine schreckliche Krankheit, und es wird so spät diagnostiziert, weil die Symptome sind so unscheinbar,“, sagt Belcher. „Wir wollen einen Weg zu gehen Wiederauftreten der Tumoren, und schließlich ein Weg, um herauszufinden, und Folgen Sie frühen Tumoren, wenn Sie zuerst auf den Pfad, um Krebs oder Metastasen. Dies ist einer der ersten Schritte auf dem Weg, in Bezug auf die Entwicklung dieser Technologie.“

Die Forscher haben auch begonnen, die Anpassung dieser Art der Bildverarbeitung zum erkennen von anderen Arten von Krebs wie Bauchspeicheldrüsenkrebs, Gehirn-Krebs und Melanom.

Finanziert wurde die Forschung von der Koch-Instituts Frontier Research Program, der Marmor-Center für Krebs Nanomedizin, der-Koch-Institut Unterstützung (core) Zuschuss von der National Cancer Institute, NCI-Center für die Mitte für Krebs-Nanotechnologie-Exzellenz, und dem Brücke-Projekt.