Un ensemble d'images montre :A) une image en lumière blanche à contraste d'interférence différentielle (DIC) d'un embryon de poisson zèbre marqué avec des cellules cancéreuses de la prostate humaine fluorescentes; B) une image fluorescente de l'embryon en A, révéler les cellules cancéreuses xénogreffées; C) une image DIC à fort grossissement de la nageoire caudale ventrale ; D) une image fluorescente de la même région en C qui révèle des cellules xénogreffées (tête de flèche); et E) une image fusionnée de C et D. (Crédit :Wagner Lab/Rice University)
(PhysOrg.com) -- Le physicien de l'Université Rice Dmitri Lapotko a démontré que les nanobulles plasmoniques, généré autour de nanoparticules d'or avec une impulsion laser, peut détecter et détruire les cellules cancéreuses in vivo en créant de minuscules, des bulles de vapeur brillantes qui révèlent les cellules et les explosent sélectivement.
Un article dans l'édition imprimée d'octobre de la revue Biomatériaux détaille l'effet de la théranostique des nanobulles plasmoniques sur le poisson zèbre implanté avec des cellules cancéreuses de la prostate humaine vivantes, démontrant l'ablation guidée de cellules cancéreuses dans un organisme vivant sans endommager l'hôte.
Lapotko et ses collègues ont développé le concept de théranostic cellulaire pour unir trois étapes importantes du traitement - diagnostic, la thérapie et la confirmation de l'action thérapeutique -- en une seule procédure connectée. L'accordabilité unique des nanobulles plasmoniques rend la procédure possible. Leur modèle animal, le poisson zèbre, est presque transparent, ce qui le rend idéal pour une telle recherche in vivo.
Les National Institutes of Health ont reconnu le potentiel de la technique inspirée de Lapotko en finançant d'autres recherches qui recèlent un potentiel énorme pour la théranostic du cancer et d'autres maladies au niveau cellulaire. Laboratoire de nanobulles plasmoniques de Lapotko, un laboratoire commun américano-biélorusse de nanophotonique fondamentale et biomédicale, a reçu une subvention d'une valeur de plus d'un million de dollars au cours des quatre prochaines années pour continuer à développer la technique.
Dans des recherches antérieures dans le laboratoire d'origine de Lapotko à l'Académie nationale des sciences de Biélorussie, les nanobulles plasmoniques ont démontré leur potentiel théranostique. Dans une autre étude sur les applications cardiovasculaires, des nanobulles ont été filmées en train de se frayer un chemin à travers la plaque artérielle. Plus l'impulsion laser est forte, plus l'explosion est dommageable lorsque les bulles éclatent, rendant la technique hautement ajustable. La taille des bulles varie de 50 nanomètres à plus de 10 micromètres.
Dans l'étude du poisson zèbre, Lapotko et ses collaborateurs de Rice ont dirigé des nanoparticules d'or marquées avec des anticorps dans les cellules cancéreuses implantées. Une courte impulsion laser a surchauffé la surface des nanoparticules et évaporé un très mince volume du milieu environnant pour créer de petites bulles de vapeur qui se dilatent et s'effondrent en quelques nanosecondes; cela a laissé les cellules intactes mais a généré un signal de diffusion optique puissant qui était suffisamment brillant pour détecter une seule cellule cancéreuse.
Une seconde, une impulsion plus forte a généré des nanobulles plus grosses qui ont explosé (ou, comme l'appelaient les chercheurs, « ablation mécanique ») de la cellule cible sans endommager les tissus environnants du poisson zèbre. La diffusion de la lumière laser par la deuxième bulle « tueuse » a confirmé la destruction cellulaire.
Que le processus soit de nature mécanique est la clé, dit Lapotko. Les nanobulles évitent les pièges de la chimiothérapie ou de la radiothérapie qui peuvent endommager les tissus sains ainsi que les tumeurs.
"Ce n'est pas une particule qui tue la cellule cancéreuse, mais un événement passager et court, " dit-il. " Nous convertissons l'énergie lumineuse en énergie mécanique. "
La nouvelle subvention permettra à Lapotko et à ses collaborateurs d'étudier les effets biologiques des nanobulles plasmoniques, puis de combiner leurs fonctions en une seule séquence qui ne prendrait qu'une microseconde pour détecter et détruire une cellule cancéreuse et confirmer les résultats. "En ajustant leur taille de manière dynamique, nous adapterons leur action biologique de la détection non invasive à l'administration intracellulaire localisée de médicaments jusqu'à l'élimination sélective de cellules spécifiques, " il a dit.
"Être un furtif, sonde à la demande avec fonction accordable, la nanobulle plasmonique peut être appliquée à tous les domaines de la médecine, puisque le mécanisme des nanobulles est universel et peut être utilisé pour détecter et manipuler des molécules spécifiques, ou pour une microchirurgie précise."
Les co-auteurs de Lapotko sur le Biomatériaux papier sont Daniel Wagner, professeur adjoint de biochimie et biologie cellulaire; Mary "Cindy" Farach-Carson, vice-recteur associé à la recherche et professeur de biochimie et de biologie cellulaire; Jason Hafner, professeur agrégé de physique et d'astronomie et de chimie; Nikki Delk, associé de recherche postdoctoral; et Ekaterina Lukianova-Hleb, chercheur au Laboratoire de nanobulles plasmoniques.
