Fluorescencyjne nanomateriały polimerowo-węglowe CQDs modyfikowane powierzchniowo do selektywnej biodetekcji chorób nowotworowych

Węglowe kropki kwantowe (CQDs) modyfikowane powierzchniowo m.in. pochodnymi barwników organicznych to hybrydowe nanoobiekty o rozmiarze <10 nm posiadające unikalne właściwości fizykochemiczne i biologiczne w tym zależność emisji fluorescencji od długości fali światła wzbudzającego. Są one otrzymywane z biomasy odpadowej bogatej w węgiel zgodnie z koncepcją gospodarki obiegu zamkniętego. Innowacyjna technologia ich wytwarzania i modyfikacji umożliwia zastosowanie tych nanomateriałów w biodetekcji nowotworów, gdyż mogą one selektywnie przenikać błony komórkowe jedynie tych komórek, które są zmienione chorobowo ze względu na powinowactwo do ich receptorów. Dzięki unikalnemu składowi chemicznemu powierzchni, w przeciwieństwie do klasycznych kropek CQDs emitują one fluorescencję w zakresie przepuszczalnym dla tkanek ludzkich i charakteryzują się wysoką wydajnością kwantową fluorescencji tym samym umożliwiając szybką oraz efektywną diagnostykę nawet najwcześniejszych zmian nowotworowych.

Rosnąca liczba zachorowań na choroby nowotworowe wraz z rosnącą świadomością społeczeństwa, dotyczącą wczesnej diagnostyki chorób oraz możliwości ich skutecznego leczenia powoduje wzrost zainteresowania nowymi metodami diagnostycznymi tym samym napędzając rynek bioanalityki. Zmiana struktury demograficznej społeczeństwa, rosnąca ilość ludzi starszych podatnych na cierpienie wywoływane chorobami nowotworowymi, a także coraz większa liczba chorych poniżej 60 roku życia to główne czynniki wpływające na rozwój medycyny, farmacji oraz przemysłu chemicznego. Rosnąca adaptacja do zachodniego stylu życia, brak prawidłowych nawyków żywieniowych, stres, zanieczyszczenie środowiska miejskiego substancjami kancerogennymi, pogorszenie jakości żywności ubogiej w składniki odżywcze i witaminy czy brak aktywności fizycznej powoduje wzrost liczby osób cierpiących na różne schodzenia przewlekłe w tym choroby nowotworowe. Z tego względu uważa opracowanie zaawansowanych produktów do wczesnej diagnostyki nowotworów jest jednym z najważniejszych wyzwań XXI wieku.
Nanomateriały można dostosować pod względem właściwości fizykochemicznych do wybranych rodzajów komórek nowotworowych oraz ich specyficznych właściwości. Otrzymane nanomateriały w postaci 0D nanomateriałów polimerowo-węglowych występujących jako koloidy liofilowe doskonale rozpuszczalne w wodnych mediach diagnostycznych służą do bioobrazowania komórek nowotworowych metodą mikroskopii fluorescencyjnej. Na powierzchni nanomateriałów dodatkowo można szczepić kwas foliowy. Dzięki tej operacji można osiągnąć efekt synergistyczny, polegający na zwiększeniu powinowactwa nanocząstek do błon komórkowych komórek nowotworowych oraz ich otoczenia (zmniejszona wartość pH w porównaniu do komórek prawidłowych). Nanocząstki polimerowo-węglowe w sposób selektywny wychwytywane sa przez receptory folianowe, co zwiększy wchłanialaność nanosystemów detekcji komórek nieprawidłowych. Tego typu nanomateriały o programowanych multiwłaściwosciach nie są znane, co stanowi przewagę w stosunku do znanych współcześnie rozwiązań rynkowych. Fluorescencyjne nanomateriały zerowymiarowe w postaci kondensatów polimerowo-węglowych to jedne z najbardziej innowacyjnych, nowych typów nanocząstek polimerowo-węglowych znane od 2004 roku. Współcześnie tego typu noanoobiekty zyskują bardzo duże zainteresowanie w kręgu naukowym oraz wśród dużych korporacji medycznych, ze względu na obecność na powierzchni licznych grup: aminowych czy karboksylowych, które sprawiają ze do powierzchni nanomateriałów w dogodny sposób można przyłączać cząsteczki modyfikujące na drodze syntezy chemicznej. Otrzymano nanomateriały o wysokiej wydajności fluorescencji zmodyfikowanych tak, by w selektywny sposób wiązały się z receptorami folianowymi komórek nowotworowych, które wykazują ich nadekspresję umożliwiając detekcję komórek nieprawidłowych poprzez techniki mikroskopii fluorescencyjnej. Zastosowanie takich surowców jak polimery pochodzenia naturalnego, aminokwasy lub ich polikondensaty powoduje N,O-dotowanie powłoki nanomateriałów oraz wytworzenie fluoroforów molekularnych zaszczepionych (pochodnych biokompatybilnych barwników organicznych) na powierzchni CQDs co umożliwi uzyskanie wysokich wydajności kwantowych fluorescencji, minimalizację efektu cytotoksycznego poprzez możliwość stosowania mniejszych stężeń nanocząstek fluorescencyjnych w medium detekcyjnym oraz lepszą jakość obrazów mikroskopowych. Dodatkowo modyfikacja ładunku powierzchniowego poprzez zastosowanie aminokwasów zasadowych lub ich polikondensatów działa w sposób synergistyczny, czego efektem będzie otrzymanie fluorescencyjnych nanocząstek o zwiększonych właściwościach wchłaniania do komórek nowotworowych.
Trwałość CQDs na fotobielenie (zmniejszanie wydajności kwantowej fluorescencji w czasie) sprawia, ze uzyskany produkt będzie mógł być przechowywany przez długi okres czasu bez zmian właściwości spektroskopowych, co jest kluczowe w fluorymetrycznych metodach ilościowych podczas rutynowych oznaczeń.

węglowe kropki kwantowe, biodetekcja, diagnostyka onkologiczna

Opracowanie metodyki innowacyjnych układów bio-detekcji komórek nowotworowych z zastosowaniem nanomateriałów polimerowo-węglowych o programowanych właściwościach jest ważnym krokiem w kierunku szybkiego wykrywania komórek nowotworowych u pacjentów podejrzanych o zmiany chorobowe. Niski koszt zaproponowanego systemu bio-detekcji komórek nieprawidłowych umożliwi szerszy dostęp społeczeństwa do metod wstępnej diagnostyki nowotworowej, oraz umożliwi podjęcie onkologom szybkich decyzji co do leczenia we wczesnych stadiach choroby.
Obecnie uważa się, że największy potencjał w diagnostyce onkologicznej mają metody oparte na bioobrazowaniu, o czym świadczy fakt, iż bioobrazowanie komórek nowotworowych miało największy udział w rynku w 2016 roku i przewiduje się, że ten trend utrzyma się przez kolejne lata.
Według innych prognoz rynkowych na lata 2017-2023 oczekuje się, że rynek Global Cancer Diagnostics wzrośnie z 8,54 mld USD w 2016 r. Do 22,41 mld USD do 2023 r. ze wzrostem CAGR 14,8%. Globe Newswire stworzył w 2018 roku raport o tytule „Globalny rynek diagnostyki raka - prognozy od 2018 do 2023” w którym, przewiduje się, że stopa wzrostu światowego rynku diagnostyki (CAGR) wyniesie aż 14,22%, co przełoży się na zwiększenie wartości rynku z 9,050 mld USD w 2017 r. Do 20,099 mld USD w 2023 r.
Wykonana przez Grandview research analiza rynku diagnostycznego pod kątem metod badawczych (testy laboratoryjne, testy genetyczne, obrazowanie, endoskopia) oraz zastosowania (nowotwór: płuc, piersi, wątroby, szyjki macicy, jelita grubego, skóry) według rejonu oraz segmentów rynkowych na lata 2019 – 2026 pokazuje, że globalna wielkość rynku diagnostyki nowotworów została wyceniona na 144,1 mld USD w 2018 r. i oczekuje się, że w okresie prognozy CAGR wyniesie 7,0%. Coraz powszechniejsze występowanie nowotworów, stały postęp technologiczny w diagnostyce oraz rosnące zapotrzebowanie na skuteczne testy przesiewowe to tylko niektóre z głównych czynników stymulujących popyt na całym świecie. Rosnąca świadomość i wspierające inicjatywy rządowe to dodatkowe czynniki, które mają zwiększyć wzrost rynku metod onkodiagnostyki w okresie prognozy.

- prototyp

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku