Introduzione

L'imaging tissutale basato sui punti quantici è un'importante tecnica di imaging ed è emerso come uno strumento promettente in diversi tipi di ricerca sul cancro al seno grazie alle sue eccezionali proprietà ottiche. Il cancro al seno è uno dei tumori più comuni tra le donne di tutto il mondo. Il cancro al seno è una malattia altamente eterogenea, con comportamenti biologici diversi per lo stesso stadio dei pazienti affetti da cancro al seno. L'imaging ottico è il metodo migliore per rilevare e visualizzare i sistemi linfatici in caso di cancro al seno. Imaging del cancro, comprese le tecniche di imaging macroscopico del cancro (imaging a risonanza magnetica, (MRI) e le tecniche di imaging microscopico del cancro (immunofluorescenza), svolgono un ruolo fondamentale nel rilevamento del cancro, nel trattamento del cancro, nella valutazione della prognosi e nel monitoraggio del decorso della malattia. Le tradizionali tecniche di imaging non sono perfette per acquisire informazioni più specifiche e uniche Cancro al seno biologia: le più recenti tecniche di imaging per rivelare informazioni multidimensionali in modo chiaro e preciso sono urgentemente necessarie nella diagnosi del cancro. L'imaging di nanoparticelle su base ottica è un ramo importante della nanotecnologia, come l'imaging basato su punti quantici (QD), che offre una promettente potenziale applicazione nella ricerca sul cancro. Questi vantaggi ottici dell’imaging basato su QD sono stati ampiamente applicati nella ricerca sul cancro.

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Proprietà dei punti quantici (QD)

La maggior parte dei QD sono semiconduttori nanocristallini con dimensioni del nucleo comprese tra 2 e 10 nm e composti da due tipi di atomi degli elementi del gruppo II e VI della tavola periodica degli elementi. Quando i QD sono eccitati da una luce ad alta energia esterna, l'elettrone interno dei QD si ecciterà dal suo stato fondamentale a un livello più alto e l'elettrone di alto livello si rilassa e ritorna allo stato fondamentale durante l'intero processo di emissione di un fotone, producendo fluorescenza. L'energia bandgap è l'energia minima richiesta per eccitare un elettrone dal suo stato fondamentale a un livello superiore, che dipende dalla dimensione del complesso; maggiore è la dimensione, minore è la banda proibita. I QD presentano vantaggi in termini di emissione ristretta e ampio spettro di eccitazione; a causa delle dimensioni ridotte, l'intera particella Quantum Dots potrebbe comportarsi come una singola molecola con gli atomi che si eccitano ed emettono luce simultaneamente e producono un'elevata intensità di segnale sotto forma di una forte fluorescenza.

Interazione tra biomarcatori e punti quantici

Sono disponibili i metodi tradizionali per ottenere informazioni su un singolo biomarcatore in una sola volta, come l'immunofluorescenza, l'immunoistochimica e il Western blotting. Questi metodi hanno uno svantaggio comune, ovvero non possono ottenere informazioni quantitative in situ insieme a caratteristiche morfologiche per più biomarcatori. Lo sviluppo dell'imaging multiplex basato su QD mostra un enorme potenziale per l'imaging multiplex in situ per rivelare le interazioni di diverse molecole. L'imaging multiplex basato su QD è stato utilizzato anche per rivelare simultaneamente le interazioni dinamiche tra i biomarcatori nel microambiente tumorale e le cellule tumorali. Con l’avvento della biologia, sono stati scoperti molti biomarcatori prognostici nascosti nei noduli del cancro al seno. La quantificazione accurata e l’etichettatura specifica di tali biomarcatori prognostici sono le procedure chiave per valutare la prognosi del cancro al seno. Sono stati sviluppati l'imaging basato su QD e l'analisi spettrale quantitativa sui biomarcatori del cancro al seno che hanno mostrato correlazione e coerenza, con una migliore qualità e sensibilità dell'immagine. QD-l'imaging basato su dati era altrettanto informativo e utile quanto l'analisi multi-genica a un costo inferiore. I metodi di imaging basati sui quantistici potrebbero avere un potenziale maggiore nelle applicazioni cliniche rispetto ai test multigenici, soprattutto nei paesi in via di sviluppo dove l’analisi multigenica risulta costosa per i pazienti. Questi studi hanno dimostrato che l’imaging multiplex basato su QD potrebbe essere una strategia promettente per una patologia diagnostica più accurata.

Imaging basato su punti quantici per rilevare il cancro al seno

La diagnosi precoce e l'imaging mirato delle metastasi nel cancro metastatico, la principale causa di mortalità per cancro, potrebbero aiutare ad avviare una terapia efficace per migliorare la prognosi delle pazienti affette da cancro al seno e il trattamento del cancro. Attualmente, le tecniche di imaging utilizzate sono difficili da ottenere una diagnosi precoce perché tali tecniche di imaging possono rilevare un tumore solo quando le cellule tumorali crescono fino a raggiungere una struttura tissutale normale. L’imaging basato sui QD potrebbe aiutare a ottenere un rilevamento precoce mediante l’imaging sulle cellule tumorali del cancro, anche su singole cellule tumorali in vivo. Una diagnosi precoce di metastasi che avviene molto prima dello sviluppo di metastasi evidenti è nota come micrometastasi e tale micrometastasi rientra nell'intervallo di diametro compreso tra 0.2 e 2.0 mm, ora considerato un potente fattore prognostico per il cancro al seno. L'imaging tradizionale non riesce a rivelare tali micrometastasi a causa della bassa risoluzione. Al contrario, i QD potrebbero essere progettati per distinguere i tessuti non bersaglio dalle rare cellule bersaglio a causa della loro forte intensità di fluorescenza e dell'elevata fotostabilità. Un altro importante vantaggio dell'imaging basato su QD per le micrometastasi del cancro al seno è che può distinguere rapidamente tra piccole metastasi e tessuti complessi non tumorali grazie al suo forte imaging target e alla forte fluorescenza.

limitazioni:
? Esistono alcune limitazioni gravi, tra cui tossicità intrinseca, scarsa biocompatibilità e mancanza di immagini multiplex.
? I punti quantici attualmente utilizzati contengono elementi di metalli pesanti come Cd, As, Pb, Te e Hg, che presentano potenziali effetti negativi sui sistemi viventi. Il nucleo di metallo pesante dei QD potrebbe indurre la morte della blastocisti di topo in stadio iniziale sia in vitro che in vivo.
? I sistemi analitici dovrebbero essere sistematicamente migliorati per promuoverne ulteriormente l’uso nella ricerca sul cancro.

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Riferimento:

1. Wang LW, Peng CW, Chen C, Li Y. Tessuto basato su punti quantici e in vivo, l'imaging nel cancro al seno ricerca lo stato attuale e le prospettive future. Trattamento per la cura del cancro al seno. 2015 maggio;151(1):7-17. doi: 10.1007/s10549-015-3363-x. Epub 2015 aprile 2. PMID: 25833213; ID PMC: PMC4408370.