Foto via Bar-Ilan Universiteit
De huid is een van de grootste en meest toegankelijke organen in het menselijk lichaam, maar het penetreren van de diepe lagen voor medicinale en cosmetische behandelingen ontgaat de wetenschap nog steeds.
Hoewel er enkele remedies zijn - zoals nicotinepleisters om te stoppen met roken - die via de huid worden toegediend, is deze behandelingsmethode zeldzaam omdat de deeltjes die binnendringen niet groter mogen zijn dan 100 nanometer (een duizendste van een centimeter). Het creëren van effectieve tools met zulke kleine deeltjes is een grote uitdaging. Omdat de deeltjes zo klein en moeilijk te zien zijn, is het even uitdagend om hun exacte locatie in het lichaam te bepalen - informatie die nodig is om ervoor te zorgen dat ze het beoogde doelweefsel bereiken. Tegenwoordig wordt dergelijke informatie verkregen via invasieve, vaak pijnlijke biopsieën.
Een nieuwe aanpak ontwikkeld door onderzoekers van de Bar-Ilan Universiteit in Israël, biedt een innovatieve oplossing om beide uitdagingen het hoofd te bieden. Door technieken in nanotechnologie en optica te combineren, produceerden ze minuscule (nano metrische) diamantdeeltjes die zo klein zijn dat ze in de huid kunnen doordringen om medicinale en cosmetische remedies te leveren. Bovendien creëerden ze een veilige, op laser gebaseerde optische methode die de penetratie van nano diamanten in de verschillende huidlagen kwantificeert en hun locatie en concentratie in lichaamsweefsel op een niet-invasieve manier bepaalt, waardoor een biopsie overbodig wordt.
Deze innovatie is zojuist gepubliceerd door onderzoekers van het University's Institute of Nanotechnology and Advanced Materials, in samenwerking met de Kofkin Faculty of Engineering en Department of Chemistry, in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano.
Nanodiamanten - een miljoenste millimeter groot - worden geproduceerd door explosieven te laten ontploffen in een gesloten kamer. Onder deze omstandigheden zorgen hoge temperatuur en druk ervoor dat de koolstofatomen in explosieven samensmelten. De nano diamanten die daarbij ontstaan zijn klein genoeg om weefsel - en zelfs cellen - binnen te dringen zonder schade aan te richten.
Nanodiamanten en medicijnafgifte
Net als vrachtwagens die leveringen doen, kunnen kunstmatige diamanten verschillende medicijnen leveren aan beoogde doelen, en hun afstand en locatie kunnen worden gecontroleerd vanwege de minuscule grootte van de nano diamanten. De benadering van medicijnafgifte met behulp van nanodeeltjes is al succesvol gebleken in eerder onderzoek.
De nano diamanten die nieuw zijn ontwikkeld aan de Bar-Ilan University zijn ook bewezen effectieve antioxidanten. Deze eigenschap zorgt ervoor dat deeltjes die het lichaam binnendringen zowel veilig als therapeutisch zijn, omdat ze door hun chemische eigenschappen met medicatie kunnen worden bedekt voordat ze in het lichaam worden ingebracht.
Nanodiamanten volgen via optica
De optische methode die door het onderzoeksteam is ontwikkeld, stelt hen in staat om relatieve nano diamantconcentraties van deeltjes in de verschillende huidlagen (epidermis, dermis en vet) te identificeren door middel van veilige en niet-invasieve detectie op basis van een blauwe golflengtelaser, een unieke bevinding op zich gezien het feit dat lasers met rode golflengte over het algemeen worden gebruikt bij medische onderzoeken en behandelingen bij mensen. Om hun locatie in de huid te bepalen en in welke concentratie, worden patiënten kort blootgesteld aan de blauwe laserstraal. Een optisch systeem creëert een foto-achtig 3D-beeld waarmee optische veranderingen in behandeld weefsel kunnen worden geëxtraheerd en vergeleken met aangrenzend, onbehandeld weefsel met behulp van een speciaal ontwikkeld algoritme.
"Dit is een belangrijke ontwikkeling in dermatologie en optische engineering", zegt prof. Dror Fixler, directeur van het Institute of Nanotechnology and Advanced Materials aan de Bar-Ilan University en lid van het onderzoeksteam. "Het zou de deur kunnen openen voor het ontwikkelen van medicijnen die door de huid worden aangebracht naast moderne cosmetische preparaten met behulp van geavanceerde nanotechnologie." Het onderzoek van Fixler, bijgestaan door onderzoeker Channa Shapira en anderen, toont het belang aan van optische innovatie in klinische toepassingen.
