Multifunkcionalna nanočestica omogućuje novu vrstu biološkog snimanja
Multifunkcionalna nanočestica omogućuje novu vrstu biološkog snimanja
Anonim

Uočavanje jedne kancerogene stanice koja se oslobodila tumora i putuje krvotokom kako bi kolonizirala novi organ moglo bi se činiti kao pronalaženje igle u plastu sijena. Ali nova tehnika snimanja sa Sveučilišta Washington prvi je korak ka tome da to bude moguće.

Istraživači UW-a razvili su multifunkcionalnu nanočesticu koja eliminira pozadinsku buku, omogućujući precizniji oblik medicinskog snimanja – u biti brišu plast sijena, tako da igla svijetli. Uspješna demonstracija s fotoakustičnim slikama objavljena je danas (27. srpnja) u časopisu Nature Communications.

Nanočestice su obećavajuća kontrastna sredstva za ultraosjetljive medicinske slike. Ali u svim tehnikama koje ne koriste radioaktivne oznake, okolna tkiva imaju tendenciju nadjačati slabe signale, sprječavajući istraživače da otkriju samo jednu ili nekoliko stanica.

"Iako tkiva nisu ni približno tako učinkovita u stvaranju signala kao kontrastno sredstvo, količina tkiva je mnogo veća od količine kontrastnog sredstva, pa je pozadinski signal vrlo visok", rekao je glavni autor Xiaohu Gao, UW docent bioinženjeringa.

Novo predstavljena nanočestica rješava ovaj problem tako što po prvi put kombinira dva svojstva kako bi se stvorila slika koja se razlikuje od onoga što bi bilo koja postojeća tehnika mogla proizvesti.

Nova čestica kombinira magnetska svojstva i fotoakustičnu sliku kako bi izbrisala pozadinsku buku. Istraživači su koristili pulsirajuće magnetsko polje kako bi potresli nanočestice svojim magnetskim jezgrama. Zatim su snimili fotoakustičnu sliku i tehnikama obrade slike uklonili sve osim vibrirajućih piksela.

Gao uspoređuje novu tehniku ​​sa softverom za uređivanje fotografija "Tourist Remover" koji omogućuje fotografu da izbriše druge ljude kombinirajući nekoliko fotografija iste scene i zadržavajući samo dijelove slike koji se ne pomiču. "Koristimo vrlo sličnu strategiju", rekao je Gao. “Umjesto da zadržimo nepokretne dijelove, čuvamo samo pokretni dio.

"Koristimo vanjsko magnetsko polje da potresemo čestice", objasnio je. "Onda postoji samo jedna vrsta čestica koja će se tresti na frekvenciji našeg magnetskog polja, a to je naša vlastita čestica."

Eksperimenti sa sintetičkim tkivom pokazali su da tehnika može gotovo potpuno potisnuti jak pozadinski signal. Budući rad pokušat će ponoviti rezultate na laboratorijskim životinjama, rekao je Gao.

30-nanometarska čestica sastoji se od magnetske jezgre željeznog oksida s tankom zlatnom ljuskom koja okružuje, ali ne dodiruje središte. Zlatna ljuska se koristi za apsorpciju infracrvene svjetlosti, a također se može koristiti za optičko snimanje, pružanje toplinske terapije ili pričvršćivanje biomolekule koja bi se uhvatila za određene stanice.

Raniji rad Gaove grupe kombinirao je funkcije u jednoj nanočestici, nešto što je teško zbog male veličine.

"U nanočesticama je jedan plus jedan često manji od dva", rekao je Gao. "Naš prethodni rad je pokazao da jedan plus jedan može biti jednako dva. Ovaj rad pokazuje da je jedan plus jedan, konačno, veći od dva."

Prvo biološko snimanje, 1950-ih, korišteno je za identifikaciju anatomije unutar tijela, otkrivanje tumora ili fetusa. Druga generacija korištena je za praćenje funkcije – fMRI ili funkcionalna magnetska rezonancija, na primjer, otkriva upotrebu kisika u mozgu za stvaranje slike moždane aktivnosti. Sljedeća generacija snimanja bit će molekularna slika, rekao je koautor Matthew O'Donnell, profesor bioinženjeringa i dekan inženjeringa na UW.

To će značiti da se medicinski testovi i broj stanica mogu obaviti unutar tijela. Drugim riječima, umjesto uzimanja biopsije i pregleda tkiva pod mikroskopom, snimanje bi moglo otkriti specifične proteine ​​ili abnormalnu aktivnost na izvoru.

Ali ostvariti to znači poboljšati granice pouzdanosti slike.

"Danas možemo koristiti biomarkere da vidimo gdje se nalazi velika zbirka oboljelih stanica", rekao je O'Donnell. "Ova nova tehnika mogla bi vas spustiti na vrlo preciznu razinu, potencijalno od jedne ćelije."

Istraživači su testirali metodu za fotoakustičnu sliku, jeftinu metodu koja se sada razvija i koja je osjetljiva na male varijacije u svojstvima tkiva i može prodrijeti nekoliko centimetara u meko tkivo. Djeluje tako da se pomoću impulsa laserskog svjetla vrlo lagano zagrijava stanica. Ova toplina uzrokuje da stanica vibrira i proizvodi ultrazvučne valove koji putuju kroz tkivo do površine tijela. Nova tehnika trebala bi se primijeniti i na druge vrste snimanja, rekli su autori.

Popularno po temi