eng
Просмотры: 290
07.06.2022
Флуоресцентные датчики используются для размещения в биологических тканях, что помогает медикам диагностировать рак и осуществлять мониторинг опухолей.
Эти датчики применяют для маркировки и получения изображений широкого спектра молекул и дают возможность заглянуть внутрь живых клеток. Недостатком является то, что, как правило, их можно использовать только в клетках, выращенных в лабораторной посуде, или в тканях, расположенных близко к поверхности тела, поскольку при слишком глубокой имплантации сигнал от датчиков теряется вследствие затухания в тканях.
Инженеры Массачусетского технологического института придумали способ преодолеть это ограничение. Используя разработанную ими новое фотонное оборудование для возбуждения любого флуоресцентного датчика, они смогли значительно усилить получаемый флуоресцентный сигнал. С помощью этой методики исследователи показали, что возможно имплантировать датчики на глубину до 5,5 сантиметров в ткани и при этом получать сильный устойчивый сигнал.
По мнению исследователей, эта технология позволяет использовать флуоресцентные датчики для отслеживания специфических молекул в мозге или других тканях, расположенных глубоко в теле человека или животного для медицинской диагностики или мониторинга воздействия лекарств на организм пациента.
"Если у вас есть флуоресцентный датчик, способный зондировать биохимическую информацию в культуре клеток или в тонких слоях ткани, то эта технология позволяет перенести все эти флуоресцентные красители и зонды в толстую ткань", - рассказывает Владимир Коман, научный сотрудник Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов нового исследования.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
В качестве флуоресцентных датчиков ученые используют квантовые точки, углеродные нанотрубки и флуоресцентные белки для маркировки молекул внутри клеток. Флуоресценцию датчиков можно обнаружить, посветив их светом лазера. Однако из-за сильного поглощения флуоресцентного излучения это не работает в толстых, плотных тканях или глубоко внутри тканей, в частности и потому, что сама ткань также является источником флуоресцентного излучения. Этот эффект называется автофлуоресценцией, и благодаря нему сигнал, поступающий от датчика, заглушается.
Если все ткани автофлуоресцируют, то это становится ограничивающим фактором. По мере того, как сигнал от датчика, проходя сквозь ткани, становится все слабее и слабее, его начинает перекрывать аутофлуоресценция этих же тканей.
Про освещении датчика колеблющимся лучом лазера, частота флуоресцентного излучения датчика удваивается. Это позволяет легко выделить флуоресцентный сигнал из фоновой автофлуоресценции. Используя эту схему, исследователи смогли повысить соотношение сигнал/шум датчиков более чем в 50 раз.
Одним из возможных применений такого рода сенсоров является мониторинг эффективности химиотерапевтических препаратов. Чтобы продемонстрировать потенциал новой технологии, исследователи сосредоточились на глиобластоме, агрессивном типе рака мозга. Пациенты с этим типом рака обычно подвергаются хирургическому вмешательству для удаления как можно большей части опухоли, а затем получают химиотерапевтический препарат темозоломид, чтобы попытаться уничтожить все оставшиеся в организме раковые клетки.
Этот препарат может оказывать серьезные побочные эффекты на организм человека, и не всем пациентам он помогает, поэтому мониторинг его воздействия на организм очень полезен при применении этого препарата.
Мы работаем над технологией создания небольших датчиков, которые можно было бы имплантировать рядом с самой опухолью, что могло бы дать представление о том, сколько препарата поступает в опухоль и метаболизируется ли он. Можно разместить датчик рядом с опухолью и проверить снаружи организма эффективность воздействия препарата в реальной опухолевой среде.
Когда темозоломид попадает в организм, он распадается на более мелкие соединения, в частности, известное как AIC. Коллектив Массачусетского технологического института разработал датчик, способный обнаруживать AIC, и показал, что может имплантировать его на глубину до 5,5 сантиметров в мозг животного. Сигнал удалось считывать даже сквозь череп животного.
Аналогичные датчики могут быть разработаны и для обнаружения молекулярных признаков гибели опухолевых клеток, одним из которых может быть реакционный вид кислорода.
Помимо обнаружения активности темозоломида исследователи продемонстрировали использование WIFF для усиления сигнала и от других различных датчиков, включая датчики на основе углеродных нанотрубок, которые были разработаны в лаборатории для обнаружения перекиси водорода, рибофлавина и аскорбиновой кислоты.
Преимуществом такой технологии является то, что техника работает на любой длине волны, и ее можно использовать для любого флуоресцентного датчика. Поскольку теперь интенсивность флуоресцентного сигнала гораздо выше, датчик можно имплантировать датчик на такую глубину в ткани, которая раньше была недостижима.
В своем исследовании ученые использовали три лазера для создания колеблющегося лазерного луча, но в дальнейшей работе планируется использовать один перестраиваемый лазер для создания сигнала и этим еще больше модернизировать технику. Одним из препятствий является высокая цена перестраиваемых лазеров, но ученые надеются, что в ближайшем будущем эти виды лазеров подешевеют, а скорость переключения частот излучения увеличится.
Для облегчения использования для пациентов флуоресцентных датчиков исследователи работают над созданием биологически разлагаемых сенсоров, которые не нужно будет удалять после использования хирургическим путем.
Инженеры Массачусетского технологического института придумали способ преодолеть это ограничение. Используя разработанную ими новое фотонное оборудование для возбуждения любого флуоресцентного датчика, они смогли значительно усилить получаемый флуоресцентный сигнал. С помощью этой методики исследователи показали, что возможно имплантировать датчики на глубину до 5,5 сантиметров в ткани и при этом получать сильный устойчивый сигнал.
По мнению исследователей, эта технология позволяет использовать флуоресцентные датчики для отслеживания специфических молекул в мозге или других тканях, расположенных глубоко в теле человека или животного для медицинской диагностики или мониторинга воздействия лекарств на организм пациента.
"Если у вас есть флуоресцентный датчик, способный зондировать биохимическую информацию в культуре клеток или в тонких слоях ткани, то эта технология позволяет перенести все эти флуоресцентные красители и зонды в толстую ткань", - рассказывает Владимир Коман, научный сотрудник Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов нового исследования.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
В качестве флуоресцентных датчиков ученые используют квантовые точки, углеродные нанотрубки и флуоресцентные белки для маркировки молекул внутри клеток. Флуоресценцию датчиков можно обнаружить, посветив их светом лазера. Однако из-за сильного поглощения флуоресцентного излучения это не работает в толстых, плотных тканях или глубоко внутри тканей, в частности и потому, что сама ткань также является источником флуоресцентного излучения. Этот эффект называется автофлуоресценцией, и благодаря нему сигнал, поступающий от датчика, заглушается.
Если все ткани автофлуоресцируют, то это становится ограничивающим фактором. По мере того, как сигнал от датчика, проходя сквозь ткани, становится все слабее и слабее, его начинает перекрывать аутофлуоресценция этих же тканей.
Про освещении датчика колеблющимся лучом лазера, частота флуоресцентного излучения датчика удваивается. Это позволяет легко выделить флуоресцентный сигнал из фоновой автофлуоресценции. Используя эту схему, исследователи смогли повысить соотношение сигнал/шум датчиков более чем в 50 раз.
Одним из возможных применений такого рода сенсоров является мониторинг эффективности химиотерапевтических препаратов. Чтобы продемонстрировать потенциал новой технологии, исследователи сосредоточились на глиобластоме, агрессивном типе рака мозга. Пациенты с этим типом рака обычно подвергаются хирургическому вмешательству для удаления как можно большей части опухоли, а затем получают химиотерапевтический препарат темозоломид, чтобы попытаться уничтожить все оставшиеся в организме раковые клетки.
Этот препарат может оказывать серьезные побочные эффекты на организм человека, и не всем пациентам он помогает, поэтому мониторинг его воздействия на организм очень полезен при применении этого препарата.
Мы работаем над технологией создания небольших датчиков, которые можно было бы имплантировать рядом с самой опухолью, что могло бы дать представление о том, сколько препарата поступает в опухоль и метаболизируется ли он. Можно разместить датчик рядом с опухолью и проверить снаружи организма эффективность воздействия препарата в реальной опухолевой среде.
Когда темозоломид попадает в организм, он распадается на более мелкие соединения, в частности, известное как AIC. Коллектив Массачусетского технологического института разработал датчик, способный обнаруживать AIC, и показал, что может имплантировать его на глубину до 5,5 сантиметров в мозг животного. Сигнал удалось считывать даже сквозь череп животного.
Аналогичные датчики могут быть разработаны и для обнаружения молекулярных признаков гибели опухолевых клеток, одним из которых может быть реакционный вид кислорода.
Помимо обнаружения активности темозоломида исследователи продемонстрировали использование WIFF для усиления сигнала и от других различных датчиков, включая датчики на основе углеродных нанотрубок, которые были разработаны в лаборатории для обнаружения перекиси водорода, рибофлавина и аскорбиновой кислоты.
Преимуществом такой технологии является то, что техника работает на любой длине волны, и ее можно использовать для любого флуоресцентного датчика. Поскольку теперь интенсивность флуоресцентного сигнала гораздо выше, датчик можно имплантировать датчик на такую глубину в ткани, которая раньше была недостижима.
В своем исследовании ученые использовали три лазера для создания колеблющегося лазерного луча, но в дальнейшей работе планируется использовать один перестраиваемый лазер для создания сигнала и этим еще больше модернизировать технику. Одним из препятствий является высокая цена перестраиваемых лазеров, но ученые надеются, что в ближайшем будущем эти виды лазеров подешевеют, а скорость переключения частот излучения увеличится.
Для облегчения использования для пациентов флуоресцентных датчиков исследователи работают над созданием биологически разлагаемых сенсоров, которые не нужно будет удалять после использования хирургическим путем.
Комментарии читателей
