Šviesą išskiriančios nanodalelės gali užtikrinti saugesnį vaizdą į gyvas ląsteles

G&G Sindikatas - Saugokit Šviesą (Birželis 2019).

Anonim

Mokslininkų komanda parodė, kaip šviesos spinduliuojančios nanodalelės, sukurtos JAV energetikos departamento Lawrence Berkeley nacionalinėje laboratorijoje (Berkeley Lab), gali būti naudojamos giliai gyvenantiems audiniams pažiūrėti.

Specialiai suprojektuotos nanodalelės gali būti sužadintos ultralvandeniu lazerio spinduliu, esančiu beveik infraraudonųjų spindulių bangos ilgiuose, kurie laikomi saugiais žmogaus organizmui. Jie sugeria šią šviesą ir tada išskiria matomą šviesą, kurią galima išmatuoti standartine vaizdo gavimo įranga.

Šių nanodalelių taikymo plėtra ir biologinis vaizdavimas yra išsamiai aprašytas tyrime, paskelbtame 6 rugpjūčio mėn. " Nature Communications" interneto svetainėje.

Tyrėjai tikisi toliau tobulinti šias vadinamąsias ledo formas konvertuojančias nanodaleles arba aUCNP, kad, pavyzdžiui, galėtų pritvirtinti prie specifinių ląstelių komponentų, naudojamų pažangioje vaizdo sistemoje, kad užsidegtų net vienos vėžio ląstelės. Tokia sistema galiausiai gali padėti atlikti aukšto tikslumo operacijas ir radiacines procedūras bei padėti išgydyti net labai mažus vėžio pėdsakus.

"Su lazeriu, kuris yra dar silpnesnis nei standartinis žalias lazerinis žymeklis, galime pažvelgti giliai į audinius", - sakė Bruce Cohen, priklausanti Berklio laboratorijos Molekulinės liejyklos mokslo grupei, kuri bendradarbiauja su UC San Francisko mokslo darbuotojais, kad pritaikytų nanodaleles medicinos reikmėms. "Molekulinė liejykla" yra "DOE Office of Science" naudotojų įrenginys, kuris specializuojasi nanomokslų mokslinių tyrimų srityje. Jis yra prieinamas lankytojams iš visos tautos ir pasaulio mokslininkų.

Koenas pažymėjo, kad kai kuriose esamos vaizdo sistemos naudoja didesnės galios lazerio spinduliuotę, kuri gali sugadinti ląsteles.

"Iššūkis yra toks: kaip mes galime vaizduoti gyvybines sistemas esant dideliam jautrumui, nepažeidžiant jų? Tai mažos energijos šviesos ir mažo lazerio galių derinys yra tai, kad visi šioje srityje dirbo tam tikrą laiką", - sakė jis. AUCNP reikalinga lazerio jėga yra milijonus kartų mažesnė nei įprastų artimųjų infraraudonųjų spindulių daviklių galia.

Šiame naujausiame tyrime mokslininkai parodė, kaip aUCNP gali būti pavaizduotas gyvuose pelių audiniuose, esant kelių milimetrų gylyje. Jie buvo susijaudinęs su lazeriais, kurie buvo silpni, kad nebūtų padaryta jokios žalos.

Tyrėjai įpurškė nanodaleles į pelių riebalų pėdelius ir įrašė dalelių spinduliuojamos šviesos vaizdus, ​​kurie, atrodo, nesukelia jokio toksiškumo ląstelėms.

Būtina atlikti daugiau bandymų norint sužinoti, ar Berklio laboratorijoje gaminamus aUCNP gali būti saugiai įleisti į žmones, ir bandyti dangas, Berkeley Lab mokslininkai planuoja konkrečiai prisijungti prie vėžinių ląstelių.

Naujausio tyrimo metu dalyvavusio UC San Francisko universiteto daktaras Mekailas Anwaras pažymėjo, kad yra daug medicininių nuskaitymo būdų rasti vėžio atvejus - nuo mammogramų iki MRI ir PET-CT skenavimų, tačiau šių metodų gali trūkti. tikslūs duomenys labai mažose svarstyklėse.

"Mes tikrai turime tiksliai žinoti, kur yra kiekviena vėžio ląstelė", - sakė Anwar, Foundry naudotojas, kuris savo tyrime bendradarbiauja su "Molecular Foundry" mokslininkų. "Paprastai mes sakome, kad pasisekė, kai mes sugauti anksti, o vėžys yra tik apie centimetras - tai yra apie 1 mlrd. Ląstelių. Bet kur mažesnės ląstelių grupės slepiasi?"

Tikimasi, kad būsimasis darbas "Molecular Foundry", pasitelkus aUCNP, greičiausiai padės tobulinti vizualizavimo vėžiu technologijas, sakė jis ir mokslininkai kuria vaizdo jutiklį, kuris integruojamas į nanodaleles, kurios gali būti pritvirtintos prie chirurginės įrangos ir net chirurginių pirštinių, kad būtų galima tiksliai nustatyti vėžio karštus taškus chirurginės procedūros.

"Labradoro" UCNP kūrimo proveržis buvo rasti būdų, kaip pagerinti jų efektyvumą skleidžiant absorbuotą šviesą esant aukštesnei energijai, teigė Emory Chanas, Molecular Founding personalo mokslininkas, kuris taip pat dalyvavo naujausioje studijoje.

Mokslininkų bendruomenė dešimtmečius manė, kad geriausias būdas pagaminti šias vadinamąsias pertvarkančias medžiagas yra implantuoti juos arba "išdžiūti" juos su maža metalų koncentracija, žinoma kaip lantanidai. Daugelis šių metalų, mokslininkai tikėjo, galėtų sukelti šviesą, kurį jie išskiria, kad taptų mažiau ryškus su daugiau šių papildomų metalų.

Tačiau eksperimentai, kuriuos vedė Molekulinės liejyklos tyrinėtojai Bining "Bella" Tianas ir Angelas Fernandez-Bravo, kurie pagamino daugybę lantanoidų UCNP ir išmatavo jų savybes, išryškino šį vyraujantį supratimą.

Atskirų UCNP tyrimų rezultatai pasirodė esąs vertingi parodant, kad erbis, lantanas, anksčiau manoma, kad jis vaidina vaidmenį šviesos spinduliuotei, taip pat gali tiesiogiai absorbuoti šviesą ir išlaisvinti kitą lantanidą, ytterbiumą, kad sugertų daugiau šviesos. Emory Chanas, "Molecular Founding" personalo mokslininkas, kuris taip pat dalyvavo naujausioje studijoje, apibūdino "Erbio" naujai atrasti daugiafunkcį vaidmenį UCNP kaip "trigubą grėsmę".

Naujausiame tyrime matyti, kad UCNP yra apie 12-15 nanometrų (milijardadarių metrų), pakankamai mažas, kad leistų jiems įsiskverbti į audinius. "Jų lukštai auginami kaip svogūnai, vienu metu sluoksnis", - sakė Čanas.

Jim Schuck, tyrimo dalyvis ir buvęs Berkeley Lab mokslininkas Kolumbijos universitete, pažymėjo, kad naujausias studijas remiasi dešimtmetį pastangomis "Molecular Foundry", siekiant suprasti, pertvarkyti ir rasti naujų programų UCNP.

"Ši nauja paradigma UCNP projekte, dėl kurios susidaro daug ryškesnių dalelių, yra tikras žaidimų keitiklis visoms vienkartinėms UCNP vaizdo apdorojimo programoms", - sakė jis.

"Molekulinės liejyklos" mokslininkai dirbs būdais, kaip automatizuoti nanodalelių gamybą su robotais, ir padengti juos žymenimis, kurie selektyviai rišasi su vėžinėmis ląstelėmis.

Koenas sakė, kad bendradarbiavimas su UCSF atvėrė naujus UCNP tyrimo būdus, ir tikisi, kad mokslinių tyrimų pastangos augs.

"Mes niekada negalėjome galvoti apie jų naudojimą vaizdavimui operacijų metu", - sakė jis. "Darbas su mokslininkais, tokiais kaip Mekailas, atveria šį nuostabų įvairių sričių ir skirtingų idėjų kryžminį apdulkinimą."

Anvaras sakė: "Mes esame tikrai dėkingi, kad turime prieigą prie žinių ir platų prietaisų" laboratorijos "Molecular Foundry".

menu
menu