אור פולטות חלקיקים יכול לספק דרך בטוחה יותר לתאים חיים התמונה

עתיד בתכנון (יוני 2019).

Anonim

צוות מחקר הוכיח כיצד חלקיקים פולטים אור, שפותחו במחלקה הלאומית לאנרגיה של לורנס ברקלי (מעבדה ברקלי) של ארה"ב, יכולים לשמש כדי לראות רקמות חיות.

החלקיקים תוכננו במיוחד יכול להיות נרגש על ידי אור לייזר ultralow כוח באורכי גל אינפרא אדום הקרוב נחשב בטוח לגוף האדם. הם סופגים את האור הזה ואז פולטים אור גלוי שניתן למדוד על ידי ציוד הדמיה סטנדרטי.

פיתוח ויישום הדמיה ביולוגית של חלקיקים אלה מפורט במחקר שפורסם באינטרנט ב 6 אוגוסט ב תקשורת טבע.

החוקרים מקווים להמשיך ולפתח את החלקיקים הקרויים מהונדסים, או aUCNPs, כך שהם יכולים לצרף רכיבים ספציפיים של תאים לשרת במערכת הדמיה מתקדמת להאיר אפילו תאים סרטניים בודדים, למשל. מערכת כזו עשויה בסופו של דבר להדריך ניתוחים מדויקים וטיפולי הקרנות, ולעזור למחוק אפילו עקבות זעירים מאוד של סרטן.

"עם לייזר אפילו חלש יותר מאשר מצביע לייזר ירוק רגיל, אנחנו יכולים תמונה עמוק לתוך רקמות", אמר ברוס כהן, שהוא חלק צוות המדע בבית יציקה מולקולרית של ברקלי מעבדה כי הוא עובד עם חוקרים סן פרנסיסקו UC כדי להתאים את חלקיקים עבור שימושים רפואיים. Molecular יציקה הוא משרד DOE של המתקן משתמש מדע המתמחה מחקר הננו-הוא נגיש מדענים מבקרים מכל רחבי הארץ והעולם.

כהן ציין כי חלק ממערכות ההדמיה הקיימות משתמשות באור לייזר גבוה יותר, המפעיל את הסיכון של פגיעה בתאים.

"האתגר הוא: איך אנחנו חיים מערכות חיים ברגישות גבוהה מבלי לפגוע בהם? זה שילוב של אנרגיה נמוכה אור וכוחות לייזר נמוך הוא מה שכולם בתחום כבר עובד במשך זמן מה, " הוא אמר. כוח הלייזר הנדרש עבור aUCNPs הוא מיליוני פעמים נמוך יותר מאשר הכוח הדרוש קונבנציונאלי הקרוב אינפרא אדום הדמיה בדיקות.

במחקר האחרון, חוקרים הוכיחו כיצד ניתן להדביק את AUCNPs ברקמת עכבר חיה בעומק של מילימטרים. הם היו נרגשים בלייזר חלש מספיק כדי לא לגרום נזק.

החוקרים הזריקו חלקיקי חלקיקים לשומן החלב של עכברים ותמונות מוקלטות של האור הנפלטים על ידי חלקיקים, אשר לא נראה להוות כל רעילות לתאים.

בדיקות נוספות יידרש לדעת אם AUCNPs המיוצרים במעבדה ברקלי ניתן להזריק בבטחה לתוך בני אדם, וכדי לבדוק ציפויים ברקלי מעבדה מדענים מתכננים במיוחד כדי לאגד תאים סרטניים.

ד"ר מיכאיל אנואר, אונקולוג קרינה ופרופסור באוניברסיטת סן פרנסיסקו שהשתתפו במחקר האחרון, ציין כי קיימות טכניקות רבות לסריקה רפואית לאיתור סוגי סרטן - ממומוגרמות ל- MRI ו- SC-CT - אך טכניקות אלו יכולות להיעדר פרטים מדויקים בקשקשים קטנים מאוד.

"אנחנו באמת צריכים לדעת בדיוק איפה כל תא סרטן", אמר אנואר, משתמש יציקה אשר משתף פעולה עם מדענים יציקה מולקולרית במחקר שלו. "בדרך כלל אנחנו אומרים שיש לך מזל כאשר אנחנו תופסים אותו מוקדם והסרטן הוא רק בסנטימטר - זה בערך 1 מיליארד תאים, אבל איפה מסתתרים קבוצות קטנות יותר של תאים?"

עבודה עתידית בבית יציקה מולקולרית תקווה להוביל טכניקות משופרת עבור סרטן הדמיה באמצעות aUCNPs, הוא אמר, והחוקרים מפתחים חיישן הדמיה להשתלב עם חלקיקים שיכולים להיות מחובר ציוד כירורגי ואפילו כפפות כירורגיות לאתר נקודות חמות סרטן במהלך נהלים כירורגיים.

פריצת דרך בפיתוח המעבדה של UCNPs היתה למצוא דרכים להגביר את היעילות שלהם בפליטת האור הנספג באנרגיות גבוהות יותר, אמר אמורי צ'אן, מדען צוות בבית היציקה המולקולרית שגם השתתף במחקר האחרון.

במשך עשרות שנים, קהילת המחקר האמינה שהדרך הטובה ביותר לייצר את החומרים המכונים חומרים אלה היא להשתיל אותם או "לסמם" אותם בריכוז נמוך של מתכות המכונה lanthanides. יותר מדי של מתכות אלה, החוקרים האמינו, יגרום לאור שהם פולטים להיות פחות בהירים עם יותר של מתכות אלה הוסיף.

אבל ניסויים בראשותם של חוקרי היציקה המולקולרית בינינג "בלה" טיאן ואנג'ל פרננדז-בראבו, שעשו ל- UCNPs עשירים ב- lanthanide ומדדו את תכונותיהם, הגבירו את ההבנה הרווחת.

מחקרים של UCNPs אינדיבידואלית הוכיחו ערך רב במיוחד בכך שהראו כי ארביום, lanthanide בעבר חשב רק לשחק תפקיד פליטה אור, יכול גם לספוג ישירות אור חופשי עוד lanthanide, ytterbium, לספוג יותר אור. אמורי צ'אן, מדען צוות בבית היציקה המולקולרית, שגם הוא השתתף במחקר האחרון, תיאר את תפקידו הרב-תכליתי של ארביום שהתגלה לאחרונה ב- UCNPs כ"איום משולש ".

UCNPs המשמשים במחקר האחרון למדוד על 12-15 ננומטר (מיליארד של מטר) על פני קטן מספיק כדי לאפשר להם לחדור לרקמה. "הקליפות שלהם גדלות כמו בצל, שכבה בכל פעם, "אמר צ'אן.

ג 'ים Schuck, משתתף המחקר לשעבר מדען ברקלי מעבדה עכשיו באוניברסיטת קולומביה, ציין כי המחקר האחרון בונה על מאמץ של עשור ארוך בבית יציקה מולקולרית להבין, לעצב מחדש, ולמצוא יישומים חדשים עבור UCNPs.

"הפרדיגמה החדשה בעיצוב UCNP, שמובילה לחלקיקים בהירים בהרבה, היא מחליף משחק אמיתי לכל יישומי הדמיה בודדים של UCNP", אמר.

חוקרים בבית היציקה המולקולרית יעבדו על דרכים להפוך את ייצור של חלקיקים עם רובוטים, ואת המעיל אותם עם סמנים כי להיקשר באופן סלקטיבי לתאים סרטניים.

כהן אמר כי העבודה המשותפת עם UCSF פתחה אפיקים חדשים של חיפושים עבור UCNPs, והוא מצפה מאמץ המחקר לגדול.

"מעולם לא היינו חושבים להשתמש בהם לצורך הדמיה במהלך ניתוחים", אמר. "עבודה עם חוקרים כמו מיכאיל פותחת את ההאבקה ההדדית הנפלאה של תחומים שונים ורעיונות שונים".

אנואר אמר: "אנו אסירי תודה על נגישותם אל הידע ועל מגוון רחב של מכשירים" במפעל היציקה המולקולרית של המעבדה.

menu
menu