Новая технология может значительно снизить стоимость двухфотонной микроскопии
Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый тип красителя для двухфотонной микроскопии, который может снизить стоимость этой мощной техники визуализации на несколько порядков.
Суть метода и проблема
Двухфотонная микроскопия позволяет получать детальные изображения активных нейронных структур, например, отдельных клеток мозга, что невозможно при фМРТ. Однако для возбуждения обычных красителей требуются мощные и дорогие фемтосекундные лазеры (стоимостью около $200 000).
Новое решение: наночастицы лантаноидов
Учёные использовали наночастицы лантаноидов, чья возбудимость в 106–107 раз выше, чем у обычных красителей. Это позволяет использовать простые и дешёвые лазеры (стоимостью около $200). Основной проблемой была нерастворимость таких частиц в крови, что могло привести к образованию тромбов.
Ключевая инновация: дендримерное покрытие
Вместо традиционных полимеров исследователи применили сферические дендримерные полимеры. Они покрыли всю поверхность наночастиц этими гидрофильными «шариками», что обеспечило их стабильную растворимость. Это стало возможным благодаря специальной процедуре предварительного покрытия поверхности наночастиц.
Экспериментальное подтверждение
На модели мыши учёные:
- Сначала картировали сосуды мозга с обычным красителем и фемтосекундным лазером.
- Затем перешли на лазер, который был в миллион раз слабее, и не получили сигнала.
- Ввели новые дендример-покрытые наночастицы и, используя тот же слабый лазер, получили изображение того же качества, что и в первом случае.
Значение работы
Это исследование, опубликованное в PNAS, представляет:
- Первое применение наночастиц лантаноидов для нейровизуализации.
- Первый пример двухфотонной микроскопии in vivo с использованием простых и недорогих лазеров.
Как отметил руководитель исследования Сергей Виноградов, новая технология позволяет проводить тот же эксперимент, что и с фемтосекундным лазером, но с оборудованием, стоящим на сотни тысяч долларов дешевле.