Улучшенная визуализация внутренних органов мыши с помощью флуоресцентных нанотрубок

Тестирование лекарств часто включает испытания на мышах, поэтому возможность четко заглянуть внутрь живой мыши имеет большую ценность. Однако современные флуоресцентные красители для визуализации дают мутное изображение уже на глубине в несколько миллиметров под кожей.

Исследователи из Стэнфорда разработали улучшенный метод визуализации с использованием флуоресцентных углеродных нанотрубок, который позволяет видеть на сантиметры вглубь мыши с гораздо большей четкостью, чем обычные красители. Для мыши несколько сантиметров — существенная разница.

Принцип работы метода

• Исследователи вводят однослойные углеродные нанотрубки (SWNTS) в кровоток мыши.
• Нанотрубки ярко флуоресцируют в ответ на свет лазера.
• Камера, настроенная на ближний инфракрасный диапазон длин волн нанотрубок, записывает изображения.
• Прикрепляя нанотрубки к лекарству, можно отслеживать его распространение по телу в реальном времени.

Ключевое преимущество: другой спектр свечения

Биологические ткани (как мыши, так и человека) естественно флуоресцируют на длинах волн ниже 900 нм, как и доступные биосовместимые органические красители. Это создает фоновую флуоресценцию, которая "загрязняет" изображение. Углеродные нанотрубки, используемые группой профессора Хонцзе Дая, флуоресцируют в диапазоне 1000–1400 нм. В этом диапазоне естественная флуоресценция тканей практически отсутствует, поэтому фоновый "шум" минимален.

Дополнительные преимущества:

• Ткань меньше рассеивает свет в этой области длинноволнового ближнего ИК-диапазона, что уменьшает "смазывание" изображения.
• Подбирая нанотрубки с разной хиральностью и диаметром, можно точно настраивать длину волны их флуоресценции.

Результаты визуализации

После инъекции в кровоток нанотрубки были видны в легких и почках в течение секунд. Через несколько секунд "засветились" селезенка и печень. Использование метода "анализа главных компонент" (principal component analysis) для обработки видео позволило четко различать сигналы от селезенки, поджелудочной железы и почек, которые в сыром изображении сливались.

Значение и перспективы

Методы вроде МРТ и КТ могут давать изображения на большей глубине, но флуоресцентная визуализация проще и широко используется в исследованиях. Флуоресцентные нанотрубки расширяют возможности флуоресцентной визуализации за пределы поверхностных применений, хотя и не достигают глубины КТ или МРТ.

Исследование, описывающее этот метод, было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).