Нанопластинки с инфракрасным свечением позволили заглянуть в мозг живой мыши
Химики из Стэнфорда разработали новую технику глубокой визуализации тканей, которая позволяет видеть под кожей живых объектов и с беспрецедентной чёткостью подсвечивать скрытые опухоли.
В новом исследовании, опубликованном 30 сентября в журнале Nature Biotechnology, учёные продемонстрировали, как их метод можно использовать для прогнозирования реакции пациентов с онкологией на иммунотерапию и для отслеживания их состояния после лечения.
«Мы называем это инфракрасным зрением для неинвазивного заглядывания в биологические ткани», — сказал руководитель исследования Хонцзе Дай, профессор химии в Школе гуманитарных и естественных наук Стэнфорда.
Метод основан на наночастицах, содержащих элемент эрбий, который относится к классу редкоземельных минералов, ценимых химиками за уникальную способность светиться в инфракрасном диапазоне.
Команда покрыла наночастицы химически сконструированным покрытием, которое помогает частицам растворяться в кровотоке, делает их менее токсичными и ускоряет их выведение из организма. Кроме того, покрытие предоставляет точки крепления для молекул, которые действуют как управляемые ракеты, находя и прикрепляясь к специфическим белкам на клетках.
Рассеивая туман
Под светом маломощного светодиода (LED) частицы эрбия окутывают целевые ткани или даже отдельные клетки ярким инфракрасным свечением, которое можно увидеть глубже и с более высоким разрешением, чем с помощью традиционных методов визуализации.
«Это как видеть, когда едешь по шоссе до и после того, как туман рассеется зимним днем», — сказал соавтор исследования Етенг Чжун. «Сочетание глубины визуализации, молекулярной специфичности и множественности, а также пространственного и временного разрешения недостижимо предыдущими методами».
На видео, демонстрирующем возможности нанозондов, ветвящиеся кровеносные сосуды мозга внутри живой мыши очерчены бирюзовым светом и смещаются, когда существо двигает головой. «Наш подход позволяет заглянуть в неповреждённый мозг мыши, в то время как обычные методы видят только кожу головы», — сказал соавтор исследования Чжоран Ма.
В исследовании учёные показывают, что их метод может идентифицировать опухоли у мышей, несущих белок, делающий их уязвимыми для противораковых препаратов, активирующих собственную иммунную систему организма. Этот подход может обеспечить неинвазивный способ выявления пациентов, которые хорошо ответят на эти препараты, без необходимости брать образец (биопсию) опухоли, как это делается сейчас.
Аналогично, наночастицы эрбия могут отслеживать реакцию пациентов после терапии, чтобы понять, реагируют ли они на препараты и уменьшились ли их опухоли.
В качестве демонстрации Дай и его коллеги объединили свои наночастицы эрбия с другой техникой инфракрасной визуализации, чтобы одновременно визуализировать две молекулярные мишени — раковые клетки и T-клетки. Результатом стало многослойное цветное изображение, показывающее, как T-клетки находят опухоль в теле мыши.
Исследователи заявили, что их метод также может позволить хирургам более точно удалять опухоли и помочь биологам и медикам изучать фундаментальные процессы внутри клеток.