Новая техника визуализации кровотока с использованием углеродных нанотрубок и лазеров
Ученые из Стэнфорда разработали технику флуоресцентной визуализации, которая позволяет с беспрецедентной четкостью наблюдать за пульсирующими кровеносными сосудами живых животных. По сравнению с обычными методами визуализации, увеличение резкости аналогично тому, как если бы вы протерли запотевшие очки.
Техника, называемая визуализацией в ближнем инфракрасном диапазоне II (NIR-II), включает сначала инъекцию водорастворимых углеродных нанотрубок в кровоток живого объекта (в данном случае — мыши).
Затем исследователи направляют на объект лазерный луч (свет в ближнем инфракрасном диапазоне с длиной волны около 0,8 микрона). Свет заставляет специально разработанные нанотрубки флуоресцировать на более длинной волне — 1–1,4 микрона. Это свечение детектируется для определения структуры кровеносных сосудов.
Ключевым для получения невероятно четких изображений мелких сосудов является то, что нанотрубки флуоресцируют на значительно более длинных волнах, чем традиционные методы: свет с большей длиной волны меньше рассеивается, создавая более резкие изображения. Дополнительное преимущество — детектор регистрирует меньше фонового шума, так как тело не создает автофлуоресценции в этом диапазоне.
Помимо высокой детализации, метод (разработанный профессором химии Хонцзе Даем, профессором сердечно-сосудистой медицины Джоном Куком и исполняющей обязанности доцента кардиоторакальной хирургии Нган Хуанг) обладает высокой скоростью получения изображений, позволяя измерять кровоток почти в реальном времени.
Возможность одновременно получать информацию о кровотоке и четкую картину сосудов раньше была недоступна. Это будет особенно полезно для изучения на животных моделях артериальных заболеваний, например, того, как на кровоток влияют закупорки и сужения артерий, вызывающие, среди прочего, инсульты и инфаркты.
"Для медицинских исследований это очень хороший инструмент для изучения особенностей у мелких животных, — сказал Дай. — Он поможет нам лучше понять некоторые сосудистые заболевания, их реакцию на терапию и то, как мы можем разработать более эффективные методы лечения".
Поскольку NIR-II может проникать в тело максимум на сантиметр, он не заменит другие методы визуализации для людей, но станет мощным инструментом для исследований на животных моделях, заменяя или дополняя методы рентгена, КТ, МРТ и лазерной допплерографии.
Следующим шагом, который сделает технологию более приемлемой для использования у людей, станет поиск альтернативных флуоресцентных молекул.
"Мы хотели бы найти что-то меньшее, чем углеродные нанотрубки, но излучающее свет на той же длинной волны, чтобы их можно было легко вывести из организма и устранить любые опасения по поводу токсичности", — отметил Дай.
Ведущие авторы исследования — аспирант кафедры химии Госонг Хонг и научный ассистент медицинской школы Джерри Ли. Работа поддержана Национальным институтом рака, Национальным институтом сердца, легких и крови и Стэнфордской стипендией для аспирантов.
Исследование опубликовано онлайн в журнале Nature Medicine.