Valgust kiirgavad nanoosakesed võivad pakkuda ohutumat viisi elavate rakkude kuvamiseks

Vennaskond - Valguse võimendamine ergutatud kiirguse abil (Juuli 2019).

Anonim

Uurimisrühm on näidanud, kuidas USA elavhõbeda sügavuse nägemiseks võib kasutada USA energeetika osakonna Lawrence Berkeley riikliku labori (Berkeley Lab) poolt välja töötatud valgust kiirgavaid nanosakesi.

Spetsiaalselt kavandatud nanoosakesed võivad põlema ultralovõimsuse laserkiirgusega infrapuna-lähedastes lainepikkustes, mis on inimese keha jaoks ohutud. Nad absorbeerivad seda valgust ja seejärel eraldavad nähtavat valgust, mida saab mõõta standardsete pildistamisseadmete abil.

Nanoosakeste arendamise ja bioloogilise pildistamise rakendamine on üksikasjalikult kirjeldatud uuringus, mis on avaldatud Internetis 6. augustil Nature Communications'is.

Teadlased loodavad edasi arendada niinimetatud legeeritud üleskonverteeritavaid nanoosakesi või aUCNP-sid, nii et nad saaksid näiteks rakkude spetsiifiliste komponentidega ühendada näiteks täiustatud pildisüsteemis, et valgustada isegi üht vähirakku. Selline süsteem võib lõppkokkuvõttes juhtida väga täpselt operatsioone ja kiiritusravi ning aidata kustutada isegi väikseid vähktõve jälgi.

"Laseriga, mis on veelgi nõrgem kui tavaline roheline laserindikaator, suudame end sügavale koesse tajuda, " ütles Bruce Cohen, kes kuulub Berkeley Labi Molecular Foundry teadusmeeskonda ja töötab koos UC San Francisco teadlastega nanoosakeste kohandamiseks meditsiinilised kasutused. Molecular Foundry on teadusuuringute nanoteaduste alal spetsialiseerunud teadusasutuse DOE-i büroo, mis on kättesaadav kogu riigi ja kogu maailma teadlaste külastamiseks.

Cohen märkis, et mõned olemasolevad pildistamissüsteemid kasutavad suurema võimsusega laserkiirte, mis ohustavad rakke kahjustada.

"Väljakutse on: kuidas me kujundame elus süsteeme suure tundlikkusega, kahjustamata neid? See kombinatsioon madala energiatarbega valguse ja vähese laseriga võimsustest on see, et kõik sellel alal on mõnda aega töötanud, " ütles ta. AUCNP-ide jaoks vajalik laserenergia on miljoneid kordi väiksem kui tavapäraste infrapunakiirgust tuvastavate sondide jaoks vajalik võimsus.

Selles viimases uuringus on teadlased näidanud, kuidas aUCNP-sid saab hiirte kudedes näha mitu millimeetrit sügavust. Nad olid põnevil laseritega nõrgalt, et mitte tekitada mingeid kahjustusi.

Teadlased süstivad nanoosakesi hiirte piimarasva rasvapadjadesse ja salvestasid pilte osakeste poolt eraldunud valguse kohta, mis ei tundunud rakkudele toksilist mõju.

Selleks, et teada saada, kas Berkeley Lab'i poolt toodetud aUCNP-sid saab inimestele ohutult süstida, on vaja rohkem katsetusi ja Berkeley Labi teadlased kavandavad spetsiifiliselt seostuda vähirakudega.

Uusimates uuringutes osalenud UC San Francisco kiirguse onkoloog ja professor Dr Mekhail Anwar märkis, et vähktõve tuvastamiseks on palju arvukaid meditsiinilise skaneerimise meetodeid - alates mammogrammist kuni MRI-de ja PET-CT-skaneerimiseni - kuid nende meetodite puudumine täpsed üksikasjad väga väikeste skaaladega.

"Me peame täpselt teadma, kus on iga vähirakk, " ütles Anwar, leige kasutaja, kes teeb oma uurimistöös koostööd Molecular Foundry'i teadlastega. "Tavaliselt öeldakse, et sa oled õnnelik, kui me varast saame ja vähk on vaid umbes sentimeetri - see on umbes 1 miljard rakku. Aga kus väiksemad rakkude rühmad peidavad?"

Tema sõnul on tulevane töö Molecular Foundry'is loodetavasti kaasa aUCNP-ide abil paranenud meetodid vähi kujutiste tekitamiseks, ja teadlased töötavad välja pildistamisandurit, mis integreerub nanoosakestega, mida võiks kinnitada kirurgilistele seadmetele ja isegi kirurgilistele kindadele, et tuvastada vähktõppe lehti kirurgilised protseduurid.

UCNP-i Labi väljaarendamise läbimurre oli leida võimalusi, kuidas suurendada nende efektiivsust imendunud valguse tekitamisel kõrgemate energiaallikate puhul, ütles Emory Chan, Molecular Foundry'i personali teadlane, kes osales ka viimases uuringus.

Aastakümneid oli uurimiskogukond arvanud, et nende niinimetatud upconverting materjalide valmistamiseks on parim viis nende implanteerimine või nabavimine nende ainete madala kontsentratsiooniga metallide nimega lantanoidid. Teadlased arvasid, et liiga paljud neist metallidest põhjustavad valgust, mida nad kiirgavad, vähemusrikasteks, kuna enamus neist lisandmetallidest.

Kuid eksperiment, mida juhtis Molecular Founding'i teadlased Bining "Bella" Tian ja Angel Fernandez-Bravo, kes valmistasid lantaniidirikkaid UCNP-sid ja mõõtes nende omadusi, tõstis seda valitsevat mõistmist.

Üksikute UCNP-de uuringud osutusid eriti väärtuslikuks, näidates, et erbium, lantaniid, mida arvasin, et see vaid mängib valguse emissioonis, võib ka otseselt absorbeerida valgust ja vabastada veel ühe lantaniidi - ytterbium - rohkem valgust absorbeerima. Emory Chan, Molecular Founding'i personali teadlane, kes osales ka viimases uuringus, kirjeldas Erbumi äsja avastatud multitegumissuutlikkust UCNP-s kui "kolmekordset ohtu".

Uusimates uuringutes kasutatud UCNP-id hõlmavad umbes 12-15 nanomeetrit (miljardikku meetrit meetrit), mis on piisavalt väikesed, et need saaksid kudedesse tungida. "Nende kestad kasvatati nagu sibul, kiht korraga, " ütles Chan.

Kolmimia ülikooli juures asuv uuringus osaleja ja endine Berkeley Labi teadlane Jim Schuck märkis, et uusim uuring tugineb Molecular Foundry kümneaastasele püüdlusele mõista, ümber kujundada ja leida uusi rakendusi UCNP-de jaoks.

"See uus parameeter UCNP disainis, mis viib palju heledamaid osakesi, on tõeline mängukonverter kõigile ühe UCNP-pilditöötlusrakendustele, " ütles ta.

Molekulaarvalamistöö teadlased töötavad nanoosakeste valmistamise automatiseerimiseks roboteid kasutades ja katavad neid markeritega, mis seovad selektiivselt vähirakud.

Cohen ütles, et koostöös UCSF-iga on UCNP-idele uued uurimisvõimalused avatud ning ta loodab, et teadustöö jõuab.

"Me ei oleks kunagi mõelnud nende kasutamisele kuvamise ajal operatsioonide ajal, " ütles ta. "Töötamine teadlastega nagu Mekhail avab selle suurepärase risttolmlemise erinevate valdkondade ja erinevate ideede."

Anwar ütles: "Oleme väga tänulikud, et saaksime kasutada teadmisi ja laia valikut seadmeid" Lab Molecular Foundry.

menu
menu