Nanodelci, ki oddajajo svetlobo, bi lahko zagotovili varnejši način za prikaz živih celic

Welcome to the World of Nano - SeeingNano Explanimation (subs in CZ, EN, ES, PT, SV, DE) (Junij 2019).

Anonim

Raziskovalna ekipa je pokazala, kako lahko nanodelci, ki oddajajo svetlobo, razviti v ameriškem laboratoriju ameriškega Ministrstva za energetiko (Lawrence Berkeley National Laboratory) (laboratorij Berkeley), lahko vidijo globoko v živih tkivih.

Posebno oblikovane nanodelce lahko vzbujamo z ultrazvočno močjo laserske svetlobe na skoraj infrardečih valovnih dolžinah, ki veljajo za varne za človeško telo. Sprejemajo to luč in nato oddajajo vidno svetlobo, ki jo lahko meri s standardno opremo za preslikovanje.

Razvoj in biološka uporaba teh nanodelcev so podrobneje opisane v študiji, objavljeni 6. avgusta v Nature Communications.

Raziskovalci upajo, da bodo nadalje razvili te tako imenovane legirane nanodelce ali aUCNP, tako da se lahko na primer pri določenih komponentah celic poslužijo v naprednem sistemu za slikanje, da bi osvetlili celo posamezne rakave celice. Takšen sistem lahko v končni fazi vodi natančne operacije in zdravljenje s sevanjem ter pomaga izbrisati celo zelo majhne sledi raka.

"Z laserjem, ki je še slabši od standardnega zelenega laserskega kazalca, lahko slikamo globoko v tkivo, " je povedal Bruce Cohen, ki je del znanstvene skupine v Molekularni livarski industriji Berkeley Lab, ki sodeluje z raziskovalci UC San Francisco za prilagoditev nanodelcev za medicinske uporabe. Molekularna livarna je DOE-jev urad za uporabnike na področju znanosti, ki je specializirana za raziskovanje nanoznanosti - dostopna je za gostujoče znanstvenike iz vsega naroda in sveta.

Cohen je opozoril, da nekateri obstoječi sistemi za preslikovanje uporabljajo višje moči laserske svetlobe, ki povzroča nevarnost poškodb celic.

"Izziv je: kako bi življenje sisteme obdržali z visoko občutljivostjo, ne da bi jih poškodovali? Ta kombinacija nizkoenergijskih svetlobe in nizko-laserskih moči je tisto, kar so vsi na tem področju delali že dolgo, " je dejal. Laserska moč, potrebna za AUCNP-je, je milijonekrat nižja od moči, potrebne za običajne sonde s skoraj infrardečim sondiranjem.

V tej najnovejši študiji so raziskovalci pokazali, kako se lahko aUCNP-ji pri živem mišljenju tvorijo na globini več milimetrov. Bili so navdušeni nad laserji, ki so bili dovolj šibki, da niso povzročili škode.

Raziskovalci so injicirali nanodelce v blazinice miši na mamice in posneli slike svetlobe, ki jih oddajajo delci, kar pa ni videti, da bi to povzročilo toksičnost celic.

Potrebno bo več testiranj, da bi vedeli, ali se lahko aUCNP, proizvedeni v Berkeley Labu, varno injicirajo v ljudi in preizkušajo premaze, ki jih znanstveniki Berkeley Lab načrtujejo, da se bodo specifično vezali na rakave celice.

Dr. Mekhail Anwar, sevalni onkolog in docent na Univerzi v San Franciscu, ki so sodelovali v zadnji študiji, je ugotovil, da obstajajo številne tehnike medicinskega skeniranja za odkrivanje raka - od mamografov do MRI in PET-CT-skeniranja - natančne podrobnosti na zelo majhnih lestvicah.

"Resnično moramo natančno vedeti, kje je vsaka rakava celica, " je dejal Anwar, uporabnik lesa, ki v raziskavi sodeluje z znanstveniki molekularne litine. "Ponavadi rečemo, da imaš srečo, ko ga zgodaj ujamemo, rak pa le okoli centimetra - to je okoli 1 milijarde celic. Ampak, kje se skrivajo manjše skupine celic?"

Upamo, da bo prihodnje delo na Molecular Foundryju izboljšalo tehnike za slikanje raka z uporabo AUCNP-jev, raziskovalci pa razvijajo slikovni senzor za integracijo z nanodelci, ki bi se lahko pritrdili na kirurško opremo in celo kirurške rokavice, da bi ugotovili vroče točke raka kirurški posegi.

Preboj v razvoju laboratorija UCNP je bil v iskanju načinov za povečanje njihove učinkovitosti pri oddajanju absorpirane svetlobe pri višjih energijah, je dejala Emory Chan, znanstveni delavec na molekularni livarski industriji, ki je sodeloval tudi v najnovejši študiji.

Raziskovalna skupnost je več desetletij verjela, da je najboljši način za izdelavo teh tako imenovanih materialov za pretvorbo, da jih implantirajo ali "dope" z nizko koncentracijo kovin, znanih kot lantanidi. Preveč od teh kovin, ki so raziskovalci verjeli, bi povzročila, da svetloba, ki jo oddajajo, postane manj svetla z več teh dodanih kovin.

Toda eksperimenti, ki so jih vodili raziskovalci molekularne litine Bian Tian in Angel Fernandez-Bravo, ki so izdelovali UCNP, bogate z lantanidom, in merili njihove lastnosti, so uprli to prevladujoče razumevanje.

Študije posameznih UCNP so se izkazale za še posebej dragocene pri dokazovanju, da lahko erbij, lantanid, za katerega se je že mislil, da ima le vlogo pri emisiji svetlobe, lahko neposredno absorbira svetlobo in sprosti še en lantanid, ytterbij, da absorbira več svetlobe. Emory Chan, znanstveni sodelavec na molekularni livarski industriji, ki je sodelovala tudi v najnovejši študiji, je opisal novo odkrito večopravilno vlogo erbija v UCNP kot "trojno grožnjo".

UCNP, ki se uporabljajo v najnovejšem študijskem merilu, znaša približno 12-15 nanometrov (milijarde metrov), ki so dovolj majhne, ​​da omogočajo prodor v tkivo. "Njihove lupine so gojene kot čebula, plast naenkrat, " je dejal Chan.

Jim Schuck, učenec študije in nekdanji znanstvenik na Berkeley Labu na Univerzi Columbia, je dejal, da najnovejša študija temelji na desetletnem prizadevanju na Molecular Foundry, da bi razumel, preoblikoval in poiskal nove aplikacije za UCNP.

"Ta nova paradigma v UCNP dizajnu, ki vodi do bolj svetlejših delcev, je resnično spreminjajoča se igra za vse aplikacije za slikanje z enim samim UCNP-jem, " je dejal.

Raziskovalci na molekularni livarski industriji bodo delali na načinih za avtomatizacijo izdelave nanodelcev z roboti in jih obložili z markerji, ki se selektivno vežejo na rakave celice.

Cohen je dejal, da je sodelovalno delo z UCSF odprlo nove poti raziskovanja UCNP-jev in pričakuje, da bodo raziskovalni napori rasti.

"Nikoli ne bi pomislili, da bi jih uporabili za slikanje med operacijami, " je dejal. "Delo z raziskovalci, kot je Mekhail, odpira to čudovito navzkrižno opraševanje različnih področij in različnih idej."

Anwar je dejal: "Zelo smo hvaležni, da imamo dostop do znanja in širokega nabora instrumentov" v laboratoriju Molecular Foundry.

menu
menu