Новый фотонный метод, разработанный специалистами Массачусетского технологического института (MIT), позволяет значительно усилить сигнал от флуоресцентных датчиков из глубоких слоев тканей организма. Об этом сообщает Science Blog. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Флуоресцентные датчики, которые можно использовать для маркировки и изображения самых разных молекул, позволяют заглянуть внутрь живых клеток. Однако обычно их можно использовать только в клетках, близко расположенных к поверхности тела, потому что при слишком глубокой имплантации их сигнал теряется.
Ученые используют множество различных видов флуоресцентных датчиков, включая квантовые точки, углеродные нанотрубки и флуоресцентные белки, для маркировки молекул внутри клеток. Флуоресценцию этих датчиков можно увидеть, направив на них лазерный свет. Однако это не работает в плотной ткани или глубоко внутри нее, потому что сами ткани организма также флуоресцируют и заглушают сигнал, исходящий от сенсора.
Научная команда MIT придумала способ решить эту проблему, особым образом модулируя частоту флуоресценции, излучаемой датчиком, чтобы его было легче отличить от автофлуоресценции ткани. Их метод, названный частотной фильтрацией, индуцированной длиной волны (WIFF), использует три лазера для создания лазерного луча с колеблющейся длиной волны.
Когда этот колеблющийся луч попадает на датчик, он вызывает удвоение частоты флуоресценции, излучаемой датчиком. Это позволяет легко выделить флуоресцентный сигнал из фоновой автофлуоресценции. Используя эту систему, исследователи смогли улучшить отношение сигнал/шум датчиков более чем в 50 раз.
По оценкам ученых, что при таком подходе стало возможным имплантировать датчики в ткань организма на глубину до 5,5 сантиметров и при этом получать достаточно сильный сигнал. Владимир Коман, научный сотрудник MIT и один из ведущих авторов нового исследования, пояснил, что эта технология может позволить использовать флуоресцентные датчики для отслеживания определенных молекул внутри мозга или других тканей глубоко внутри тела, для медицинской диагностики или мониторинга эффектов лекарств.
Одним из возможных применений такого рода датчиков является мониторинг эффективности химиотерапевтических препаратов. Чтобы продемонстрировать этот потенциал, исследователи сосредоточились на глиобластоме, агрессивном типе рака мозга, о чем рассказал Майкл Страно, профессор химической технологии MIT и один из авторов нового исследования.
Пациенты с этим типом рака обычно подвергаются хирургическому вмешательству, чтобы удалить как можно большую часть опухоли, а затем получают химиотерапевтический препарат, чтобы попытаться уничтожить любые оставшиеся раковые клетки. Но у данного препарата могут быть серьезные побочные эффекты, и он работает не у всех пациентов, поэтому было бы полезно иметь способ контролировать действие препарата в реальной среде опухоли.
Кроме того, исследователи продемонстрировали, что они могут использовать WIFF для усиления сигнала от множества других датчиков, включая датчики на основе углеродных нанотрубок, которые ранее были разработаны в MIT для обнаружения перекиси водорода, рибофлавина и аскорбиновой кислоты.
В будущей работе исследователи надеются вместо трех лазеров для создания колеблющегося лазерного луча использовать единый перестраиваемый лазер для создания эффекта WIFF. Также, чтобы облегчить использование флуоресцентных датчиков у пациентов, исследователи работают над биологически разлагаемыми вариантами датчиков, которые не потребуется затем удалять хирургическим путем.