Işık yayan nanopartiküller, canlı hücreleri görüntülemenin daha güvenli bir yolunu sağlayabilir

Anonim

Bir araştırma ekibi, ABD Enerji Bakanlığı'nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda (Berkeley Lab) geliştirilen ışık yayan nanopartiküllerin, canlı dokuda derinliği görmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdi.

Özel olarak tasarlanmış nanopartiküller, insan vücudu için güvenli olduğu düşünülen yakın kızılötesi dalga boylarında ultra-güçlü lazer ışığı ile heyecanlandırılabilir. Bu ışığı emerler ve standart görüntüleme ekipmanı ile ölçülebilen görünür ışığı yayarlar.

Bu nanopartiküllerin geliştirilmesi ve biyolojik görüntüleme uygulaması Nature Communications'da 6 Ağustos tarihinde yayınlanan bir çalışmada ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Araştırmacılar, sözde alaşımlı upconverting nanopartikülleri veya aUCNP'leri geliştirmeyi umuyorlar, böylece, örneğin, tek bir kanser hücrelerini bile aydınlatmak için gelişmiş bir görüntüleme sisteminde görev yapacak hücrelerin spesifik bileşenlerine bağlanabiliyorlar. Böyle bir sistem, sonuç olarak yüksek hassasiyetli ameliyatları ve radyasyon tedavilerini yönlendirebilir ve hatta çok küçük kanser izlerini bile temizleyebilir.

Berkeley Lab'in Molecular Foundry'deki bilim ekibinin bir parçası olan Bruce Cohen, “Nanjartiküllerin uyarlanması için UC San Francisco araştırmacıları ile birlikte çalışan Bruce Cohen, “ standart bir yeşil lazer işaretçisinden daha zayıf bir lazerle dokuya derinlemesine bakabiliriz ”dedi. tıbbi kullanımlar. Molecular Foundry, Nanobilim araştırmasında uzmanlaşmış bir DOE Office Kullanıcı Tesisi Ofisi'dir - bu, ulusun ve dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarını ziyaret etmek için erişilebilirdir.

Cohen, bazı mevcut görüntüleme sistemlerinin, hücrelere zarar verme riskini taşıyan daha yüksek güçlü lazer ışığı kullandığını belirtti.

"Sorun şu: Yaşam sistemlerini onlara zarar vermeden yüksek hassasiyetle nasıl görüntüleyebiliriz? Bu düşük enerjili ışık ve düşük lazer güçlerinin birleşimi, alandaki herkesin bir süredir çalışıyor olması." Dedi. AUCNP'ler için gereken lazer gücü, geleneksel yakın kızılötesi görüntüleme probları için ihtiyaç duyulan enerjiden milyonlarca kat daha düşüktür.

Bu son araştırmada, araştırmacılar aUCNP'lerin canlı fare dokusunda birkaç milimetre derinliğinde nasıl görüntülendiklerini göstermişlerdir. Herhangi bir hasara yol açmayacak kadar zayıf olan lazerlerle heyecanlanmışlardı.

Araştırmacılar, farelerin meme yağ pedlerine nanopartiküller enjekte etti ve hücreler tarafından herhangi bir toksisite oluşturmadığı görülen partiküller tarafından yayılan ışığın görüntülerini kaydetti.

Berkeley Laboratuvarı'nda üretilen aUCNP'lerin insanlara güvenli bir şekilde enjekte edilip edilmeyeceğini ve Berkeley Lab bilim adamlarının kanserli hücrelere spesifik olarak bağlanmalarını tasarladığını test etmek için daha fazla test yapılması gerekecektir.

En son çalışmaya katılan UC San Francisco'da bir radyasyon onkoloğu ve yardımcı doçent olan Dr. Mekhail Anwar, mamografiden MRI'lara ve PET-BT taramalarına kadar kanserlerin yerini belirlemek için çok sayıda tıbbi tarama tekniği bulunduğunu, ancak bu tekniklerin yetersiz olabileceğini belirtti. Çok küçük ölçeklerde kesin ayrıntılar.

Molecular Foundry bilim insanlarıyla yaptığı araştırmada, bir Döküm kullanıcısı olan Anwar, “Her kanser hücresinin tam olarak nerede olduğunu gerçekten bilmeliyiz” dedi. “Genellikle erken yakaladığımız zaman şanslı olduğunuzu ve kanserin sadece bir santimetre olduğunu - yaklaşık 1 milyar hücre olduğunu söylüyoruz. Fakat daha küçük hücreler nerede saklanıyor?”

Moleküler Dökümün gelecekteki çalışmaları, aUCNP'leri kullanarak kanserin görüntülenmesi için geliştirilmiş tekniklere yol açacağını söyledi ve araştırmacıların, cerrahi ekipmanlara ve hatta cerrahi eldivenlere takılabilen nanopartiküller ile entegre edilmesi için bir görüntüleme sensörü geliştirdiklerini ve aynı zamanda kanser sıcak noktalarını tespit etmek için. cerrahi işlemler.

Lab'in UCNP'lerin geliştirilmesindeki bir atılım, en son çalışmaya katılan Molecular Foundry'de çalışan bir bilim adamı olan Emory Chan, daha yüksek enerjilerde emilen ışığı yaymadaki verimliliğini artırmanın yollarını buluyordu.

On yıllardır, araştırma topluluğu, sözde yukarı dönüştürücü malzemeler üretmenin en iyi yolunun bunları implante etmek veya onları lanthanid olarak bilinen düşük bir metal konsantrasyonu ile "uyuşturmak" olduğuna inanmıştı. Araştırmacılar, bu metallerin çok fazla olduğuna inandıkları için, ekledikleri ışığın daha az parlak hale gelmesine neden olacağına inanıyordu.

Ama lanthanid açısından zengin UCNP'leri yapan ve özelliklerini ölçen Molecular Foundry araştırmacıları Bining "Bella" Tian ve Angel Fernandez-Bravo'nun önderlik ettiği deneyler bu yaygın anlayışı geliştirdi.

Bireysel UCNP'lerin çalışmaları, daha önce sadece ışık yayılımında rol oynadığı düşünülen bir lantanidin, ışığı doğrudan emebileceğini ve daha fazla ışığı absorbe edebilmek için bir başka lantanit, ytterbium serbest bırakabileceğini göstermede özellikle değerli olduğunu kanıtlamıştır. Son çalışmalara katılan Molecular Foundry'de çalışan bir bilim adamı olan Emory Chan, UBNP'lerde yeni keşfedilen çoklu görev rolünü "üçlü tehdit" olarak nitelendirdi.

Son çalışmada kullanılan UCNP'ler, 12-15 nanometreyi (bir metrenin milyarda biri), dokuya nüfuz etmelerine izin verecek kadar küçük ölçmektedir. Chan, "Kabuklar bir soğan, her seferinde bir katman gibi yetiştirilir" dedi.

Bir çalışma katılımcısı ve şimdiki Columbia Üniversitesi'nden eski Berkeley Laboratuarı bilim adamı Jim Schuck, en son çalışmanın UCNP'ler için yeni uygulamaları anlamak, yeniden tasarlamak ve bulmak için Molecular Foundry'de on yıl süren bir çaba üzerine inşa edildiğini belirtti.

“UCNP tasarımında bu daha fazla parıltıya yol açan yeni paradigma, tüm tek-UCNP görüntüleme uygulamaları için gerçek bir oyun-değiştiricidir” dedi.

Molecular Foundry'deki araştırmacılar, robotlarla nanopartiküllerin üretimini otomatikleştirmek ve kanserli hücrelere seçici olarak bağlanan işaretleyicilerle kaplamak için yollar üzerinde çalışacaklar.

Cohen, UCSF ile işbirlikçi çalışmanın UCNP'ler için yeni keşif yolları açtığını ve araştırma çabalarının büyümesini beklediğini söyledi.

“Bunları ameliyatlar sırasında görüntülemeyi asla düşünmeyecektik” dedi. "Mekhail gibi araştırmacılarla çalışmak, farklı alanların ve farklı fikirlerin bu harika çapraz tozlaşmasını açar."

Anwar, “Molecular Foundry” de “Bilgiye ve geniş enstrümantasyona erişim sahibi olmaktan dolayı minnettarız” dedi.

menu
menu