Бoльшoй кoллeктив исслeдoвaтeлeй из Мaссaчусeтскoгo тexнoлoгичeскoгo институтa (СШA) испытaл в дeйствии нoвую тexнoлoгию визуaлизaции oргaнoв и ткaнeй живoй мыши в кoрoткoвoлнoвoй инфрaкрaснoй oблaсти. В oснoвe тexнoлoгии лежат квантовые точки   — нанокристаллы арсенида индия, способные излучать в данной области спектра. Труд(ы) опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Флуоресцентные метки играют важную амплуа в биовизуализации, позволяя следить за отдельными молекулами на клеточном уровне, и из-за различными процессами в динамике на уровне целого организма. Наблюдение за свечением молекул, помеченных красителем или флуоресцентным белком, лежит в основе некоторых видов микроскопии и томографии. При детекции флуоресценции в биологических образцах возникает полоса затруднений, значительно снижающих чувствительность и разрешение этих методов   — в частности, поглощение и раздробление излучения тканями. Излучение в коротковолновой инфракрасной области (1000–2000 нанометров) обладает преимуществами вперед остальными частями спектра   — оно слабо поглощается и рассеивается, кроме того в этой области в отлучке автофлуоресценции тканей. Однако хороших источников, которые можно было бы использовать в биомедицине   — способных излучать получи и распишись этих длинах волн, и при этом достаточно ярких и стабильных   — до этих пор не существовало. Для решения этой проблемы ученые из MIT изготовили другой класс квантовых точек на основе арсенида индия (InAs), излучающих в коротковолновой инфракрасной области и пригодных пользу кого модификации под различные биологические приложения.

Мозг мыши с опухолью, подкрашенный частицами бери основе квантовых точек («ложное окрашивание»). Bruns et al / Nat Biomed Eng   2017

Квантовые точки   — сие полупроводниковые нанокристаллы, способные к флуоресценции при возбуждении в достаточно широкой области спектра. Их преимуществом является густота и высокая фотостабильность (это значит, что они светят очень долго, и мало-: неграмотный «выгорают», как флуоресцентные красители). Кроме того, их спектральные свойства напрямую зависят через размера, а значит, ими легко манипулировать. Для использования в качестве флуоресцентных меток в организме мыши, авторы работы приготовили нанокристаллы из арсенида индия, покрыли их оболочкой из других материалов, и получили конфигурация из нескольких сортов частиц, излучающих при разных длинах волн в заданном диапазоне. Получившиеся частицы использовали тремя различными способами с целью отслеживания разных процессов.

Два сорта квантовых точек, излучающих при разных длинах волн в коротковолновом инфракрасном диапазоне (угоду кому) их различения применено «ложное окрашивание» в красный и зеленый цвета). Bruns et al / Nat Biomed Eng   2017

Во-первых, из квантовых точек приготовили фосфолипидные мицеллы (пузырьки), способные бесконечно путешествовать по кровотоку. При инъекции препарата мышам оказалось возможным отмечать сердцебиение и дыхание животного по изменению интенсивности свечения. Грызуны во время процесса могли необязательно двигаться, что является существенным преимуществом нового метода: ранее для изучения физиологии приходилось размещать животных в специальные устройства (томограф или электрокардиограф), либо использовать хирургически имплантированные датчики.

Во втором варианте использования из квантовых точек приготовили наносомы, включив их в состав липопротеинов. Получившиеся частицы были похожи получи мицеллы, которые всасываются в кишечнике в процессе переваривания жиров, и доставляются в разные органы, в частности, в жировую глия. На этот раз целью авторов было проследить за метаболизмом жиров при попадании животного в холодность. Введение флуоресцентных наносом в замерзшую мышь дало возможность детектировать быстрое тезаврация жиров в бурой жировой ткани (органе, использующем энергию, запасенную в жирах, к генерации тепла). По сравнению с другими доступными для такой детекции методами квантовые точки позволили вымучить высокой чувствительности и бóльшего разрешения «картинки».

Наконец, квантовые точки в составе композитных частиц ввели в растущую кондилома мозга мыши. Частицы накапливались в сосудах опухоли, благодаря чему за ней подумаешь было следить на фоне окружающих нормальных тканей мозга (правда, угоду кому) детекции частиц в мозге в черепе пришлось проделать «окно»). Исследователям удалось маловыгодный только различить отдельные сосуды   — вены, артерии и капилляры, но и измерить натиск кровотока по движению отдельных частиц, как в нормальных тканях, так и в опухоли.

Квантовые точки в трех различных биологических приложениях   – регистрирование физиологических показателей, наблюдение за метаболизмом, ангиография. Bruns et al / Nat Biomed Eng   2017

Хотя квантовые точки в этом исследовании зарекомендовали себя равно мощный инструмент для визуализации буквально любых процессов в организме и оказались нетоксичными пользу кого животных, о применении их в человеческой медицинской диагностике говорить еще очень прежде) (времени. По крайней мере, это изобретение существенно расширило возможности ученых в области доклинических испытаний лекарств, наблюдений ради опухолями на модельных животных и подобных приложениях.

Автор: Дарья Спасская