Nonoultrasonografia pokaże pojedyncze komórki

Badania ultrasonograficzne są używane na całym świecie, aby wizualizować rozwijający się płód czy diagnozować choroby. Fale dźwiękowe odbijają się od tkanek, ukazując ich różne gęstości i kształty. Kolejnym krokiem w technologii ultradźwiękowej jest obrazowanie nie tylko szczegółów anatomii, ale specyficznych komórek i cząsteczek w głębi organizmu, takich jak komórki nowotworowe czy bakterie w naszych jelitach.
Nowe badania przeprowadzone w Caltech pokazują w jaki sposób techniki inżynierii cząsteczkowej mogą pomóc osiągnąć ten etap. Naukowcy stworzyli białkową nanostrukturę zwaną pęcherzykiem gazu, która odbija fale dźwiękowe. W przyszłości, takie pęcherzyki gazu mogą być podawane pacjentowi w celu wizualizacji tkanek będących przedmiotem badania. Pokazano, że zmodyfikowane pęcherzyki wydzielają bardziej wyraźne sygnały, ułatwiając tworzenie obrazu; mogą odnajdywać ściśle określone typy komórek i wreszcie – pomóc w tworzeniu kolorowych obrazów ultrasonograficznych.

– To trochę jak zabawa z molekularnymi klockami Lego – mówi profesor inżynierii chemicznej Mikhail Shapiro, który jest głównym autorem nowego artykułu na temat badań, opublikowanego w czasopiśme ACS Nano. – Możemy zamieniać różne kawałki białek na powierzchni pęcherzyków i tym samym zmieniać rodzaje komórek, na które mają być uczulone pęcherzyki i tworzyć wielokolorowe obrazy ultrasonograficzne.

Po raz pierwszy Shapiro wpadł na pomysł wykorzystania pęcherzyków gazu w obrazowaniu ultrasonograficznym w roku 2014, kiedy zauważył takie struktury wypełnione gazem naturalnie występującym w wodnych organizmach jednokomórkowych takich, jak Anabaena flos-aquae, gatunek sinic, który tworzy kępy nitkowatych łańcuchów wielokomórkowych. Pęcherzyki gazu pozwalają tym organizmom kontrolować głebokość zanurzenia a tym samym ich ekspozycję na światło słoneczne. Shapiro zdał sobie sprawę, że pęcherzyki z łatwością odbijają fale dźwiękowe i mogą być wykorzystanie obrazowaniu ultrasonograficznym.

Mikhail Shapiro i jego zespół postanowił nadać gazowym pęcherzykom nowe właściwości, dzięki modyfikowaniu naturalnego białka znajdującego się na powierzchn pęcherzyków gazu, które daje im mechaniczną wytrzymałość. Białko może być projektowane tak, aby mieć różne rozmiary, a im dłuższe wersje cząsteczek białka tym mają mocniejsze i sztywniejsze są powstające nanostruktury.

W jednym z eksperymentów, badacze wykazali, że pęcherzyki gazu mogą być kierowane do wybranych tkanek w organizmie. W ten sposób pęcherzyki mogą służyć obrazowania różnych cząsteczek w komórkach takich, jak sekwencja aminokwasów białka zwanego integryną, występująca w nadmiarze w komórkach nowotworowych.
Zespół pokazał również, jak wielobarwne mogą być obrazy ultrasonograficzne . Konwencjonalne obrazy ultrasonograficzne są czarno-białe. Grupa Shapiro potrafi obrazować trzy różne rodzaje pęcherzyków gazu, jakby były one pigmentami oddzielnych „kolorów”. Pęcherzyki same nie są wyświetlane w różnych kolorach, ale mogą im być przypisane kolory na podstawie ich różnych właściwości. Na podstawie pomiaru tych własćiwości program komputerowy może przypisać kolory i stworzyć wielobarwny obraz.
Z medycznego punktu widzenia ultrasonografia pęcherzykowa jest kolejnym sposóbem identyfikacji nawet pojedynczych komórek rakowych. Taka identyfikacja jest niezbędna do przeprowadzenia „celowanej” terapii bez względu na jej rodzaj.

Udostępnij
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz