تصویربرداری متابولیک روشی غیر تهاجمی است که به پزشکان و دانشمندان امکان می دهد سلولهای زنده را با استفاده از نور لیزر مطالعه کنند و به ارزیابی پیشرفت بیماری و واکنشهای درمانی کمک می کنند.
با این حال ، هنگامی که نور در بافت بیولوژیکی می درخشد ، چقدر نفوذ می کند و از حلالیت تصاویر گرفتار جلوگیری می کند.
اکنون ، محققان MIT تکنیک جدیدی را ایجاد کرده اند که محدودیت عمق معمول تصویربرداری متابولیک را دو برابر کرده است. این روش ها همچنین سرعت تصویربرداری را افزایش می دهد و تصاویر مفصلی تر می دهد.
این تکنیک جدید نیازی به پردازش بافت از قبل ندارد ، مانند برش آن یا نقاشی آن با رنگ. در عوض ، یک لیزر خاص عمق بافت را روشن می کند ، که باعث می شود برخی مولکول های ذاتی در سلول ها و بافت ها نور را گسترش دهند. این امر با ارائه نمای طبیعی و دقیق تر از ساختار و عملکرد آن ، نیاز به تغییر بافت را از بین می برد.
محققان با خصوصی سازی نور لیزر برای بافت های عمیق ، این امر را به دست آورده اند. با استفاده از یک استایلر فیبر اخیر – دستگاهی که آنها با خم شدن کنترل می کنند – می توانند رنگ نور و اثرات را تنظیم کنند تا پراکندگی به حداقل برسد و سیگنال را به حداکثر برساند زیرا نور عمیق تر به بافت می رود. این به آنها اجازه می دهد تا چیزهای بیشتری را به بافت زنده ببینند و تصاویر واضح تری را ضبط کنند.
اعتبار: با اجازه محققان
عمق نفوذ بیشتر ، سرعت سریعتر و وضوح بالاتر ، این روش ، به ویژه برای تحقیقات سرطان ، مهندسی بافت ، کشف مواد مخدر و معاینه واکنشهای ایمنی ، مانند درخواست برنامه های کاربردی.
این مطالعه از نظر نفوذ عمق برای تصویربرداری متابولیک بدون UNBEA پیشرفت قابل توجهی نشان می دهد.
EECS فارغ التحصیل دانشجوی فارغ التحصیل کونزان لیو در این مقاله شرکت کرد. MIT Postdoc ، Tong Qiu ؛ Honghao Cao ، دانشجوی فارغ التحصیل EECS ؛ فن وانگ ، استاد مغز و علوم شناختی ؛ راجر کام ، سسیل و ایدا گرین استاد مهندسی بیولوژیکی و مکانیک ؛ لیندا گریفیت ، استاد آموزش نوآوری در گروه مهندسی زیست شناسی ؛ و سایر همکاران MIT. تحقیق امروز قابل مشاهده است پیشرفت علمیبشر
با لیزر
این روش جدید در رده تصویربرداری غیرقابل تحمل قرار می گیرد ، یعنی بافت از قبل رنگ آمیزی نمی شود. نقاشی تضاد با یک زیست شناس بالینی برای دیدن بهتر هسته های سلول و پروتئین ها ایجاد می کند. با این حال ، نقاشی به طور معمول به زیست شناس نیاز دارد تا برش و برش ها را برش دهد ، که بررسی فرآیندهای پویا در سلولهای زنده که بافت را از بین می برند ، غیرممکن است.
در تکنیک های تصویربرداری غیر با نام ، محققان از لیزرها برای روشنایی مولکولهای خاص در سلول ها استفاده می کنند و باعث می شود که آنها نور رنگهای مختلفی را نشان دهند که محتوای مختلف مولکولی و ساختارهای سلولی را نشان می دهد. با این حال ، تولید نور لیزر ایده آل با طول موج خاص و تأثیرات با کیفیت بالا برای تصویربرداری بافت عمیق دشوار است.
محققان رویکرد جدیدی برای غلبه بر این محدودیت ایجاد کرده اند. آنها از یک فیبر چند حالته ، نوعی فیبر نوری استفاده می کنند که می تواند مقدار قابل توجهی از قدرت را به همراه داشته و آن را با یک دستگاه جمع و جور به نام “یک ظاهر طراحی فیبر” ترکیب کند. این فرماتور به آنها اجازه می دهد تا با تغییر شکل فیبر با تطبیق شکل ، گسترش نور را به طور کامل تعدیل کنند. خم شدن فیبر باعث تغییر رنگ و چگالی لیزر می شود.
ساخت کار قبلیمحققان نسخه اول فیبر استایلر را برای تصویربرداری متابولیک عمیق تر سازگار کردند.
Cao می گوید: “ما می خواهیم تمام این انرژی را با ویژگی های پالس مورد نیاز خود به رنگ های مورد نیاز خود هدایت کنیم. این به ما می دهد نسل بالاتری از کارآیی و ظاهر واضح تر حتی در اعماق بافت ها.
آنها پس از ایجاد یک مکانیسم قابل کنترل ، یک سکوی تصویربرداری برای بهره‌مندی از منبع لیزر قدرتمند برای ایجاد طول موج های طولانی تر ، که برای نفوذ عمیق تر به بافت های بیولوژیکی بسیار مهم است ، تهیه کردند.
لی می گوید: “ما معتقدیم که این فناوری پتانسیل پیشبرد تحقیقات بیولوژیکی را دارد. ما امیدواریم که دانشمندان را با ابزاری قدرتمند شناسایی با استفاده از آن برای آزمایشگاه های زیست شناسی مقرون به صرفه و در دسترس قرار دهیم.
برنامه های پویا
هنگامی که محققان دستگاه های تصویربرداری را آزمایش کردند ، نور قادر به نفوذ به یک نمونه بیولوژیکی بیش از ۷۰۰ میکرومتر بود ، در حالی که فقط بهترین تکنیک ها می توانند فقط به ۲۰۰ میکرومتر برسند.
وی می گوید: “ما می خواهیم با این تصویربرداری عمیق جدید به نمونه های بیولوژیکی نگاه کنیم و چیزی را ببینیم که قبلاً ندیده ایم.
تکنیک تصویربرداری عمیق به آنها این امکان را داده است تا بیش از یک سلول را در یک سیستم زندگی ببینند ، که می تواند به محققان کمک کند تا تغییرات متابولیکی را که در اعماق مختلف رخ می دهد ، بررسی کنند. علاوه بر این ، سرعت تصویربرداری سریعتر به آنها اجازه می دهد تا اطلاعات مفصلی را در مورد چگونگی تأثیر متابولیسم سلول بر سرعت و جهت حرکات جمع آوری کنند.
این روش تصویربرداری جدید می تواند از معاینه ارگانوئیدها ، که سلولهای مهندسی در حال رشد هستند ، برای تقلید از ساختار و عملکرد اندام ها پشتیبانی کند. محققان در آزمایشگاه های KAMM و گریفیت در حال توسعه ارگانوئیدهای مغز و آندومتر هستند که می توانند مانند اندام ها برای بیماری و ارزیابی درمانی رشد کنند.
با این حال ، مشاهده کامل تحولات داخلی بدون برش یا رنگ آمیزی بافتی که نمونه را از بین می برد ، دشوار است.
این روش تصویربرداری جدید به محققان این امکان را می دهد تا ضمن رشد غیر تهاجمی ، موقعیت های متابولیک را در یک ارگانوئید زنده کنترل کنند.
محققان با توجه به این و سایر برنامه های زیست پزشکی ، قصد دارند تصاویر با وضوح بالاتر را هدف قرار دهند. در عین حال ، آنها در تلاشند تا منابع لیزری کم سر و صدا ایجاد کنند که می تواند با دوز کمتری از نور عمیق تر تصور کند.
آنها همچنین الگوریتم هایی را ایجاد می کنند که به تصاویر واکنش نشان می دهند تا ساختارهای کامل سه بعدی نمونه های بیولوژیکی با حل بالا را بازسازی کنند.
در طولانی مدت ، آنها امیدوارند که این تکنیک را در دنیای واقعی به کار گیرند تا به زیست شناسان کمک کند تا از واکنش دارویی در زمان واقعی پیروی کنند تا به زیست شناسان کمک کند تا داروهای جدید تولید کنند.
IZ با ارائه تصویربرداری از متابولیک چند حالته که به بافت های عمیق تر می رسد ، ما به دانشمندان توانایی بی سابقه ای برای مشاهده سیستم های بیولوژیکی غیر قابل احترام در موقعیت های طبیعی ارائه می دهیم. ما هیجان زده هستیم که محدودیت های این فناوری را تحت فشار قرار داده و با این بینش ها همکاری کنیم. “
این کار هیجان انگیز است زیرا در مقایسه با تکنیک های موجود ، از روشهای نوآورانه بازخورد برای مشاهده متابولیسم سلولی عمیق تر در بافت ها استفاده می کند. این فناوری ها سرعت تصویربرداری سریع را برای آشکار کردن پویایی متابولیک منحصر به فرد از تحرک رگ های خونی در رگ های خونی ارائه می دهند. موسسه تحقیقاتی در این مطالعه گنجانده نشده است.
وی می افزاید: “NAD (P) H ، درب را برای عملکرد انواع مشکلات مهم سریعتر و عمیق تر برای بافت ها ، برای به دست آوردن تصاویر چند فوتون با تکامل بالا بر اساس کنتراست خودکار.” وی گفت: “هنگامی که عملکرد متابولیک را ارزیابی می کنید ، این امکان را به ما می دهد تا تصویربرداری عمیق تر و سریعتر را برای تصویربرداری عمیق تر و سریعتر برای کاربردهای تشخیصی سرطان یا علوم اعصاب در نظر بگیریم تا از اهمیت فیزیولوژیکی داده ها در اسرع وقت پیروی کنیم ، تا از اهمیت فیزیولوژیکی داده ها اطمینان حاصل کنیم ، تا از حجم بافت قابل توجهی یا پیگیری تشخیص سرطان یا علوم اعصاب پیروی کنیم.
این تحقیق تا حدی توسط MIT Start Funds ، یک جایزه شغلی بنیاد ملی علوم ایالات متحده ، یک بورس تحصیلی ریاست جمهوری MIT Irwin Jacobs و جوآن کلین و بورس تحصیلی MIT Kailath تأمین می شود.