Порівняння:

Нестабільне виявлення нальоту

діагностиці

Візуалізація неврологічних травм та захворювань

Близько півмільйона людей у ​​Сполучених Штатах живуть з травмами спинного мозку, ще 400 000 страждають на розсіяний склероз (РС). Ці стани характеризуються втратою мієлінових оболонок, важливого компонента нервової системи, який називається білою речовиною. Як і покриття електричного дроту, мієлінові оболонки діють як ізолятори, полегшуючи проведення нервових імпульсів. Втрата мієлінових оболонок, що називається демієлінізацією, призводить до затримки або блокування неврологічних сигналів, що призводить до порушень, часто смертельних, рухів, слуху, мови чи зору. Процес демієлінізації погано вивчений, частково через неможливість зобразити субклітинні деталі в цілісній білій речовині.

Джи-Сінь Чен, доцент кафедри біомедичної та хімічної інженерії Університету Пердью, нещодавно виявив деякі ключові ролі кальцію та глутамату в активації демієлінізації. Ці відкриття допоможуть дослідникам зрозуміти неврологічні пошкодження та можуть сприяти кращому лікуванню таких захворювань, як РС. Відкриття цих активаторів було здійснено за допомогою інноваційної методики візуалізації, званої мікроскопією CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering). Мікроскопія CARS виявляє вібрації хімічних зв’язків і особливо чутлива при зображенні жирних речовин, таких як мієлін. Ця методика забезпечує зображення в реальному часі змін мієлінової оболонки після пошкодження спинного мозку і дозволяє вимірювати динамічні параметри демієлінізації, такі як товщина мієлінової оболонки.

Команда Ченга застосувала методику МММ для візуалізації живого спинного та сідничного нервів у тривимірній роздільній здатності. У найближчі роки вони використовуватимуть методику МММ для вивчення причин розпаду мієліну при РС та травмах спинного мозку. Ченг у співпраці з іншими дослідниками вивчає потенціал методів НЛО у багатьох важливих галузях медицини, включаючи рак, хвороби серця та ожиріння.

Тривимірне зображення білої речовини спинного мозку, як це видно за допомогою техніки МММ. Червоний, зелений та пурпуровий кольори відповідно представляють сигнал CARS від мієлінових оболонок, сигнал SFG від астроцитарних процесів та сигнал TPEF від ядер, ідентифікованих з бромідом етидію. Зображення Ян Фу та Цзі-Сінь Чен.

Вивчення архітектури пухлин

Методика МММ пропонує можливість досліджувати пухлини в організмі без необхідності біопсії. З іншого боку, це полегшує дослідження просторової організації пухлини та прилеглої сполучної тканини, яку неможливо візуалізувати на тонких зрізах біоптатів. Ченг та Ігнасіо Камарілло, доценти кафедри біологічних наук Університету Пердью, застосовували методику МММ для отримання одночасних тривимірних зображень жирових клітин молочної залози, кровоносних капілярів, колагенових волокон та клітин пухлини. У звичайних діагнозах раку лікарі часто включають ярлики або маркери, щоб відрізнити ракову тканину від здорової. Наприклад, радіоактивні молекули використовуються при скануванні ПЕТ (позитронно-емісійна томографія), флуоресцентні барвники в оптичних зображеннях та магнітні частинки в магнітно-резонансних томографіях (МРТ). Однак Ченг каже: «Позначити конкретну клітину або пухлину у пацієнта дуже важко. Мультимодальна багатофотонна мікроскопія може бути використана для виявлення різних типів пухлин в організмі без необхідності використання маркерів ".

Камарілло застерігає: «Ожиріння збільшує ризик розвитку різних видів раку, включаючи молочну залозу, матку, передміхурову залозу та товсту кишку. Пацієнти з ожирінням мають вищі показники захворюваності та більшу стійкість до [онкологічних] препаратів. Багато людей не знають про ці стосунки ”. Камарілло та Ченг використовували методику МММ для порівняння тканин із ожирінням та худими щурами та виявляли структурні відмінності, які можуть бути ключовим фактором у взаємозв'язку ожиріння та раку. Дослідницька група Камарілло планує використовувати методику МММ для моніторингу змін у тканинах з часом у відповідь на терапію та опису різних пухлин, пов’язаних із ожирінням. Камарілло робить висновок: «Отримання зображень тривимірної архітектури тканин може надати важливе нове розуміння формування пухлини та змін, що призводять до еволюції пухлини. Це не передбачено стандартною гістологією ".

Вказівки на майбутнє

Ченг сподівається, що ця передова технологія обробки зображень знайде багато застосувань у найближчі десятиліття. Косметична та фармацевтична промисловість охоче використовують ці нові методи візуалізації. Деякі ліки містяться в біологічно розкладаються матеріалах, які називаються полімерами, які контролюють час розряду та розподіл ліків до тканин. Незважаючи на те, що молекули ліків самі по собі не видно під флуоресцентним мікроскопом, шари їх полімерів чудово видно за технологією CARS. За словами Ченга, "мікроскопія CARS буде чудовою системою для вивчення викидів ліків з полімерної матриці та розподілу ліків у тканинах".

Ченг каже: "Ще одним ключовим напрямком буде розробка ендоскопії для діагностики пухлин in vivo, а також атеросклеротичних уражень". Для першого кроку команда Ченга нещодавно випробувала мініатюрну лінзу, яку можна вставити тварині через шкіру, щоб отримати глибокі тканинні зображення в реальному часі.

Ще однією сферою майбутнього використання є індивідуальна медицина. При деяких захворюваннях деякі пацієнти не реагують на стандартні ліки. Наприклад, найчастіше використовувані препарати, що знижують рівень холестерину - такі статини, як Lipitor та Crestor - не допомагають запобігти серцевим нападам у 70 відсотків людей. Методика МММ допоможе дослідникам зрозуміти архітектуру хворих тканин, забезпечивши пильне та детальне спостереження за регіоном захворювання. У свою чергу, ці знання стануть основою для розробки нових та більш ефективних препаратів. Використання методики МММ у клініках забезпечить кращі діагнози та методи лікування з урахуванням потреб конкретної людини.

Цю роботу частково підтримує Національний інститут біоінженерії та біомедичної візуалізації (NIBIB), Національний інститут серця, легенів та крові (NHLBI) та Національний центр дослідницьких ресурсів (NCRR).