Метод бесконтактной визуализации отслеживает нанотрубки в клетках и крови для биомедицинских исследований
Исследователи продемонстрировали новый метод визуализации для отслеживания структур, называемых углеродными нанотрубками, в живых клетках и кровотоке. Это может помочь в совершенствовании их использования в биомедицинских исследованиях и клинической медицине.
Эти структуры имеют потенциальное применение в доставке лекарств для лечения болезней и визуализации в исследованиях рака. В процессе производства создаются два типа нанотрубок: металлические и полупроводниковые. Однако до сих пор не существовало метода, позволяющего увидеть оба типа в живых клетках и кровотоке.
Метод визуализации, называемый трансмиссионной абсорбционной микроскопией, использует импульсный лазер ближнего инфракрасного диапазона для передачи энергии нанотрубкам, которые затем зондируются вторым лазером ближнего ИК-диапазона.
Исследователи преодолели ключевые препятствия в использовании этой технологии, обнаружив и отслеживая нанотрубки в живых клетках и лабораторных мышах.
«Поскольку мы можем делать это с высокой скоростью, мы можем видеть, что происходит в реальном времени, пока нанотрубки циркулируют в кровотоке», — говорит Цзи-Синь Ченг, доцент биомедицинской инженерии и химии Университета Пердью.
Результаты подробно изложены в исследовательской статье, опубликованной в воскресенье (4 декабря) в журнале Nature Nanotechnology.
Метод визуализации является «бесконтактным» (label-free), то есть не требует маркировки нанотрубок красителями, что делает его потенциально практичным для исследований и медицины.
«Это фундаментальный инструмент для исследований, который предоставит научному сообществу информацию о том, как усовершенствовать использование нанотрубок для биомедицинских и клинических применений», — отмечает Ченг.
Обычный метод визуализации использует люминесценцию, но он ограничен, поскольку обнаруживает только полупроводниковые нанотрубки, но не металлические.
Нанотрубки имеют диаметр около 1 нанометра (примерно длина цепочки из 10 атомов водорода), что делает их слишком маленькими для обычного светового микроскопа. Одной из проблем при использовании системы визуализации в живых клетках было устранение фонового свечения эритроцитов, которое ярче, чем сигнал от нанотрубок.
Исследователи решили эту проблему, разделив сигналы от эритроцитов и нанотрубок по двум отдельным «каналам». Свет от эритроцитов немного запаздывает по сравнению со светом, излучаемым нанотрубками. Два типа сигналов «разделяются по фазе», ограничиваясь разными каналами на основе этой задержки.
Исследователи использовали этот метод, чтобы увидеть нанотрубки, циркулирующие в кровеносных сосудах ушных раковин мышей.
«Это важно для доставки лекарств, потому что нужно знать, как долго нанотрубки остаются в кровеносных сосудах после инъекции. Поэтому необходимо визуализировать их в реальном времени, циркулирующими в кровотоке», — поясняет Ченг.
Структуры, называемые одностенными углеродными нанотрубками, образуются путем сворачивания одноатомного слоя графита, называемого графеном. Нанотрубки по своей природе гидрофобны, поэтому некоторые из нанотрубок, использованных в исследовании, были покрыты ДНК, чтобы сделать их водорастворимыми, что необходимо для их транспортировки в кровотоке и в клетки.
Исследователи также получили изображения нанотрубок в печени и других органах, чтобы изучить их распределение у мышей, и используют этот метод визуализации для изучения других наноматериалов, таких как графен.