Новая техника позволяет глубже и детальнее заглянуть в живую ткань

Инженеры-биомедики Университета Дьюка, объединив усовершенствованную версию микроскопии с микроскопическими частицами золота, получили возможность заглядывать так глубоко в живую ткань, что могут наблюдать взаимодействие молекул.

Если будущие исследования на животных моделях окажутся успешными, метод может найти широкий спектр клинических применений: от изучения границ удаляемой опухоли до оценки воздействия противораковых агентов на питающие опухоль кровеносные сосуды.

Исследователи совместили сфокусированный нагрев с оптической когерентной томографией (ОКТ), которую часто называют оптическим аналогом ультразвука. ОКТ широко используется в клиниках, где критически важна визуализация с высоким разрешением, например, в сетчатке глаза. Эти эксперименты впервые позволили применить технику для функциональной визуализации клеток, экспрессирующих определённые молекулярные рецепторы.

Суть метода

• Для экспериментов команда прикрепила наносферы золота к таргетной молекуле — моноклональному антителу. Золото эффективно проводит тепло, а его воздействие на организм хорошо изучено.
• Использованное антитело нацелено на рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), связанный с раком.
• Эти «меченые» антитела нанесли на поверхность трёхмерной модели ткани из человеческих клеток — как раковых, так и здоровых. Антитела должны были связаться с клетками, сверхэкспрессирующими EGFR на своей поверхности — индикатором раковой активности.
• Затем фототермическая ОКТ смогла обнаружить их, показав, где сконцентрированы золотые сферы.

Результаты

При направлении фототермической ОКТ на ткань клетки со сверхэкспрессией EGFR давали сигнал на 300% выше, чем клетки с низкой экспрессией EGFR.

Нагрев в этой форме микроскопии создаёт явление, похожее на мираж: тепло вызывает характерное искажение в том, как свет отражается от золотых наносфер. Изменяя температуру, можно измерять изменения световых путей.

Таким образом, исследователи смогли не только «увидеть» клетки внутри ткани, но и зафиксировать молекулярную функцию — прикрепление антитела к рецептору.

Перспективы

• Использование металлических наночастиц в качестве контрастных агентов с технологией фототермической ОКТ может привести к множеству потенциальных клинических применений.
• Органические контрастные агенты могут повредить или убить целевые клетки, тогда как металлические наносферы относительно безопаснее.
• Широкий диапазон форм и размеров наночастиц, а также возможность «настройки» оптической длины волны ОКТ позволяют адаптировать подход ко многим различным типам мишеней.

В планах исследователей — расширить использование этого подхода на животных моделях, чтобы лучше понять роль различных методов терапии рака. Опухоли с повышенным уровнем EGFR имеют плохой прогноз, и метод планируется использовать для измерения реакции таких опухолей на разные виды терапии.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters Американского химического общества. Работа поддержана Национальными институтами здравоохранения (NIH).