Ультрачувствительный метод визуализации с использованием золото-серебряных "наноклеток"

Новые исследования показывают, что экспериментальный ультрачувствительный метод медицинской визуализации, использующий импульсный лазер и крошечные металлические "наноклетки", может позволить как раннее обнаружение, так и лечение заболеваний.

Система работает путем пропускания импульсов лазера ближнего инфракрасного диапазона через кожу для обнаружения полых наноклеток и твердых наночастиц — сделанных из сплава золота и серебра — которые вводятся в кровоток.

В отличие от предыдущих подходов с использованием крошечных металлических наностержней и наносфер, новая техника не вызывает теплового повреждения визуализируемой ткани. Еще одно преимущество — она не создает фоновой "автофлуоресцентной" подсветки окружающих тканей, которая мешает визуализации и снижает контраст и яркость, заявил Цзи-Синь Ченг, доцент биомедицинской инженерии и химии в Университете Пердью.

"Это отсутствие фоновой флуоресценции делает изображения гораздо более четкими и очень важно для обнаружения заболеваний. Оно позволяет нам четко идентифицировать наноклетки и ткани".

Улучшенные характеристики могут сделать возможным раннее обнаружение и лечение рака. Крошечные золото-серебряные клетки также могут быть использованы для доставки противораковых препаратов пролонгированного действия к пораженной ткани, сказал Юнан Ся, профессор передовых материалов Джеймса М. Маккелви на кафедре биомедицинской инженерии в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Его команда изготовила наноклетки и наночастицы, использованные в исследовании.

Золото-серебряные структуры давали изображения в 10 раз ярче, чем в других экспериментальных исследованиях по визуализации с использованием золотых наносфер и наностержней. Технология визуализации обеспечивает яркость и контраст, потенциально в сотни раз лучше, чем у обычных флуоресцентных красителей, используемых для широкого спектра биологической визуализации.

Результаты подробно описаны в исследовательской статье, опубликованной онлайн 6 апреля в журнале Angewandte Chemie (международное издание).

Новый подход к визуализации использует явление "трехфотонной люминесценции", которое обеспечивает более высокий контраст и более яркие изображения, чем обычные методы флуоресцентной визуализации. Обычно трехфотонная люминесценция слишком тусклая для использования в визуализации. Однако присутствие золотых и серебряных наночастиц усиливает яркость, преодолевая это препятствие. Считается, что ультракороткий лазер также может играть роль, вызывая "генерацию третьей гармоники", что увеличивает яркость.

Предыдущие исследования требовали использования "плазмонов" (облаков электронов, движущихся в унисон) для усиления яркости и контраста. Однако использование плазмонов генерирует тепло, повреждающее ткани. Новая техника не использует плазмонное усиление, устраняя этот нагрев.

Исследователи использовали лазер в ближнем инфракрасном диапазоне спектра, импульсы которого длятся фемтосекунды (квадриллионные доли секунды). Лазер испускает 80 миллионов импульсов в секунду, чтобы подсвечивать ткани и органы после инъекции наноклеток.

Клетки и частицы имеют размер около 40 нанометров в ширину, что примерно в 100 раз меньше, чем эритроцит.

Исследователи внутривенно вводили наноклетки мышам, а затем получали изображения этих крошечных структур в образцах тканей из органов, таких как печень и селезенка.