Сравнение:

Нестабилно откриване на плака

напредък

Изобразяване на неврологични наранявания и заболявания

Почти половин милион души в САЩ живеят с наранявания на гръбначния мозък, а други 400 000 са засегнати от множествена склероза (МС). Тези състояния се характеризират със загубата на миелинови обвивки, важен компонент на нервната система, наречен бяло вещество. Подобно на покритието на електрически проводник, миелиновите обвивки действат като изолатори, улесняващи провеждането на нервните импулси. Загубата на миелинови обвивки, наречена демиелинизация, води до забавяне или блокиране на неврологичните сигнали, което води до увреждания, често фатални, на движение, слух, реч или зрение. Процесът на демиелинизация е слабо разбран, отчасти поради невъзможността да се изобразят субклетъчни детайли в непокътнато бяло вещество.

Джи-Син Ченг, асистент по биомедицинско и химическо инженерство в университета Пърдю, наскоро откри някои решаващи роли на калция и глутамата в активирането на демиелинизацията. Тези открития ще помогнат на изследователите да разберат неврологичните увреждания и могат да насърчат по-добро лечение на заболявания като МС. Откритието на тези активатори е направено с помощта на иновативна образна техника, наречена CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) микроскопия. Микроскопията CARS открива вибрации на химичните връзки и е особено чувствителна при изобразяване на мастни вещества, като миелин. Тази техника предоставя изображения в реално време на промени в миелиновата обвивка след увреждане на гръбначния мозък и позволява измерване на динамични параметри на демиелинизация, като дебелината на миелиновата обвивка.

Екипът на Ченг е приложил техниката МММ при визуализиране на живия гръбначен мозък и седалищния нерв в триизмерна резолюция. През следващите години те ще използват техниката МММ за изследване на причините за деградация на миелина при МС и наранявания на гръбначния мозък. Ченг, в сътрудничество с други изследователи, изследва потенциала на НЛО техниките в много важни области на медицината, включително рак, сърдечни заболявания и затлъстяване.

Триизмерно изображение на бялото вещество на гръбначния мозък, както се вижда с помощта на техниката MMM. Цветовете червено, зелено и пурпурно представляват съответно CARS сигнала от миелиновите обвивки, SFG сигнала от астроцитните процеси и TPEF сигнала от ядрата, идентифицирани с етидиев бромид. Изображение от Ян Фу и Джи-Син Ченг.

Изследване на архитектурата на туморите

Техниката MMM предлага възможност за изследване на тумори в тялото, без да са необходими биопсии. От друга страна, това улеснява изследването на пространствената организация на тумора и съседната съединителна тъкан, които не могат да бъдат визуализирани в тънки участъци от биопсии. Ченг и Игнасио Камарило, асистент по биологични науки в Университета Пърдю, прилагат техниката MMM, за да получат едновременно триизмерни изображения с висока резолюция на мастни клетки на гърдата, кръвни капиляри, колагенови влакна и туморни клетки. В конвенционалните ракови диагнози лекарите често включват етикети или маркери, за да разграничат раковата тъкан от здравата тъкан. Например, радиоактивни молекули се използват при PET сканиране (позитронно-емисионна томография), флуоресцентни багрила в оптични изображения и магнитни частици при ядрено-магнитен резонанс (MRI). Ченг обаче казва: „Много е трудно да се маркира конкретна клетка или тумор при пациент. Мултимодалната многофотонна микроскопия може да се използва за откриване на различни видове тумори в тялото, без да се налага да се използват маркери. ".

Камарило предупреждава, „Затлъстяването увеличава риска от различни видове рак, включително гърдата, матката, простатата и дебелото черво. Затлъстелите пациенти имат по-високи нива на заболеваемост и по-голяма резистентност към [ракови] лекарства. Много хора не знаят за тази връзка ”. Camarillo и Cheng използваха MMM техниката за сравняване на тъкани от затлъстели и слаби плъхове и идентифицираха структурни различия, които биха могли да бъдат ключов фактор за връзката между затлъстяването и рака. Изследователският екип на Camarillo планира да използва техниката MMM, за да проследява промените в тъканите във времето в отговор на терапията и да описва различните тумори, свързани със затлъстяването. Камарило заключава: „Получаването на изображения на триизмерната архитектура на тъканите може да даде нови важни прозрения за образуването на тумори и промените, които водят до еволюция на тумора. Това не се предоставя от стандартната хистология. ".

Указания за бъдещето

Ченг се надява, че тази усъвършенствана технология за изображения ще намери много приложения през следващите десетилетия. Козметичната и фармацевтичната индустрия са готови да използват тези нови техники за изобразяване. Някои лекарства се намират в биоразградими материали, наречени полимери, които контролират времето за освобождаване и разпределението на лекарствата в тъканите. Въпреки факта, че молекулите на лекарството не са видими под флуоресцентен микроскоп, слоевете на техните полимери са напълно видими с технологията CARS. Казва Ченг, "Микроскопията CARS ще бъде прекрасна система за изследване на отделянето на лекарства от полимерна матрица и разпределението на лекарствата в тъканите.".

Ченг казва: "Друга ключова насока ще бъде разработването на ендоскопия за диагностициране на тумори in vivo, както и атеросклеротични лезии." Като първа стъпка екипът на Ченг наскоро тества миниатюрна леща, която може да се вкара в животно през кожата, за да се получат дълбоки тъканни изображения в реално време.

Друга област за бъдеща употреба е индивидуализираната медицина. При някои заболявания някои пациенти не реагират на стандартните лекарства. Например, най-често използваните лекарства за понижаване на холестерола - статини като Lipitor и Crestor - не помагат за предотвратяване на инфаркти при до 70 процента от хората. Техниката MMM ще помогне на изследователите да разберат архитектурата на болните тъкани, като предлага внимателно и подробно наблюдение на болестния регион. От своя страна тези знания ще бъдат основата за разработване на нови и по-ефективни лекарства. Използването на МММ техниката в клиниките ще предложи обещанието за по-добри диагнози и лечения, съобразени с нуждите на индивида.

Тази работа се подпомага отчасти от Националния институт за биоинженерство и биомедицински образи (NIBIB), Националния институт за сърце, белия дроб и кръв (NHLBI) и Националния център за изследователски ресурси (NCRR).