Znajdź zawartość

Aparatura medyczna podlega coraz większej miniaturyzacji, do jej konstruowania coraz częściej wykorzystuje się też materiały pochodzące z ludzkiego ciała. Bez wątpienia ciekawym pomysłem jest mikroskopijny, a w dodatku organiczny system do obrazowania z wbudowanymi nanoprzetwornikami z fosfolipidów występujących w błonach komórkowych. Dr Melissa Mather z Uniwersytetu w Nottingham wyjaśnia, że urządzenie można zastosować do wczesnego wykrywania nowotworów, monitorowania aktywności elektrycznej mózgu oraz śledzenia pojedynczych komórek podczas podróży przez organizm. Brytyjczycy cieszą się z tego, że nanoaparat do obrazowania jest zupełnie nietoksyczny, powstaje przecież z tego, co i tak występuje w ciele. Systemy do monitorowania komórek i tkanek są coraz bardziej potrzebne. Prężnie rozwijają się terapie komórkowe, ale by mieć pewność, że leczenie [parkinsonizmu, cukrzycy czy choroby serca] przebiega właściwie, należy monitorować miejsce, do którego trafiły komórki oraz ich zachowanie. To spory problem dla współczesnych technologii i staramy się temu jakoś zaradzić. Przetworniki elektromechaniczne były do tej pory budowane przede wszystkim z pojedynczych kryształów lub ceramiki. Niedawno jednak naukowcy zorientowali się, że jeśli zminiaturyzuje się je do skali nano, można w nich wykorzystywać o wiele więcej różnych materiałów. Wykazano, że za pomocą błon biologicznych da się ujarzmić aktywność elektryczną komórek ludzkiego ciała i przekształcić ją w energię mechaniczną. Mather pracuje nad formowaniem z fosfolipidów pęcherzyków (liposomów). Chodzi o wykorzystanie ich właściwości akustycznych, a więc o pozyskanie przetworników elektroakustycznych. W przyszłości jej zespół skoncentruje się na zwiększaniu mocy sygnału akustycznego poprzez modyfikacje składu, kształtu i rozmiarów liposomu. Brytyjczykom nie chodzi tylko o skanowanie, bo jeśli połączy się liposomy ze specyficznymi cząsteczkami wykazującymi powinowactwo do pewnych typów komórek, będzie można je lokalizować i śledzić ich ruchy po organizmie. Końcowym etapem prac mają być testy na fantomach tkankowych. Pod warunkiem, że wszystko pójdzie po myśli naukowców, prototyp systemu powinien powstać do 2016 r.

Naukowcy z Georgia Tech i Emory University opracowali nową rodzinę kontrastów do obrazowania, które wnikają do komórek bakteryjnych, podszywając się pod glukozę. Czynniki te, nazywane bazującymi na maltodekstrynie sondami do obrazowania (ang. maltodextrin-based imaging probes), pozwalają odróżnić infekcje bakteryjne od innych chorób zapalnych. Te kontrasty zaspokajają zapotrzebowanie na sondy zapewniające dokładny obraz niewielkiej liczby bakterii w warunkach in vivo, a także na produkty pozwalające odróżnić infekcje od innych patologii, np. nowotworu – podkreśla prof. Niren Murthy. Wyniki studium sfinansowanego m.in. przez Narodowe Instytuty Zdrowia ukazały się w piśmie Nature Materials. Większość istniejących sond do obrazowania dociera do bakteryjnej ściany komórkowej i nie może wniknąć do środka, jednak kontrasty oparte na maltodekstrynie są traktowane przez mikroorganizmy jak pokarm, dzięki czemu mogą osiągać wysokie stężenia wewnątrz bakterii. Kontrasty nowego typu uzyskuje się, łącząc barwnik z maltoheksaozą, która stanowi główne źródło glukozy dla bakterii. Czynnik kontrastowy trafia do bakterii za pośrednictwem transportera maltodekstryny (występuje on w komórkach bakteryjnych, lecz nie ssaczych). Zgodnie z naszą wiedzą, to pierwszy pokaz metody dostarczania milimolowych stężeń substancji obrazujących do bakterii. Podczas eksperymentów prowadzonych na szczurach naukowcy odkryli, że kontrast gromadził się w zakażonych bakteriami tkankach i był skutecznie usuwany z tkanek zdrowych. Pomiędzy zainfekowanymi i niezainfekowanymi tkankami zaobserwowano 42-krotną różnicę w intensywności fluorescencji. Co ważne, kontrast nie gromadził się w bakteriach tworzących prawidłową mikroflorę jelit. Nowy kontrast mógł wykryć milion żywych komórek bakteryjnych, podczas gdy obecnie wykorzystywane czynniki wymagają występowania przynajmniej 100 mln bakterii. W innym eksperymencie Murthy i inni stwierdzili, że sonda z dużą specyficznością odróżnia zakażenia bakteryjne od stanów zapalnych o innym podłożu. Okazało się bowiem, że tkanki zainfekowane E. coli świeciły 17-krotnie silniej od tkanek objętych stanem zapalnym, które nie zawierały bakterii. Amerykanie udowodnili również, że zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne pobierają kontrast oparty na maltodekstrynie o 3 rzędy wielkości szybciej od komórek ssaczych.

Obecnie testy wielu leków dla ludzi prowadzi się wstępnie na myszach. Możność uzyskania klarownego obrazu wnętrza zwierzęcia ma więc kolosalne znaczenie. W praktyce często wykorzystuje się fluorescencyjne barwniki, ale już kilka milimetrów pod skórą obraz staje się tak zamazany, że naukowcy tak naprawdę nie za bardzo wiedzą, co widzą. W ramach najnowszych eksperymentów specjaliści z Uniwersytetu Stanforda posłużyli się fluorescencyjnymi nanorurkami węglowymi, dzięki czemu rzeczywistością stało się zaglądanie na kilka centymetrów w głąb zwierzęcia. Tradycyjne barwniki nie zapewniały takiej ostrości, a nikogo nie trzeba chyba przekonywać, że w przypadku tak niewielkiego zwierzęcia jak mysz parę centymetrów to naprawdę dużo. Wykorzystywaliśmy już podobne nanorurki do dostarczania testowanych na myszach leków przeciwnowotworowych, ale warto by też wiedzieć, gdzie medykament właściwie trafił, prawda? Z fluorescencyjnymi nanorurkami możemy w czasie rzeczywistym jednocześnie dostarczać leki i obrazować, aby określić dokładność trafiania przez preparat w cel - tłumaczy prof. Hongjie Dai. Zespół wstrzyknął gryzoniom nanorurki o pojedynczej ścianie. Później pozostało obserwować, jak rurki i lek trafiają do narządów wewnętrznych za pośrednictwem układu krwionośnego. Nanorurki świeciły jasno po skierowaniu na zwierzę promienia lasera. Zdjęcia wykonywano kamerą ustawioną na bliską podczerwień. Amerykanie podkreślają, że w odróżnieniu od większości fluorescencyjnych barwników, świecenie fluorescencyjnych nanorurek węglowych obejmuje inną część spektrum bliskiej podczerwieni. To bardzo dobrze, ponieważ naturalna fluorescencja tkanek dotyczy długości fali poniżej 900 nanometrów, pokrywając się z zakresem biokompatybilnych barwników fluorescencyjnych, przez co obraz zostaje zamazany przez fluorescencję tła. Z nanorurkami nie ma tego problemu, ponieważ świecą w zakresie 1000-1400 nm. Na tym jednak nie koniec plusów wynikających z wykorzystania nanorurek węglowych. Ciało rozprasza mniej światła przy większej długości fali z zakresu bliskiej podczerwieni, przez co obraz nie ulega rozmazaniu, gdy światło się przemieszcza. Ekipa Daia eksperymentowała z jednościennymi nanrurkami o różnej chiralności, średnicy itp., dzięki czemu można było dokładnie wyregulować długość fali, przy której będą one fluoryzować. Amerykanie poddali nagranie wideo analizie głównych składowych. W ten sposób jeszcze bardziej polepszono jakość obrazu. W surowym materiale śledziona, trzustka i nerka mogą wyglądać jak jeden uogólniony sygnał. Analiza głównych składowych wyłapuje jednak niuanse zmienności sygnału i rozdziela to, co wydawało się na początku jednością, na sygnały poszczególnych narządów. Można naprawdę widzieć rzeczy położone głęboko lub przysłonięte przez inne organy, np. trzustkę - wyjaśnia jedna z autorek studium studentka Sarah Sherlock. Dai podkreśla, że co prawda za pomocą nanorurek nie uzyska się obrazu tkanek położonych tak głęboko jak w przypadku rezonansu magnetycznego czy tomografii komputerowej, ale i tak poczyniono duże postępy w obrębie popularnych wśród praktyków tanich metod.

Od jakiegoś czasu poszukuje się związków chemicznych wspomagających obrazowanie, które sprawdziłyby się w ramach monitoringu pacjentów zażywających heparynę, czyli lek zapobiegający krzepnięciu krwi. Wg Włochów, do tego celu świetnie nadaje się lucyferaza - enzym odpowiadający za świecenie robaczków świętojańskich (Bioconjugate Chemistry). Zespół Bruce'a Branchiniego wskazywał na potrzebę wynalezienia takich związków wspomagających obrazowanie, które emitowałyby promieniowanie w bliskiej podczerwieni. Głębiej penetruje ono tkankę, pozwalając lekarzom wykryć białka zaangażowane w krzepnięcie. Podczas testów naukowcy połączyli proteinę pozyskiwaną z lucyferazy świetlików z gatunku Photinis pyralis ze specjalnym fluorescencyjnym barwnikiem. Umożliwia on białku emitowanie promieniowania w bliskiej podczerwieni. Okazało się, że pozwala to wykryć niewielkie ilości aktywnego czynnika X (Xa). Inhibitory tego związku wykorzystuje się w zapobieganiu zdarzeniom zakrzepowo-zatorowym. Czynnik Xa bierze udział m.in. w aktywacji VIII czynnika krzepnięcia. Bioluminescencja i rezonansowe przeniesienie energii wzbudzenia bioluminescencji (ang. bioluminescence resonance energy transfer, BRET) to dwa naturalnie występujące zjawiska emisji promieniowania, które wykorzystano do różnych celów, np. obrazowania in vivo. Kluczowym elementem takich aplikacji jest lucyferaza, dająca żółtozielone światło. Opisywane technologie można ulepszyć, bazując na potencjale promienowania w bliskiej podczerwieni (nIR). Włosi zademonstrowali, że da się uzyskać emisję spektralną z maksimami 705 i 783 nm, wiążąc kowalencyjnie wariant lucyferazy z fluorescencyjnym barwnikami nIR. Akademicy zwracają uwagę na znaczenie wybiórczego znakowania fluorescencyjnymi barwnikami i skuteczność zapewnianą przez proces międzycząsteczkowego BRET. Włochom udało się też skonstruować wspomniane już wcześniej biotynylowane (oznakowane) białko fuzujące, czyli zlewające się, które emitowało promieniowanie w podczerwieni. Nowy materiał unieruchomiono na podłożu/macierzy zawierającej streptoawidynę - stosowaną w biotechnologii do oczyszczania białek - pokazując, że rozwiązanie można by uwzględnić w obrazowaniu z wykorzystaniem receptorów. To samo białko zastosowano do określenia aktywności czynnika Xa przy fizjologicznych stężeniach we krwi. W badanym układzie emisja w podczerwieni była możliwa tylko w sytuacji, kiedy cząsteczka lucyferazy była ściśle powiązana z barwnikiem fluorescencyjnym. Autorzy studium wykorzystali to zjawisko i połączyli obie te molekuły za pomocą krótkiego łańcucha aminokwasowego podatnego na trawienie przez czynnik Xa. W tej sytuacji aktywacja czynnika X powodowała nie tylko powstawanie skrzepu, ale też rozpad kompleksu lucyferazy z fluorochromem i tym samym spadek emisji nIR w próbce. Dokładny pomiar tempa tego zaniku pozwolił tym samym na ustalenie aktywności enzymatycznej czynnika Xa.

W ostatnim numerze Nature Nanotechnology naukowcy z Ohio University oraz uniwersytetu w Hamburgu informują o zobrazowaniu, po raz pierwszy w historii, spinu elektronów. Do stworzenia obrazu uczeni wykorzystali zbudowany przez siebie mikroskop sił atomowych z sondą pokrytą żelazem. Dzięki temu mogli na badanej manganowej powierzchni umieścić atomy kobaltu i zmienić w ten sposób spin elektronów. Badania wykazały, że gdy spin atomu był skierowany w górę, atomy przypominały górę z jednym szczytem, gdy był w dół - górę z dwoma szczytami. Udane zobrazowanie spinu może mieć wpływ na przyszłe badania nad przechowywaniem danych, komputerami magnetycznymi czy urządzeniami spintronicznymi. "Połączenie technik manipulowania atomami i odczytywania spinu tworzy nową perspektywę w tworzeniu struktur na skalę atomową oraz w badaniu właściwości magnetycznych" - powiedział główny autor badań, Andre Kubetzka z uniwersytetu w Hamburgu. Zanim się to jednak stanie, uczeni muszą opracować sposób na obrazowanie spinów w temperaturze pokojowej. Opisywane badania przeprowadzono bowiem w komorze próżniowej w temperaturze 10 kelwinów, do uzyskania której wykorzystano hel.

Powstał najszybszy system obrazowania na świecie. Specjalna kamera jest w stanie zarejestrować obraz w czasie krótszym niż pół miliardowej części sekundy. Co więcej może w sekundę wykonać sześć milionów takich zdjęć. Urządzenie wykorzystuje światło lasera, które jest najpierw rozpraszane w przestrzeni, a następnie ściskane i wykrywane. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, iż współpracuje z pojedynczym detektorem, a nie z milionami, jak ma to miejsce w typowym aparacie cyfrowym. Technika Steam (Serial Time-Encoded Amplified imaging) wykorzystuje efekt superkontinuum światła laserowego. Objawia sie on tym, że wyjątkowo krótkie impulsy lasera niosą ze sobą niezwykle szeroką gamę barw. Impulsy te są rozszczepiane przez dwa optyczne elementy, dzięki czemu powstaje dwuwymiarowa macierz kolorów. To ona oświetla badaną próbkę i umożliwi np. sprawdzenie płynącej krwi pod kątem występowania w niej nieprawidłowych komórek. Wszystko dzięki temu, że macierz kolorów jest bardzo precyzyjnie ułożona i przekaże bardzo szczegółową informację o rozmieszczeniu w przestrzeni poszczególnych elementów próbki. Światło odbite od próbki tworzy obraz, który wraca przez elementy rozpraszające impuls, gdzie jest "ściskane" w impuls, w którym obraz zapisany jest w rozmieszczeniu barw. Impuls trafia do specjalnego światłowodu, w którym światło o różnej długości fali wędruje z różną prędkością. Na wyjściu tego światłowodu wystarczyło zamontować standardowe fotodiody, które rejestrują czas przybycia poszczególnych fali i na tej podstawie tworzy z nich obraz nadający się do analizy. Cały proces trwa zaledwie 440 bilionowych części sekundy. Podczas eksperymentów użyto lasera, który emitował 6 milionów impulsów na sekundę. Twórcy Steam zapewniają, że możliwe jest wykorzystanie jeszcze szybszego urządzenia, bo wysyłającego ponad 10 milionów impulsów. Dotychczas istniały kamery zdolne do wykonywania zdjęć w bardzo krótkim czasie, jednak nie potrafiły zrobić więcej niż 8 ujęć na sekundę. Steam będzie idealnym narzędziem do badania krwi. Zwykle od pacjenta pobiera się krew i bada ją pod mikroskopem. Ten sposób zawodzi jednak przy wykrywaniu bardzo wczesnych stadiów wielu chorób, gdy nieprawidłowych komórek w krwi jest bardzo mało. Przykładem niech będą komórki nowotworowe, których na początku choroby jest dosłownie kilka wśród miliarda zdrowych komórek. Szansa, że pod mikroskopem uda się te komórki znaleźć, jest znikoma. Steam będzie w stanie je wyłowić śledząc przepływającą krew. Twórcy urządzenia pracują teraz nad stworzeniem takiej jego wersji, która będzie wykonywała zdjęcia 3D.

Powoli świat ukryty we wnętrzu struktur komórkowych, np. jądra, staje dla techniki i naszych oczu otworem. Dzięki złotym nanoklastrom, których średnica nie przekracza 1 nanometra, będzie można obserwować proces prawidłowej replikacji DNA i wszelkie zmiany w genomie (Journal of the American Chemical Society). Do tej pory w ramach bioobrazowania naukowcy posługiwali się półprzewodnikowymi kropkami kwantowymi, których rozmiary wynoszą zazwyczaj co najmniej 3 nanometry. Wysoce fluorescencyjne złote klastry mają nad nimi jeszcze jedną przewagę – nie zawierają toksycznych metali, takich jak kadm lub ołów. Ich twórcami są chemicy z singapurskiego Instytutu Bioinżynierii i Nanotechnologii. Dzięki ulepszonym klastrom da się stwierdzić, co w jądrze komórkowym piszczy. To doskonały sposób znakowania oraz oceniania skuteczności leków czy terapii genowych. Złote nanoklastry mają obiecujące parametry, jeśli chodzi o zastosowania in vivo. Nasze materiały są mniejsze, mniej toksyczne i bardziej biokompatybilne od stosowanych dotąd nieorganicznych fluorescencyjnych kropek kwantowych. Czerwona fluorescencja nanoklastrów poprawia jakość obrazowania biomedycznego. Dzieje się tak głównie dzięki zredukowaniu fluorescencji tła i lepszej penetracji tkanek – opowiada dr Yuangang Zheng. Wbrew pozorom, synteza nanoklastrów nie jest trudna, wystarczyło "tylko" wpaść na właściwy pomysł. Powstają one podczas jednoetapowej reakcji w temperaturze ludzkiego ciała (37°C). Do stabilizowania i tworzenia rusztowania dla jonów złota w roztworze wodnym wykorzystano surowiczą albuminę wołową (ang. bovine serum albumin, BSA). Reagenty są tanie, a cały proces można uprzemysłowić. Nanoklastry są stabilne zarówno w roztworze wodnym, jak i w postaci ciała stałego, co ułatwia ich przechowywanie i rozprowadzanie. Singapurczycy twierdzą, że zainspirowała ich sama natura, a konkretnie biomineralizacja muszli i kości.

Naukowcy z IBM-a i Center for Probing the Nanoscale na Uniwersytecie Stanforda wykorzystali zmodyfikowany rezonans magnetyczny (MRI) do wykonania zdjęcia o rozdzielczości 100 milionów razy większej, niż można uzyskać za pomocą standardowego MRI. Osiągnięcie uczonych umożliwi obserwacje trójwymiarowych struktur w nanoskali. Udoskonalenie opracowanej właśnie techniki pozwoli np. na obserwowanie, w jaki sposób poszczególne białka wchodzą ze sobą w interakcje. Ta technologia zrewolucjonizuje nasze spojrzenie na wirusy, bakterie, białka i inne elementy biologiczne - mówi Mark Dean z IBM-a. Uczeni wykorzystali technikę zwaną mikroskopią sił rezonansu magnetycznego (MRFM). Jej zalety to, przede wszystkim, możliwość zajrzenia pod powierzchnię badanych obiektów oraz całkowita nieszkodliwość dla badanego materiału biologicznego. Wykorzystanie MRFM pozwoliło na obserwację struktur wewnątrz wirusa mozaiki tytoniu. Sam wirus ma wielkość 18 nanometrów, a naukowcy mogli oglądać obiekty wielkości 4 nm. MRI to potężne narzędzie, ale jego przydatność w roli mikroskopu zawsze była ograniczona. Mamy nadzieję, że nano MRI umożliwi nam oglądanie wewnętrznych struktur molekuł białek, co jest kluczowe dla zrozumienia funkcji biologicznych - mówi Dan Rugar, szef zespołu badawczego. Naukowcy umieścili wirusa mozaiki tytoniu na miniaturowej krzemowej dźwigience, a w pobliżu umiejscowiono niewielką magnetyczną igłę. Po włączeniu pola magnetycznego, atomy wodoru w wirusie na przemian odpychały i przyciągały igłę, powodując drgania dźwigni, na której wirus został umieszczony. Drgania te odczytywano za pomocą lasera, jednocześnie skanując igłę. Dane z wibracji dźwigni i oddziaływania atomów wodoru na igłę zostały przeanalizowane i posłużyły do utworzenia trójwymiarowego obrazu o niespotykanej dotąd rozdzielczości. Oczywiście istnieją inne techniki tworzenia podobnych obrazów, jednak mają one poważne ograniczenia. Obrazowanie za pomocą promieni X wymaga wcześniejszego skrystalizowania próbki, co nie zawsze jest możliwe, a rezonans jądrowy nie nadaje się do obserwacji dużych molekuł. Z kolei technika krio-elektronowa prowadzi do zniszczenia materiału i dla osiągnięcia dobrej rozdzielczości wymaga wykonania wielu zdjęć.

Rezonans magnetyczny (MRI) to jedna z najdoskonalszych powszechnie używanych technik obrazowania medycznego. Daje wgląd do wnętrza ciała pacjenta, pokazując bardzo wiele szczegółów. Produkowany przez MRI obraz jest prezentowany w odcieniach szarości, a kontrast zależy od zawartości wody w obserwowanych tkankach. Uczeni z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardow i Technologii (NIST) pracują nad miniaturowymi magnesami, które pozwolą na stworzenie pełnokolorowego MRI. Zbudowanie takiego aparatu mogłoby pozwolić na obserwowanie organizmu na poziomie molekularnym. Naukowcy podkreślają, że wspomniane magnesy są dopiero na początkowych stadiach rozwoju i nie zostały jeszcze przetestowane. Podczas badania rezonansem magnetycznym linie pola magnetycznego atomów wodoru w tkankach ustawiają się równolegle do kierunku pola magnetycznego wytwarzanego przez urządzenie. Dodatkowo emituje ono fale radiowe, które tymczasowo zaburzają to ustawienie. Gdy fale przestają być emitowane, atomy wracają na swoją dotychczasową pozycję, emitując przy tym energię. Jest ona rejestrowana i po analizie przedstawiana w formie obrazu. Pomysł naukowców z NIST polega na użyciu miniaturowych cząsteczek działających jak magnesy. Powodują one możliwe do przewidzenia zmiany częstotliwości fal radiowych emitowanych przez tkanki. Zmiany te są bezpośrednio związane z wielkością i kształtem cząstek. W ten sposób, zmieniając kształt miniaturowych cząstek można oddać dowolny kolor. Cząsteczki składają się z dwóch magnetycznych dysków powiązanych niemagnetycznym połączeniem. Zmianie ulegają tylko te fale, które przechodzą pomiędzy dyskami. Amerykanie mówią, że taka technika pozwala na blokowanie określonych sygnałów, ich wzmocnienie bądź osłabienie. Oczywiście obecnie istnieją chemiczne kontrasty, które pozwalają na przyciemnianie lub rozjaśnianie pewnych obserwowanych tkanek. Jednak nie jest możliwe ścisłe kontrolowanie kształtu budujących je cząstek, przez co powodowane przez nie zmiany fal radiowych są przypadkowe. Na razie Amerykanie zrobili swoje miniaturowe magnesy z niklu, który jest toksyczny. Twierdzą jednak, że równie dobrze można wykonać je z bezpiecznego dla człowieka żelaza.

Firma Luminetx jest autorem rewolucyjnego systemu obrazowania żył. Dzięki jej wynalazkowi wszelkie procedury medyczne, wymagające wkłucia się w żyły, będą tańsze, bezpieczniejsze i mniej bolesne dla pacjentów. Specjaliści oceniają, że w samych tylko Stanach Zjednoczonych każdego roku lekarze i pielęgniarki wkłuwają się w żyły pacjentów około miliarda razy. Pielęgniarki informują, że jest to jeden z najbardziej bolesnych zabiegów, które wykonują. Z przeprowadzonych badań wynika, że prawidłowe założenie cewnika dożylnego wymaga od 1 do 14 ukłuć. Wszystko dlatego, że żyły są słabo widoczne. Urządzenie VeinViewer ma zaradzić temu problemowi. Oświetla ono określony obszar ciała nieszkodliwym dla człowieka światłem w bliskiej podczerwieni. Światło jest odbijane przez tkankę otaczającą żyły, a same żyły go nie odbijają. Umieszczona w urządzeniu kamera przekazuje obraz do jednostki przetwarzającej obraz, która wykorzystuje technologię Digital Light Processing firmy Texas Instruments i wyświetla w czasie rzeczywistym widzialny dla człowieka obraz na interesującym lekarza czy pielęgniarkę fragmencie ciała pacjenta. VeinViewer jest obecnie testowany w kilku amerykańskich szpitalach.

Badacze z Carnegie Mellon University (CMU) używają fluorescencyjnych nanocząsteczek do obrazowania guzów mózgu podczas biopsji i interwencji chirurgicznych. Nowa technologia jest na razie testowana na gryzoniach. Może być ona szczególnie pomocna przy precyzyjnym oznaczaniu glejaków, wyjątkowo agresywnych i często spotykanych guzów mózgu. Rokowania pacjentów z glejakami są bardzo złe. Średnio żyją oni mniej niż rok po postawieniu diagnozy. Częściowo dlatego, że glejaka jest trudno usunąć. Neurochirurdzy usuwając glejaki korzystają z obrazów uzyskanych przed operacją dzięki rezonansowi magnetycznemu (MRI). Mózg jednak ma konsystencję podobną do galarety i wycięcie jednego fragmentu powoduje, że reszta się przesuwa. Na obrazach MRI nie można więc polegać. Okazuje się, że w ponad połowie przypadków w mózgu pacjenta pozostają części guza. Pewnym rozwiązaniem jest wykonywanie MRI na bieżąco podczas operacji. Jednak sale operacyjne wyposażone w rezonans magnetyczny są bardzo drogie, a lekarze muszą używać specjalnych narzędzi, na które nie oddziałuje magnes urządzenia. Chemik Marcel Bruchez z CMU oraz Steven Toms, ordynator oddziału neurochirurgii w Geisinger Clinic wykorzystali nowatorski sposób precyzyjnego oznaczania glejaków. Stworzyli nanocząsteczki które, po pobudzeniu światłem widzialnym, emitują światło podczerwone. Promienie są wychwytywane przez małą kamerę i chirurg może obserwować je na ekranie. Rdzeń nanocząsteczek zbudowany jest z kadmu i tellurku, które są otoczone siarczkiem cynku, a całość zamknięta jest w polimerowej kapsule. Po wstrzyknięciu do krwioobiegu gryzonia nanocząsteczkami zajęły się makrofagi - komórki odpornościowe – które przetransportowały je do guza. Co ważne, nanocząsteczki nie trafiły do żadnego innego obszaru mózgu, skupiając się tylko w chorej tkance. W ten sposób została ona precyzyjnie oznaczona i podczas operacji lekarze będą na bieżąco widzieli jak przesunęła się chora tkanka po kolejnych nacięciach. Uczeni pracują teraz nad odpowiednimi urządzeniami, w które można wyposażyć sale operacyjne. Musi się wśród nich znaleźć kamera na podczerwień oraz odpowiednie filtry, które wyeliminują promieniowanie podczerwone z innych źródeł niż umieszczone w mózgu nanocząsteczki. Próbują też skonstruować wyposażoną w system optyczny igłę do biopsji. Za jej pomocą można by na bieżąco sprawdzać, czy jest jeszcze jakaś chora tkanka do wycięcia. Wenbin Lin, chemik z University of North Carolina zwraca uwagę, że stosowany w nanocząsteczkach kadm jest wysoce toksyczny. Bruchez odpowiada: martwi nas ten kadm, ale nanocząsteczki są tak zbudowane, że kadm nie może się z nich wydostać. Zastosowane polimery nie rozkładają się bowiem podczas normalnych procesów biologicznych. Mimo to naukowiec pracuje nad technologią, która pozwoli na zmniejszenie liczby koniecznych do zastosowania nanocząsteczek oraz nad zamknięciem ich w jeszcze bezpieczniejszym „pojemniku”.