Ученые MIT увеличили глубину неинвазивной визуализации живой ткани
Новую технику, позволяющую более чем вдвое увеличивать существующий предел глубины четкой метаболической визуализации живых тканей организма, разработали исследователи Массачусетского технологического института (MIT), 11 декабря сообщила пресс-служба института.
Метаболической визуализацией называют неинвазивный метод исследования клеток живого организма с помощью света лазера, который помогает врачам и ученым оценивать течение заболевания и эффективность терапии.
Однако ранее возможности этого метода сильно ограничивались рассеиванием света биологической тканью, которое снижает глубину его проникновения и ухудшает разрешение получаемых изображений.
Новая технология в значительной степени снижает эти ограничения и к тому же сокращает время исследования, поскольку не требует предварительной обработки ткани — ее разрезания или окрашивания специальными красителями. Созданный в MIT специализированный лазер позволяет излучению глубоко проникать в ткань, заставляя определенные молекулы внутри клеток и тканей излучать свет.
Таких возможностей исследователи достигли, используя недавно разработанный ими формирователь оптоволокна лазера, позволяющий за счет изгиба волокна настраивать цвет и импульсы излучаемого света для уменьшения рассеивания и увеличения сигнала при проникновении импульсов глубже в ткань. Это позволяет получать более четкие изображения глубоко расположенных тканей, например, для исследования раковых опухолей или контроля результатов тканевой инженерии и др.
Причем этот новый метод работает без предварительной окраски тканей, что обычно требует от исследователя получения ее образца, что может убить клетки и делает невозможным изучение в них динамических процессов.
Для получения света лазера с определенными длинами волн и импульсами, позволяющими визуализировать глубоко расположенные ткани, использовали многомодовое волокно, способное передавать значительное количество энергии, и соединили его с формирователем волокна. Это устройство позволяет им, меняя изгиб волокна, изменять цвет и интенсивность излучения лазера.
Создав такой управляемый механизм излучения, исследователи разработали платформу визуализации, позволяющую использовать мощный лазерный источник для генерации более длинных волн света, которые имеют решающее значение для более глубокого проникновения в биологические ткани.
Тестирование нового метода визуализации показало, что свет модифицированного лазера смог проникнуть в биологический образец более чем на 700 микрометров, в то время как лучшие из прежних методов позволяли проникать свету лишь на глубину около 200 микрометров.
Техника глубокой визуализации позволила исследователям увидеть клетки в живой системе на нескольких уровнях, что поможет биологам изучать метаболические изменения, происходящие в тканях на разных глубинах. Кроме того, более высокая скорость визуализации дает возможность получать более подробную информацию о том, как метаболизм клетки влияет на скорость и направление ее движений.
Новый метод визуализации может дать толчок изучению органоидов — миниатюрных многоклеточных биологических моделей органа живого организма, полученных с помощью клеточных технологий из стволовых клеток этого организма и имитирующих структуру и функции органов. Этот метод позволяет исследователям неинвазивно отслеживать метаболические состояния внутри живого органоида, пока тот растет.
Исследователи намерены усовершенствовать свою разработку для получения более высокого разрешения получаемых изображений. Также они работают над созданием малошумящих лазерных источников, которые могли бы обеспечить более глубокую визуализацию. Еще одним направлением является разработка алгоритмов, которые позволят на основе получаемых изображений реконструировать полные трехмерные структуры биологических образцов в высоком разрешении.
В долгосрочной перспективе они надеются применить эту технологию для отслеживания реакции организма на лекарственные препараты в режиме реального времени и способствовать разработке новых лекарственных средств.
Свои результаты исследователи MIT представили в статье «Глубокая и динамичная визуализация метаболизма и структуры живых тканей» (Deep and dynamic metabolic and structural imaging in living tissues), опубликованной в журнале Science Advances.
