Šviečiantys nanovamzdeliai panaudoti pelės vidaus organams stebėti

Laboratorinės pelės vidaus organų stebėjimams naudojant fluorescencinius dažus, gaunamas kelių milimetrų po oda esančių organų vaizdas, kuris yra tiek neaiškus, kad mokslininkai turėtų didesnį pasisekimą spėdami ateitį iš graužiko vidurių nei sugebėtų gauti naudingos informacijos iš turimo vaizdo.

Dabar Stanfordo mokslininkai sukūrė patobulintą vaizdavimo metodą, naudodami fluorescencinius anglies nanovamzdelius, kurie leidžia stebėti kelių centimetrų gylyje su didesniu aiškumu lyginant su įprastiniais dažais. Tokiam sutvėrimui kaip pelė, keletas centimetrų reiškia labai daug.

„Mes jau naudojome panašius anglies nanovamzdelius vaistams pernešti į vėžines laboratorinės pelės ląsteles. Labai svarbu žinoti, į kurią vietą pateko vaistai, – pasakė chemijos profesorius Hongdži Dėjus (Hongjie Dai). – Naudojant fluorescencinius nanovamzdelius, mes galime vykdyti vaistų pristatymą į pageidaujamą vietą bei stebėti vaistų judėjimą organizme. Tokiu būdu galima tiksliai įvertinti vaistų pernešimo tikslumą, ar vaistai pasiekė numatytą vietą.“

Mokslininkai įšvirkščia vienasluoksnius anglies nanovamzdelius į pelę ir stebi, kaip vamzdeliai patenka į vidaus organus kartu su krauju. Nanovamzdeliai pelės organizme ryškiai šviečia juos apšvietus lazerio šviesa, o kamera, nustatyta registruoti nanovamzdelių spinduliuojamai infraraudonųjų bangų šviesai, užrašo gaunamą vaizdą. Pritvirtinę prie nanovamzdelių vaistus, mokslininkai gali stebėti, kaip vaistai juda pelės kūne.

Anglies nanovamzdelių pranašumas, lyginant su fluorescenciniais dažais, yra tai, kad jie šviečia skirtingose infraraudonųjų spindulių spektro dalyse. Biologiniai pelės ar žmogaus audiniai paprastai skleidžia trumpesnes nei devyni šimtai nanometrų ilgio bangas, tai yra panašioje spektro dalyje kaip ir naudojami biologiškai suderinami organiniai biologiniai dažai. Todėl registruojamame vaizde matomas nepageidaujamas spinduliavimo fonas, kuris sudrumsčia vaizdą, kai naudojami dažai. Dėjaus grupės naudojami nanovamzdelių spinduliuojamos bangos ilgiai yra tarp tūkstančio ir tūkstančio keturių šimtų nanometrų. Šioje spektro dalyje praktiškai nėra papildomo spinduliavimo iš kitų audinių, todėl fono triukšmas yra minimalus.

Nanovamzdelių panaudojimas yra naudingas dar ir todėl, kad ilgesnės infraraudonojo spinduliavimo bangos mažeiau išsklaidomos audiniuose. Skirtingai nei dažai, kurie spinduliuoja trumpesnes nei devyni šimtai nanometrų bangas, tai nesumažina vaizdo kontrasto šviesai judant kūno viduje.

„Anglies nanovamzdeliai spinduliuoja natūraliai, bet jų spinduliavimas yra visai kitoje spektro dalyje, – pasakė Dėjus. – Nėra labai daug dalykų (gyvų ar negyvų) spinduliuojančių šioje spektro dalyje. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl šis spinduliavimas nebuvo naudotas stebint biologinius organizmus.“

Parinkdami vienasluoksnius anglies nanovamzdelius, turinčius skirtingus diametrus ar pasižyminčius kitomis savybėmis, Dėjus su kolegomis gali reguliuoti bangos ilgį, kuriuo šviečia nanovamzdeliai. Nanovamzdeliai pradeda šviesti iš karto, patekę į pelės kraują. Dėjus su studentais Sara Šerlok (Sarah Sherlock) ir Kevinu Velšeriu (Kevin Welsher), kurie taip pat yra publikuoto straipsnio bendraautoriai, stebėjo nanovamzdelių švytėjimą, jiems judant plaučiuose ir inkstuose, nepraėjus nė sekundei po to, kai nanovamzdeliai buvo įšvirkšti į pelę. Blužnis ir kepenys pradėjo spinduliuoti po kelių sekundžių. Grupė taip pat atliko tam tikrus gauto vaizdo, kuriame stebėtas nanovamzdelių judėjimas, patobulinimus, siekdami pagerinti vaizdo kokybę.

„Pradiniame vaizde blužnis, kasa ir inkstai gali būti matomi kaip vienas apibendrintas signalas, – pasakė Šerlok. – Pritaikytas vaizdo apdorojimo metodas naudoja nežymius signalo skirtumus atskirti gaunamus duomenis iš keleto atskirų organų.“ „Mes iš tikrųjų galime matyti organus, esančius giliai organizme ir užstojamus kitų organų“, – paaiškino Dėjus.

Yra ir kitų metodų, kurie leidžia gauti giliai esančių audinių vaizdus, pavyzdžiui, magnetinis branduolių rezonansas ar kompiuterinė tomografija. Tačiau fluorescencinis spinduliavimas yra plačiai naudojamas tyrimuose ir jam užtenka paprastesnės įrangos. Dėjus pasakė, kad fluorescenciniai nanovamzdeliai negali pasiekti organizme esančių gilių sluoksnių, prieinamų magnetiniam branduolių rezonansui bei kompiuterinei tomografijai, tačiau nanovamzdelių panaudojimas praplečia fluorescencinių metodų pritaikymo ribas. Anglies nanovamzdeliais galima tirti sritis, esančias arti paviršiaus. Tokie tyrimai iki šiol nebuvo įmanomi.

Kadangi nanovamzdelių švytėjimas buvo atrastas maždaug prieš dešimtmetį, mokslininkai bandė įvairiais būdais padidinti jų švytėjimo intensyvumą. Dėjus prisipažįsta, kad buvo truputį nustebęs, kai atrado, kaip gerai nanovamzdelių švytėjimas gali būti pritaikytas tiriant gyvus organizmus. „Aš iš tikrųjų negalėjau įsivaizduoti, kad nanovamzdeliai gali būti panaudoti gaunant gyvūnų gilių sluoksnių vaizdus, – pasakė jis. – Kai jūs stebite tokiu būdu gaunamus vaizdus, apima jausmas, kad tiriamas kūnas yra permatomas.“