Інженери Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нову фотонну технологію, за допомогою якої флуоресцентні датчики зможуть вивчати молекули всередині тіла людини більш глибоко, ніж раніше мали можливість медики. Про це пише видання Medical News.
Флуоресцентна мітка (fluorescent label) – флуорофор, що приєднується до певної ділянки досліджуваної молекули з метою її вивчення. Флуоресценція (флюоресценція) знайшла широке застосування у різноманітних прикладних біологічних та біомедичних дослідженнях. Це фізичне явище, суть якого полягає в короткочасному поглинанні кванта світла флуорофором (речовиною, що здатна флуоресціювати) із наступною швидкою емісією іншого кванту, що має властивості, відмінні від вихідного. Тобто відбувається короткотривале випромінювання світла збудженою речовиною після того як на неї було направлене лазерне світло.
Багато напрямків у біофізиці, молекулярній та клітинній біології виникли та розвиваються саме завдяки впровадженню нових методів, що базуються на флуоресценції. Наприклад, для біофізиків флуоресценція стала швидким та чутливим методом дослідження структури, динаміки та функцій біологічних макромолекул – нуклеїнових кислот та білків.
Однак, наразі їх можна використовувати лише для дослідження клітин, вирощених у лабораторних умовах або у тканинах, розташованих близько до шкіри людини/тварини. Зазвичай, сигнал флуоресцентних датчиків втрачається, коли їх імплантують занадто глибоко в тіло людини. Це не працює у товстих, щільних тканинах або глибоко в тканинах тіла, оскільки сама тканина також випромінює флуоресцентне світло. Таке світло називається автофлуоресценцією, воно заглушає сигнал, що надходить від датчика.
Інженери Массачусетського технологічного інституту (MIT) знайшли спосіб подолати це обмеження, використовуючи нову фотонну технологію. Вони змогли значно посилити флуоресцентний сигнал. Завдяки новому підходу дослідники показали, що вони можуть імплантувати датчики на глибину до 5,5 сантиметрів у тканину тіла і при цьому мати сильний сигнал.
Щоб подолати це обмеження, команда MIT придумала спосіб модулювати частоту флуоресцентного світла, що випромінюється датчиком, щоб його можна було легше відрізнити від аутофлуоресценції тканин.
Свою технологію команда назвала частотною фільтрацією, викликаною довжиною хвилі (WIFF). Інженери використовують три лазери для створення лазерного променю з осцилюючою довжиною хвилі. Коли цей коливальний промінь потрапляє на мітку, флуоресценція, що випромінюється сенсором, подвоює свою частоту. Це дозволяє легко виділити флуоресцентний сигнал із фонової автофлуоресценції.
Технологія може дозволити використовувати флуоресцентні датчики для відстеження конкретних молекул всередині мозку або інших тканин глибоко всередині тіла, для медичної діагностики або моніторингу дії ліків.
Одним із можливих її застосувань є моніторинг ефективності хіміотерапевтичних препаратів. Дослідники зосередилися на гліобластомі, агресивному типі раку мозку. Пацієнти з цим типом раку зазвичай потребують операцію, щоб видалити якомога більшу частину пухлини, а потім приймають хіміотерапевтичний препарат темозоломід (TMZ), щоб знищити всі ракові клітини, що залишилися. Цей препарат має серйозні побічні ефекти, і він підходить не для всіх пацієнтів, тому корисним буде спосіб при якому легко контролювати працюють ліки чи ні.
Щоб полегшити використання флуоресцентних датчиків у пацієнтів, дослідники працюють над сенсорами, які біологічно розсмоктуються, тому їх не потрібно буде видаляти хірургічним шляхом.
Дослідження профінансовано низкою інститутів та фондів з різних куточків світу.
