Compartir:

Instabil plakkfelismerés

optikai

Neurológiai sérülések és betegségek képalkotása

Az Egyesült Államokban csaknem félmillió ember él gerincvelő sérüléssel, és további 400 000 embert érint a sclerosis multiplex (SM). Ezeket az állapotokat a mielinhüvelyek elvesztése jellemzi, amely az idegrendszer fontos eleme, az úgynevezett fehér anyag. A villamos vezeték burkolatához hasonlóan a mielinhüvelyek is szigetelőként működnek, megkönnyítve az idegi impulzusok vezetését. A mielinhüvelyek elvesztése, az úgynevezett demielinizáció késlelteti vagy blokkolja a neurológiai jeleket, ami gyakran halálos kimenetelű mozgás-, hallás-, beszéd- vagy látáskárosodást eredményez. A demielinizációs folyamatot rosszul értik, részben abból adódóan, hogy ép fehérállományban képtelenek voltak a szubcelluláris részletek képalkotása.

Ji-Xin Cheng, a Purdue Egyetem orvosbiológiai és vegyészmérnöki adjunktusa nemrégiben felfedezte a kalcium és a glutamát néhány kulcsfontosságú szerepét a demielinizáció aktiválásában. Ezek a felfedezések segítenek a kutatóknak megérteni a neurológiai károsodásokat, és elősegíthetik az olyan betegségek jobb kezelését, mint az SM. Ezeknek az aktivátoroknak a felfedezését egy innovatív képalkotási technikával, a CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) mikroszkóppal nevezték el. A CARS mikroszkóp kimutatja a kémiai kötés rezgéseit, és különösen érzékeny a zsíros anyagok, például a mielin képalkotásában. Ez a technika valós idejű képeket ad a gerincvelő sérülése utáni mielinhüvely változásairól, és lehetővé teszi a dinamikus demielinizációs paraméterek, például a mielinhüvely vastagságának mérését.

Cheng csapata az MMM technikát alkalmazta az élő gerincvelő és ülőideg háromdimenziós felbontásban történő megjelenítésében. Az elkövetkező években az MMM technikát alkalmazzák a myelin lebomlásának okainak tanulmányozására SM és gerincvelő sérülések esetén. Cheng más kutatókkal együttműködve feltárja az NLO technikákban rejlő lehetőségeket az orvostudomány számos fontos területén, beleértve a rákot, a szívbetegségeket és az elhízást.

A gerincvelő fehérállományának háromdimenziós képe az MMM technika alkalmazásával. A piros, a zöld és a bíbor szín a myelinhüvelyekből származó CARS jelet, az asztrocita folyamatokból származó SFG jelet és az etídium-bromiddal azonosított magokból származó TPEF jelet jelöli. Yan Fu és Ji-Xin Cheng képe.

A daganatok architektúrájának vizsgálata

Az MMM technika lehetőséget nyújt arra, hogy biopszia nélkül megvizsgálják a szervezet daganatait. Másrészt megkönnyíti a tumor és a szomszédos kötőszövet térbeli szerveződésének vizsgálatát, amely a biopsziák vékony szakaszain nem látható. Cheng és Ignacio Camarillo, a Purdue Egyetem biológiai tudományok adjunktusa az MMM technikát alkalmazva egyidejű, nagy felbontású háromdimenziós képeket nyert az emlőzsírsejtekről, a vérkapillárisokról, a kollagénrostokról és a tumorsejtekről. A hagyományos rákdiagnosztikákban az orvosok gyakran tartalmaznak címkéket vagy markereket, hogy megkülönböztessék a rákos szöveteket az egészséges szövetektől. Például radioaktív molekulákat használnak PET-vizsgálatokban (pozitron emissziós tomográfia), fluoreszkáló festékeket optikai képekben és mágneses részecskéket mágneses rezonancia képalkotásban (MRI). Cheng azonban azt mondja: „Nagyon nehéz egy adott sejtet vagy daganatot megjelölni a betegben. A multimodális multifoton mikroszkóppal markerek használata nélkül fel lehet fedezni a különböző típusú daganatokat a testben. ”.

Camarillo figyelmeztet: „Az elhízás növeli a különböző típusú rákok kockázatát, beleértve az emlőt, a méhet, a prosztatát és a vastagbelet. Az elhízott betegeknél magasabb a morbiditás és a rezisztencia a [rák] gyógyszerekkel szemben. Sokan nem tudnak erről a kapcsolatról ”. Camarillo és Cheng az MMM technikát alkalmazva kövér és sovány patkányok szöveteit hasonlította össze, és olyan strukturális különbségeket azonosított, amelyek kulcsfontosságú tényezők lehetnek az elhízás és a rák kapcsolatában. A Camarillo kutatócsoport az MMM technika alkalmazásával tervezi nyomon követni a szövetek időbeli változását a terápiára reagálva, és leírja az elhízással járó különböző daganatokat. Camarillo arra a következtetésre jut: „A szövetek háromdimenziós architektúrájának képeinek megszerzése fontos új betekintést nyújthat a tumorképződésbe és a tumor evolúciójához vezető változásokba. Ezt a standard szövettan nem biztosítja. ".

Útmutatások a jövőhöz

Cheng reméli, hogy ez a fejlett képalkotó technológia sok felhasználási lehetőséget talál az elkövetkező évtizedekben. A kozmetikai és a gyógyszeripar szívesen használja ezeket az új képalkotó technikákat. Egyes gyógyszerek biológiailag lebomló anyagokban vannak, úgymint polimerek, amelyek szabályozzák a gyógyszerek kisülési idejét és eloszlását a szövetekben. Annak ellenére, hogy a gyógyszermolekulák önmagukban nem láthatók fluoreszcens mikroszkóp alatt, polimerjeik rétegei a CARS technológiával tökéletesen láthatók. Cheng szerint "a CARS mikroszkópia csodálatos rendszer lesz a gyógyszerek polimer mátrixból történő kibocsátásának és a gyógyszerek szövetekben való eloszlásának tanulmányozására.".

Cheng azt mondja: "Egy másik kulcsirány az endoszkópia fejlesztése lesz az in vivo tumor diagnosztizálásához, valamint az érelmeszesedéses elváltozásokhoz." Első lépésként Cheng csapata a közelmúltban tesztelt egy miniatűr lencsét, amelyet a bőrön keresztül be lehet illeszteni egy állatba, hogy valós időben mély szövetképeket kapjon.

A jövőbeni felhasználás másik területe az individualizált orvoslás. Bizonyos betegségek esetén egyes betegek nem reagálnak a szokásos gyógyszerekre. Például a leggyakrabban használt koleszterinszint-csökkentő gyógyszerek - a sztatinok, mint a Lipitor és a Crestor - nem segítenek megelőzni a szívrohamot az emberek akár 70 százalékánál is. Az MMM technika segít a kutatóknak megérteni a beteg szövetek felépítését azáltal, hogy szoros és részletes megfigyelést nyújt a betegség régiójáról. Ez a tudás viszont az új és hatékonyabb gyógyszerek kifejlesztésének alapja lesz. Az MMM technika alkalmazása a klinikákon jobb diagnózisok és kezelések ígéretét kínálja az egyén igényeihez igazítva.

Ezt a munkát részben az Országos Biomérnöki és Orvostechnikai Képalkotó Intézet (NIBIB), az Országos Szív-, Tüdő- és Vérintézet (NHLBI), valamint az Országos Kutatási Erőforrások Központja (NCRR) támogatja.