Новый метод визуализации, который позволяет проследить углеродные нанотрубки в живых клетках и кровотоке, может быть использован для улучшения биомедицинских исследований, а также в клинической медицине.
Углеродные наноструктуры имеют потенциальное применение в доставке лекарств как средств лечения болезней, а также для визуализации при исследовании рака. В процессе производства создают два типа нанотрубок: металлические и полупроводниковые. До сих пор был метод, который бы позволял наблюдать оба типа в живых клетках и кровотоке, отсутствовал.
Метод визуализации, который называется переходное поглощение, основывается на пульсирующем лазерном ближнем инфракрасном излучении для накопления энергии в нанотрубках, которые затем зондуются другим лазером ближнего инфракрасного излучения. Этот метод также называется «свободный от метки», так как не требует, чтобы нанотрубки были меченые красителями, что делает их использование практичным в исследованиях и медицине.
Метод, описанный в новом исследовании, позволяет преодолеть ключевые препятствия в использовании визуального метода, позволяя увидеть и наблюдать за поведением нанотрубок в живых клетках и лабораторных мышах, говорит Джи-Хин Ченг — профессор биомедицинской инженерии и химии в Университете Пердью.
«Так как мы можем делать это на большой скорости, мы можем наблюдать, что происходит, когда нанотрубки циркулируют в кровотоке. Это фундаментальный инструмент для исследования, который представляет информацию научному обществу для определения, как усовершенствовать использование нанотрубок в биомедицине и клинике », говорит он.
При обычных методах визуализации используется люминесценция, которая является в известной мере ограниченным методом, так как позволяет наблюдать нанотрубки только из полупроводникового материала, но не из металла. Нанотрубки имеют диаметр около 1 нм или длиной около 10 расположенных в один ряд атомов водорода, что делает их очень мелкими для визуализации методами обычной световой микроскопии. Одной из проблем в использовании метода переходного поглощения в живых клетках было ликвидировать интерференцию, вызванную световым фоном от кровяных клеток, которые ярче нанотрубки.
Как сообщалось в журнале Nature Nanotechnology, исследователи решили эту проблему, выделив сигналы красных кровяных клеток и нанотрубок на два отдельных «каналы». Свет из красных кровяных клеток слегка опаздывает со светом, излучаемых нанотрубками. Два вида сигналов становятся «фазово-обособленными», разделяясь на различные каналы из-за этого опоздания. Исследователи использовали метод для визуализации нанотрубок, которые циркулируют в кровяных сосудах мышиной мочки ушей. Это важно при доставке лекарств, когда вам нужно знать, как долго нанотрубки остаются в клетках крови после их введения, говорит Ченг. Структуры, которые называются углеродные нанотрубки, формируются скручиванием слоя графита толщиной в один атом и называется графен. Нанотрубки по природе гидрофобные, поэтому некоторые, использованные в исследовании, были покрыты ДНК, чтобы стать водорастворимыми, что также необходимо для их передачи в кровоток и внутрь клеток.
Исследователи также взяли изображение нанотрубок в печени, а также других органах для изучения их распределения в мышиных тканях, и также используют этот метод визуализации для изучения других наноматериалов, таких как графен.