Квантовые точки ярко светятся, чтобы помочь ученым увидеть воспалительные клетки в жире

Прочитано: 108 раз(а)


Чтобы точно диагностировать и лечить болезни, врачам и исследователям необходимо заглянуть внутрь тела. Медицинские инструменты визуализации прошли долгий путь со времен скромного рентгена, но большинство существующих инструментов остаются слишком грубыми для количественного определения количества или конкретных типов клеток в глубоких тканях тела.

Квантовые точки могут сделать это, согласно новому исследованию на мышах из Университета Иллинойса.

«Квантовые точки могут измерять очень, очень динамичные и сложные вещи в организме, которые мы не можем видеть в настоящее время. Они дают нам возможность подсчитывать клетки, определять их точное местоположение и наблюдать за изменениями с течением времени. Я думаю, что это действительно огромный прогресс», — говорит Эндрю Смит, профессор кафедры биоинженерии в Университете штата Иллинойс и соавтор исследования ACS Nano.

Квантовые точки — это выращенные в лаборатории наночастицы размером всего в несколько сотен атомов, обладающие особыми оптическими свойствами, обнаруживаемыми с помощью стандартной микроскопии, томографии (например, сканеры ПЭТ/КТ) и флуоресцентной визуализации. В зависимости от их размера и состава биоинженеры, такие как Смит, могут заставить их светиться определенными цветами и излучать свет в инфракрасном спектре.

«Излучение света в инфракрасном диапазоне происходит редко. Ткани излучают очень мало света в инфракрасном диапазоне, поэтому, если вы поместите их в тело, они будут казаться очень яркими. Мы можем видеть глубоко в теле и можем более точно измерять вещи, чем мы могли бы. используя технологии в видимом диапазоне», — говорит Смит.

В исследовании ACS Nano Смит и его коллеги выпустили квантовые точки на макрофаги.

Когда нашему организму нужно поглотить патогены или очистить клеточный мусор, макрофаги берутся за дело. Одна из их задач — инициировать воспаление, делая окружающую среду неблагоприятной для вредных микробов. Но иногда они слишком хорошо справляются с этой задачей. В зависимости от ткани, в которой они находятся, хроническое воспаление из-за активности макрофагов может привести к диабету, сердечно-сосудистым заболеваниям, раку и многому другому.

Команда U of I особенно интересовалась макрофагами в жире или жировой ткани.

« Известно, что при увеличении веса и ожирении число макрофагов в жировой ткани увеличивается и имеет тенденцию к сдвигу в сторону воспалительного фенотипа, что способствует развитию инсулинорезистентности и метаболического синдрома. Количество и расположение макрофагов в жировой ткани плохо описаны, особенно in vivo», — говорит Келли Суонсон, профессор в области питания человека компании Kraft Heinz на кафедре зоотехники Университета I и соавтор исследования.

«Квантовые точки, разработанные нашей группой, позволяют лучше определять количество и характеризовать клетки, присутствующие в жировой ткани, и их пространственное распределение», — добавляет он.

Команда создала квантовые точки, покрытые декстраном, молекулой сахара, которая также нацелена на макрофаги в жировой ткани. В качестве доказательства концепции они вводили эти квантовые точки мышам с ожирением и сравнивали результаты визуализации только с декстраном, текущим стандартом для визуализации макрофагов.

Квантовые точки превзошли только декстран на всех платформах визуализации, включая простые оптические методы.

«Квантовые точки испускают огромное количество света, что дает нам возможность в большей степени измерять определенные типы клеток и определять, где они находятся», — говорит Смит. «Такая степень светоотдачи позволяет использовать оптические методы, которые гораздо более доступны, чем другие технологии визуализации. По сравнению с МРТ и ПЭТ-сканерами, это дешевые инструменты, которые можно разместить в небольшой клинике. Каждый может иметь такой».

Хотя квантовые точки еще не использовались у людей, Суонсон видит будущее, в котором простая оптическая технология, такая как ультразвук, может быть использована для неинвазивной диагностики и отслеживания воспалительных макрофагов у пациентов с избыточным весом.

«Может быть такое устройство, как ультразвук, где вы сканируете кого-то, и даже если вес пациента не изменился, врач может сказать, меняются ли типы клеток. Больше воспалительных клеток может предсказать резистентность к инсулину и другие проблемы», — говорит он. . «Вот почему я заинтересован в нем из-за его диагностических свойств».

Квантовые точки не используются у людей, потому что они обычно изготавливаются из тяжелых металлов , таких как кадмий и ртуть, и ученые до сих пор не выяснили, как они метаболизируются и выводятся из организма. Смит и его команда работают над созданием квантовых точек из более безопасных элементов, но до тех пор они остаются бесценным исследовательским инструментом. Например, их длительное время циркуляции — в девять раз больше, чем у декстрана в текущем исследовании — может дать диагностам возможность выйти за рамки моментального снимка во времени.

«Существует огромный уровень изменчивости макрофагов даже в течение дня. Жировая ткань может иметь очень большое количество в середине дня, а затем оно резко падает», — говорит Смит. «В исследованиях на животных мы можем приносить в жертву животных в начале и в конце дня, чтобы изучить тенденцию, но с квантовыми точками нам, возможно, не придется этого делать. Вы можете отслеживать одно животное с течением времени, чтобы увидеть его развитие.

«Квантовые точки представляют огромную ценность для исследований на животных. Поэтому, даже если квантовые точки не доберутся до людей, если мы никогда не найдем способ сделать их нетоксичными, ценность все равно будет действительно велика».

Квантовые точки ярко светятся, чтобы помочь ученым увидеть воспалительные клетки в жире



Новости партнеров