อนุภาคนาโนที่เปล่งแสงจะเป็นวิธีที่ปลอดภัยในการสร้างเซลล์ที่มีชีวิตอยู่

Anonim

ทีมวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนที่เปล่งแสงได้รับการพัฒนาที่ห้องทดลองแห่งชาติ Lawrence Berkeley แห่งสหรัฐอเมริกา (Berkeley Lab) สามารถนำมาใช้ในการมองเห็นเนื้อเยื่อที่อยู่ลึกได้

อนุภาคนาโนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสามารถตื่นเต้นด้วยแสงเลเซอร์แบบ ultralow ที่ความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดซึ่งถือว่าปลอดภัยสำหรับร่างกายมนุษย์ พวกเขาดูดซับแสงนี้และปล่อยแสงที่สามารถมองเห็นได้ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยอุปกรณ์ถ่ายภาพมาตรฐาน

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพทางชีวภาพของอนุภาคนาโนเหล่านี้มีรายละเอียดในการศึกษาที่เผยแพร่ออนไลน์ในวันที่ 6 สิงหาคมในหัวข้อ Nature Communications

นักวิจัยหวังว่าจะพัฒนาสิ่งเหล่านี้ที่เรียกว่าอนุภาคนาโนที่มีอนุภาคสูงขึ้นหรือที่เรียกกันว่า aUCNP เพื่อให้สามารถยึดติดกับชิ้นส่วนเฉพาะของเซลล์เพื่อทำหน้าที่ในระบบการถ่ายภาพขั้นสูงเพื่อช่วยในการสร้างเซลล์มะเร็งได้ ระบบดังกล่าวอาจนำการทำศัลยกรรมและการฉายรังสีที่มีความแม่นยำสูงและช่วยในการลบร่องรอยของมะเร็ง

"ด้วยเลเซอร์ที่อ่อนแอกว่าตัวชี้เลเซอร์สีเขียวมาตรฐานเราสามารถมองลึกลงไปในเนื้อเยื่อ" Bruce Cohen ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมวิทยาศาสตร์ที่ Berkeley Lab ของ Molecular Foundry ซึ่งกำลังทำงานร่วมกับนักวิจัยของ UC San Francisco เพื่อปรับอนุภาคนาโนสำหรับ การใช้ทางการแพทย์ Foundry Molecular เป็นสำนักงานวิทยาศาสตร์ของผู้ใช้ DOE ที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีสามารถเข้าถึงนักวิทยาศาสตร์จากทั่วประเทศและทั่วโลก

โคเฮนตั้งข้อสังเกตว่าระบบภาพบางส่วนที่มีอยู่ใช้แสงเลเซอร์พลังงานสูงกว่าที่เสี่ยงต่อการสร้างเซลล์ที่สร้างความเสียหาย

"สิ่งที่ท้าทายคือ: เราจะสร้างระบบการดำรงชีพที่มีความไวสูงโดยไม่ทำให้เสียหายได้อย่างไรการรวมกันของพลังงานแสงและพลังงานต่ำที่ใช้พลังงานต่ำคือสิ่งที่ทุกคนในฟิลด์กำลังดำเนินไปเรื่อย ๆ " เขากล่าว พลังงานเลเซอร์ที่จำเป็นสำหรับ aUCNPs นับเป็นล้านครั้งที่ต่ำกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบการถ่ายภาพด้วยอินฟราเรดแบบเดิม ๆ

ในการศึกษาล่าสุดนี้นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า aUCNP สามารถถ่ายภาพในเนื้อเยื่อเมาส์ที่มีชีวิตได้ที่ความลึกหลายมิลลิเมตร พวกเขาตื่นเต้นกับเลเซอร์ที่อ่อนแอพอที่จะไม่ทำให้เกิดความเสียหายใด ๆ

นักวิจัยได้ฉีดอนุภาคนาโนเข้าไปในแผ่นไขมันของเต้านมของหนูและภาพที่ได้รับการบันทึกภาพจากแสงที่ปล่อยออกมาจากอนุภาคซึ่งดูเหมือนจะไม่เป็นพิษต่อเซลล์

จำเป็นต้องมีการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อทราบว่า aUCNP ที่ผลิตได้ที่ Berkeley Lab สามารถฉีดเข้าไปในมนุษย์ได้อย่างปลอดภัยหรือไม่และเพื่อทดสอบการเคลือบผิวนักวิทยาศาสตร์ Berkeley Lab กำลังออกแบบเพื่อผูกมัดกับเซลล์มะเร็งโดยเฉพาะ

ดร. Mekhail Anwar นักเนื้องอกวิทยาด้านรังสีและผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ UC San Francisco ผู้เข้าร่วมการศึกษาล่าสุดกล่าวว่ามีเทคนิคการสแกนทางการแพทย์หลายรูปแบบเพื่อค้นหาโรคมะเร็งจากภาพรังสีวิทยาไปจนถึง MRIs และการสแกน PET-CT แต่เทคนิคเหล่านี้อาจไม่เพียงพอ รายละเอียดที่แม่นยำในเครื่องชั่งขนาดเล็กมาก

"เราจำเป็นต้องรู้ว่าเซลล์แต่ละเซลล์เป็นอย่างไร" อันวาร์ซึ่งเป็นผู้ใช้งานของ Foundry ซึ่งร่วมมือกับ Molecular Foundry ในการค้นคว้าของเขากล่าว "โดยปกติแล้วเราบอกว่าคุณโชคดีเมื่อเราจับมันไว้ในช่วงต้น ๆ และมะเร็งเพียงประมาณเซนติเมตรเท่านั้นนั่นคือประมาณ 1 พันล้านเซลล์ แต่ที่ใดที่กลุ่มเซลล์ขนาดเล็กซ่อนตัวอยู่?"

งานวิจัยในอนาคตของ Molecular Foundry หวังว่าจะนำเทคนิคการถ่ายภาพมะเร็งที่ดีขึ้นมาใช้ aUCNPs เขากล่าวและนักวิจัยกำลังพัฒนาเซ็นเซอร์ภาพเพื่อรวมกับอนุภาคนาโนที่สามารถติดกับอุปกรณ์ผ่าตัดและแม้แต่ถุงมือผ่าตัดเพื่อหาจุดที่เป็นมะเร็งในช่วง ขั้นตอนการผ่าตัด

Emory Chan นักวิทยาศาสตร์ของ Molecular Foundry ผู้ซึ่งเข้าร่วมในการศึกษาล่าสุดกล่าวว่าการพัฒนา UCNPs ในห้องปฏิบัติการเป็นการพัฒนาประสิทธิภาพในการเปล่งแสงที่ดูดซับด้วยพลังงานที่สูงขึ้น

สำหรับทศวรรษที่ผ่านมาชุมชนวิจัยเชื่อว่าวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตสิ่งที่เรียกว่าวัสดุแปลงไฟสูงเหล่านี้คือการฝังหรือย้อมสีด้วยโลหะที่มีความเข้มข้นต่ำเรียกว่า lanthanides มากเกินไปของโลหะเหล่านี้นักวิจัยเชื่อว่าจะทำให้เกิดแสงที่พวกเขาปล่อยให้กลายเป็นความสว่างน้อยกว่าที่มีมากขึ้นของโลหะที่เพิ่มเหล่านี้

แต่การทดลองที่นำโดยนักวิจัยจาก Molecular Foundry Bining "Bella" Tian และ Angel Fernandez-Bravo ผู้ซึ่งทำ UCNPs ที่อุดมด้วยลังกานิงและวัดคุณสมบัติของพวกเขา

การศึกษาของ UCNPs แต่ละตัวพิสูจน์ได้ว่าเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการแสดงให้เห็นว่า erbium, lanthanide ที่เคยคิดว่ามีบทบาทเพียงอย่างเดียวในการแผ่รังสีแสงสามารถดูดซับแสงได้โดยตรงและทำให้เกิด lanthanide, ytterbium เพื่อดูดซับแสงได้มากขึ้น Emory Chan นักวิทยาศาสตร์พนักงานที่ Molecular Foundry ซึ่งเข้าร่วมในการศึกษาล่าสุดระบุว่าบทบาทการทำงานหลายอย่างของ UCBP ที่ถูกค้นพบใหม่ของ erbium เป็น "ภัยคุกคามสามตัว"

UCNPs ที่ใช้ในการศึกษาล่าสุดวัดประมาณ 12-15 nanometers (billionths ของเมตร) ทั่วเล็กพอที่จะช่วยให้พวกเขาสามารถเจาะเข้าไปในเนื้อเยื่อ "เปลือกหอยของพวกมันโตขึ้นเหมือนต้นหอมชั้นหนึ่ง" จันกล่าว

Jim Schuck ผู้เข้าร่วมการศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ Berkeley Lab อดีตที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษาล่าสุดสร้างความพยายามนานนับสิบปีที่ Molecular Foundry เพื่อทำความเข้าใจออกแบบและค้นหาแอพพลิเคชันใหม่ ๆ สำหรับ UCNPs

"กระบวนทัศน์ใหม่นี้ในการออกแบบของ UCNP ซึ่งนำไปสู่อนุภาคที่สว่างมากขึ้นเป็นตัวเปลี่ยนเกมที่แท้จริงสำหรับแอพพลิเคชั่นภาพทั้งหมดของ UCNP" เขากล่าว

นักวิจัยจาก Molecular Foundry จะทำงานเกี่ยวกับวิธีการสร้างอนุภาคนาโนด้วยหุ่นยนต์โดยอัตโนมัติและเคลือบด้วยเครื่องหมายที่ผูกติดไว้กับเซลล์มะเร็ง

Cohen กล่าวว่าการทำงานร่วมกันกับ UCSF ได้เปิดช่องทางสำรวจใหม่สำหรับ UCNPs และเขาคาดหวังว่าความพยายามในการวิจัยจะเติบโตขึ้น

"เราไม่เคยจะคิดถึงการใช้ภาพเหล่านี้ในการทำศัลยกรรม" เขากล่าว "การทำงานกับนักวิจัยเช่น Mekhail ทำให้เกิดการผสมข้ามพันธุ์ที่ยอดเยี่ยมในสาขาต่างๆและความคิดที่แตกต่างกัน"

อันวาร์กล่าวว่า "เรารู้สึกซาบซึ้งมากที่ได้เข้าถึงความรู้และเครื่องมือต่างๆ" ที่แล็บ Labs Molecular Foundry

menu
menu