Fluorestseeruvad nanotorud – uus aken aju ehitusse

Stanfordi Ülikooli teadlased töötasid hiljuti välja maailma esimese mitteinvasiivse pildistustehnoloogia, mis suudab tuvastada hiire aju veresoontes asuvaid kuni mikromeetrise läbimõõduga struktuure. Meetodis süstitakse hiire ajusse ühekihilisi süsiniknanotorusid (ingl. k. single-walled carbon nanotubes) ja detekteeritakse nende kiiratavat valgust. Veresoonte struktuuri ja seal oleva vere voolamist on erakordselt oluline teada näiteks insuldi, dementsuse ja ajukasvajate ravimisel.

Tänapäeval tugineb ajust kujutise saamine peamiselt röntgen-kompuutertomograafial ja magnetresonantsangiograafial. Need meetodid aga ei suuda tabada vaid paari mikroni suuruseid struktuure. Lisaks võib nende seadmete abil võtta kujutise saamine aega mitu minutit, mistõttu pole vere voolamist võimalik reaalajas jälgida.

Fluorestsentsil põhinev aju kujutistehnoloogia, mis kasutab elektromagnetlainete spektri nähtavat ja lähis-ultravalguse piirkonda (400-900nm), on küll heaks alternatiiviks, kuid hetkel on selle kasutamiseks vaja sooritada erinevaid protseduure, nende seas näiteks kolju õhendamist või isegi kraniotoomiat – protsessi, milles osa koljust eemaldatakse ning asendatakse läbipaistva ,,aknakesega”. See tuleneb sellest, et sellise lainepikkusega valgus suudab tungida kolju pinnalt vaid 1mm sügavusele.

Võimaluste aken

Stanfordi Ülikooli teadlased Hongije Dai ja Calvin Kuo töötasid hiljuti aga välja uue fluorestsentsipõhise kujutistehnoloogia, mis ületab eelmainitud probleemid ning mida saab kasutada ilma koljut kahjustamata. Antud meetod kasutab ära ühekihiliste süsiniknanotorude sisemist fluorestsentsi, mille lainepikkus jääb vahemikku 1,3-1,4 mikromeetrit. ,,Me nimetame seda lainepikkust NIR-IIa aknaks ning see kujutab endast kõige pikemaid lainepikkusi, mida fluorestsentsi põhises kujutistehnoloogias seni kasutatud on,” selgitas Dai.

,,Sellise lainepikkusega footonid hajuvad bioloogilisi kudesid läbides palju vähem kui 400-900nm lainepikkusega footonid ning ka vesi ei neela neid olulisel määral. Seega võimaldab antud meetod meil näha aju läbi kahjustamata peanaha ning kolju.”

,,Võrreldes teiste in vivo tehnoloogiatega (kaasa arvatud MRI ja kompuutertomograafia) võimaldab meie tehnoloogia ka suuremat ruumilist resolutsiooni. See võimaldab meil kujutada üksikuid kapillaarveresooni, mille läbimõõt on vaid paar mikronit ning mis asuvad kuni 3 millimeetri sügavusel ajus.”

Vajadus kiiruse järele

See pole aga kõik: uus meetod on lisaks ka kiire – ühe ülesvõtte saamiseks kulub maksimaalselt vaid 200 millisekundit – mistõttu on vere voolamist võimalik jälgida reaalajas. See omadus on eriti oluline insuldipatsientide ravimisel, sest insuldi tagajärjel võib verevarustus aju mõningates osades drastiliselt väheneda ning seega palju kahju tekitada.

Teadlased testisid oma meetodit, süstides hiirte ajusse üheseinalisi süsiniknanotorusid. Hiirte pead raseeriti ning neid valgustati infrapunalaseriga. Fluorestsentsvalgus detekteeriti fotodioodide abil, tekitades nii ajust 2D kujutise. Hetkel tegutsevad teadlased selle nimel, et saada sama meetodi abil ajust ka 3D kujutis. ,,Me töötame lisaks välja ka valgustundlikke aineid veelgi pikemate lainepikkuste vahemiku jaoks, et veelgi vähendada footonite hajumist,” selgitas Dai. ,,Veel on meil plaanis valmistada NIR-IIa fluorofoore, mida saaks potentsiaalselt kasutada ka kliinilistes katsetes inimeste peal.”

Teadusartikkel: “Through-skull fluorescence imaging of the brain in a new near-infrared window”

Allikas: “Nanoparticles open a new window into the brain“