Метаболическая визуализация — это неинвазивный метод, позволяющий изучать живые клетки с помощью лазерного света для оценки прогрессирования заболевания и результатов лечения. Однако при попадании света на биологическую ткань происходит его рассеивание, что ограничивает глубину проникновения и ухудшает разрешение получаемых изображений. Теперь исследователи MIT разработали технику, которая увеличивает обычный предел глубины метаболической визуализации.
Новый метод относится к бесконтрастной визуализации (label-free imaging), при которой ткань не окрашивается заранее. Окрашивание помогает клиническим биологам лучше различать ядра клеток и белки благодаря созданию контраста. Однако этот процесс требует нарезки образца на тонкие срезы, что часто приводит к гибели ткани и не позволяет изучать динамические процессы в живых клетках. В бесконтрастной визуализации лазеры освещают определенные молекулы внутри клеток, вызывая их свечение различными цветами. Но и тут есть проблема: создание лазерного излучения с нужной длиной волны и высококачественными импульсами для глубокой визуализации тканей — сложная задача.
Исследователи предложили новый метод для решения этих задач. Группа использовала многомодовое оптоволокно, способное передавать большой поток энергии, совместно с компактным устройством — «формирователем волокна». Он позволяет точно регулировать распространение света, изменяя форму волокна в реальном времени. Изменение изгиба волокна корректирует цвет и интенсивность лазерного излучения. Создав этот управляемый механизм, команда разработала платформу для визуализации, которая использует мощный лазерный источник для генерации длинноволнового излучения. Эти длины волн необходимы для глубокого проникновения в биологические ткани.
Затем команда протестировала устройство. Свет смог проникнуть более чем на 700 микрометров в биологический образец, тогда как лучшие из прежних методов ограничивались 200 микрометрами. С помощью технологии можно изучить клетки на нескольких уровнях в живой системе.
Новый, более быстрый, метод визуализации позволяет неинвазивно отслеживать метаболические процессы в живых органоидах на всех стадиях роста. Органоиды представляют собой сконструированные клетки, которые развиваются, имитируя структуру и функции реальных органов. Ранее наблюдение за внутренними процессами было затруднено из-за необходимости разрезать и окрашивать ткани, что приводило к гибели образца. Новый метод преодолевает это ограничение — изучать динамику органоидов теперь можно без ущерба для их жизнедеятельности.
Ученые планируют повысить разрешение изображений для более детального изучения биологических образцов. Параллельно они разрабатывают малошумные лазерные источники, позволяющие проводить глубокую визуализацию при меньшей световой нагрузке. Кроме того, создаются алгоритмы для реконструкции полных трехмерных моделей образцов. В перспективе технология найдет применение в биомедицине, например, для мониторинга реакции на лекарственные препараты в реальном времени.
