Forskere kigger inde i farlige blodpropper med optisk rensningsteknik

En ny teknik, der gør blodpropper optisk klare, gør det muligt for forskere at bruge kraftfulde optiske mikroskopiteknikker til at studere 3D-strukturen af ​​farlige blodpropper for første gang. Selvom blodpropper stopper blødning efter skade, blodpropper, der blokerer blodgennemstrømningen, kan forårsage slagtilfælde og hjerteanfald.

Den nye tilgang kunne gøre det muligt at bruge avancerede lysmikroskopiteknikker såsom konfokal mikroskopi til at korrelere kliniske symptomer med 3D-strukturen af ​​blodpropper fra patienter. Det er almindeligt for kardiologer at fjerne blodpropper, der blokerer arterierne for mennesker, der har oplevet hjerteanfald eller slagtilfælde.

"Vi kan potentielt analysere koagulationsstrukturen fra en patient og forsøge at forstå, hvorfor det blev et sådant problem, "sagde John W. Weisel fra University of Pennsylvania, School of Medicine. "En mere detaljeret forståelse af forskellige blodpropstrukturer kan afsløre, hvorfor stykker af bestemte blodpropper kan bryde af, fører til potentielle dødelige komplikationer. Til sidst, denne viden kan føre til bedre behandlinger eller måder at forhindre blodpropper i at forårsage skade. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Biomedicinsk optik Express , en samarbejdsgruppe fra Weisels laboratorium og laboratorierne fra Mark Alber fra University of California, Riverside, og Jeremiah Zartman fra University of Notre Dame rapporterer om en optisk rydningsmetode, der tillader mikroskopisk billeddannelse op til 1 millimeter i en blodprop, en betydelig forbedring i forhold til de ca. 0,02 millimeter, der er mulig uden brug af optisk clearing. De testede den nye fremgangsmåde på blodpropper, der var omkring 5 millimeter i diameter og 1 millimeter tykke dannet uden for kroppen ved hjælp af mus og menneskeblod.

"Det jernholdige molekyle hæm, der er i røde blodlegemer, gør blodpropper meget svære at forestille sig optisk, "sagde Zartman." Vores metode, kaldet cClot, er effektiv til at fjerne hæmmen og gøre hele blodproppen klar uden at ændre dens 3D-struktur. "

Ser gennem tykt væv

Tykt væv er svært at forestille sig med optiske teknikker, fordi det absorberer eller spreder lys. For teknikker, der bruger fluorescerende sonder til at mærke celler og væv, dette betyder, at laserlyset, der er nødvendigt for at ophidse fluorescensen, ikke kan nå dybt inde i vævet, og fluorescens absorberes, før det når kameraet. Selvom optiske clearingmidler kan fjerne lysspredende molekyler fra væv, eksisterende agenter er ikke optimeret til fjernelse af hæm og fungerer ikke for tætte, tæt pakket strukturer, der udgør blodpropper.

For at udvikle den nye optiske rydningsteknik, forskerne ændrede sammensætningen af ​​et optisk clearingmiddel kendt som CUBIC. Efter megen prøvelse og fejl, de skabte et clearingmiddel, der ikke ændrede formen på en blodpropps røde blodlegemer og var effektiv nok til at klare en blodprop på mindre end et døgn. Forskerne testede også forskellige fluorescerende sonder for at identificere dem, der kunne trænge igennem en blodprop.

Forskerne undersøgte blodpropper, der blev kontraherende, som hjælper med at danne en tæt forsegling, der stopper blødning. "Ved hjælp af den optiske rydningsteknik, vi var i stand til at se inde i blodproppen og undersøge strukturen, "sagde Weisel." Vi fandt ud af, at under sammentrækning, de røde blodlegemer ændres fra deres normale bikonkave form til polyhedrale og er meget tæt pakket mod hinanden, men ændrer faktisk ikke volumen. Dette er noget, vi ikke vidste før, og som vi nu kan studere mere detaljeret. "

Tilgange med høj gennemstrømning

Forskerne leder nu efter måder at opnå hurtigere optisk clearing og billedanalyse. Dette kunne gøre det muligt at bruge den nye optiske clearingteknik til metoder med høj gennemstrømning, der undersøger virkningerne af hundredvis af forskellige lægemidler på koagulationsprocessen eller koagulationssammentrækning, for eksempel. Den optiske rydningsteknik ville gøre det muligt hurtigt at forestille sig en række blodpropper før og efter behandlingen.

Forskerne arbejder også på at teste metoden med blodpropper fjernet fra patienter. De ønsker at indsamle oplysninger, der kan bruges til at oprette beregningsmodeller af strukturen og egenskaberne, der en dag kan bruges til at forudsige risici forbundet med bestemte typer af blodpropper, for eksempel.

"Vi ved ikke, hvilke former for ultrastrukturelle signaturer, der kan identificeres i 3D-prøver, "sagde Zartman." Det er et område, der ikke er blevet undersøgt, og vores optiske rydningsmetode kunne tillade undersøgelse af mange forskellige typer tredimensionelle strukturer at se, om der er noget, der giver ny eller anden information end nuværende diagnostiske teknikker. "