Ny biobilledteknik er hurtig og økonomisk

En ny tilgang til optisk billeddannelse gør det muligt hurtigt og økonomisk at overvåge flere molekylære interaktioner i et stort område af levende væv - f.eks. Et organ eller et lille dyr; teknologi, der kan have anvendelser inden for medicinsk diagnose, guidet kirurgi, eller præklinisk lægemiddeltest. Metoden, som er detaljeret i Natur fotonik , er i stand til samtidigt at spore 16 farver af rumligt forbundet information over et område, der strækker sig over flere centimeter, og kan fange interaktioner, der forekommer på bare milliarder af et sekund.

"Vi har udviklet en smart måde at erhverve en massiv mængde information på kort tid, "sagde Xavier Intes, professor i biomedicinsk teknik ved Rensselaer Polytechnic Institute. "Vores tilgang er hurtigere og billigere end eksisterende teknologi uden at gå på kompromis med præcisionen af ​​de data, vi får."

Som navnet antyder, optisk billeddannelse bruger lys til at undersøge et mål. I biomedicinske applikationer, optisk billeddannelse har mange fordele i forhold til teknikker som MR og PET, som bruger magnetisme og positronemissioner til at erhverve billeder inde i levende væv.

Metoden, Intes -laboratoriet udviklede, gør brug af avancerede optiske billeddannelsesteknikker - fluorescens -levetid -billeddannelse parret med fosterresonansenergioverførsel - til at afsløre vævs molekylære tilstand. Ved fluorescens levetid billeddannelse (FLIM), molekyler af interesse er mærket med fluorescerende "reporter"-molekyler, som når begejstret af en lysstråle, udsender et lyssignal med en bestemt farve over tid, der er tegn på deres nærmeste miljø. Reportermolekyler kan indstilles til at tilbyde oplysninger om miljøfaktorer såsom viskositet, pH, eller tilstedeværelsen af ​​ilt. FLIM er ideel til tykke væv i en krop, fordi den er afhængig af tidsinformation, frem for lysintensitet, som nedbrydes betydeligt, når det bevæger sig gennem væv. Forskere brugte også Forster resonance energy transfer (FRET), som bestemmer nærhed mellem to lignende mærkede molekyler - såsom et lægemiddel og dets mål - baseret på en energioverførsel, der kun sker, når de mærkede molekyler leveres til de syge celler for maksimal terapeutisk effekt.

Imidlertid, mens FLIM-FRET-metoden genererer et signal, der er rigt på oplysninger, at indsamle det signal hurtigt og økonomisk er problematisk. Nuværende metoder er afhængige af dyre kameraer, som kun kan afbilde én reporter ad gangen, og det kan tage timer at scanne motivet, da kameraet indsamler oplysninger fra sit fulde synsfelt.

For at overvinde denne forhindring, forskerne undlod kameraer og brugte i stedet en enkelt-pixel detektionsmetode kombineret med en matematisk prøvetagningsteknik (baseret på en Hadamard-transformation), der gjorde det muligt for dem at indsamle tilstrækkelig relevant information på 10 minutter til at konstruere et præcist billede. Detektionsmetoden kan indsamle information om 16 spektrale kanaler samtidigt, og tre detektionsanordninger placeret rundt om prøven gav rumlig information, der blev brugt til at konstruere et tredimensionelt billede.

"Dette er en ny platform, en ny mulighed i makroskopi, og vi tror, ​​at det vil have trækkraft i flere applikationer på den biomedicinske arena, " sagde Intes.

Intes' forskning er muliggjort af visionen om The New Polytechnic, et spirende paradigme for videregående uddannelser, der erkender, at globale udfordringer og muligheder er så store, at de ikke kan løses tilstrækkeligt af selv den mest talentfulde person, der arbejder alene. Rensselaer fungerer som en skillevej for samarbejde - arbejder med partnere på tværs af discipliner, sektorer, og geografiske regioner - for at løse komplekse globale udfordringer, ved hjælp af de mest avancerede værktøjer og teknologier, hvoraf mange er udviklet på Rensselaer. Forskning på Rensselaer omhandler nogle af verdens mest presserende teknologiske udfordringer - fra energisikkerhed og bæredygtig udvikling til bioteknologi og menneskers sundhed. The New Polytechnic er transformerende i den globale virkning af forskning, i sin innovative pædagogik, og i livet for studerende på Rensselaer.