Etiketfrit billedbehandlingsværktøj sporer nanorør i celler, blod til biomedicinsk forskning

(PhysOrg.com) - Forskere har demonstreret et nyt billedværktøj til sporing af strukturer kaldet carbon nanorør i levende celler og blodbanen, som kunne hjælpe bestræbelserne på at perfektionere deres anvendelse inden for biomedicinsk forskning og klinisk medicin.

Strukturerne har potentielle anvendelser inden for lægemiddellevering til behandling af sygdomme og billeddannelse til kræftforskning. To typer nanorør oprettes i fremstillingsprocessen, metallisk og halvledende. Indtil nu, imidlertid, der har ikke været nogen teknik til at se begge typer i levende celler og i blodbanen, sagde Ji-Xin Cheng, en lektor i biomedicinsk teknik og kemi ved Purdue University.

Billedteknikken, kaldes forbigående absorption, bruger en pulserende nær-infrarød laser til at deponere energi i nanorørene, som derefter sonderes af en anden nær-infrarød laser.

Forskerne har overvundet vigtige forhindringer i brugen af ​​billedteknologien, påvisning og overvågning af nanorør i levende celler og laboratoriemus, Sagde Cheng.

"Fordi vi kan gøre dette med høj hastighed, vi kan se, hvad der sker i realtid, mens nanorørene cirkulerer i blodbanen, " han sagde.

Fundene er detaljeret i et forskningsartikel, der blev lagt online søndag (4. december) i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

Billedteknikken er "etiketfri, "hvilket betyder, at det ikke kræver, at nanorørene er markeret med farvestoffer, gør det potentielt praktisk til forskning og medicin, Sagde Cheng.

"Det er et grundlæggende værktøj til forskning, der vil give information til det videnskabelige samfund for at lære at perfektionere brugen af ​​nanorør til biomedicinske og kliniske applikationer, " han sagde.

Den konventionelle billeddannelsesmetode bruger luminescens, hvilket er begrænset, fordi det registrerer de halvledende nanorør, men ikke de metalliske.

Nanorørene har en diameter på ca. 1 nanometer, eller nogenlunde længden af ​​10 hydrogenatomer spændt sammen, gør dem alt for små til at blive set med et konventionelt lysmikroskop. En udfordring ved brug af det transiente absorptionsbilleddannelsessystem til levende celler var at eliminere interferens forårsaget af baggrundsglød af røde blodlegemer, som er lysere end nanorørene.

Forskerne løste dette problem ved at adskille signalerne fra røde blodlegemer og nanorør i to separate "kanaler". Lys fra de røde blodlegemer forsinkes lidt i forhold til lys, der udsendes af nanorørene. De to typer signaler "faseadskilles" ved at begrænse dem til forskellige kanaler baseret på denne forsinkelse.

Forskere brugte teknikken til at se nanorør, der cirkulerede i øreflipperne i mus.

"Dette er vigtigt for levering af lægemidler, fordi du vil vide, hvor længe nanorør forbliver i blodkarrene, efter at de er injiceret, "Sagde Cheng." Så du skal visualisere dem i realtid, der cirkulerer i blodbanen. "

Strukturerne, kaldet enkelt-væg carbon nanorør, dannes ved at rulle et et-atom-tykt lag grafit op, der kaldes grafen. Nanorørene er iboende hydrofobe, så nogle af de nanorør, der blev brugt i undersøgelsen, var belagt med DNA for at gøre dem vandopløselige, som er påkrævet for at de kan transporteres i blodbanen og ind i celler.

Forskerne har også taget billeder af nanorør i leveren og andre organer for at undersøge deres fordeling hos mus, og de bruger billeddannelsesteknikken til at studere andre nanomaterialer såsom grafen.