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Miglioramento della risoluzione di immagine facendo uso delle nanoparticelle

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Le nanoparticelle sono particelle di piccole dimensioni capaci di penetrare il sistema vascolare e di fare circolare l'organismo. Dal loro sviluppo, si sono applicate alla rappresentazione come modo di etichettatura delle aree specifiche dell'organismo o del tessuto, includenti nell'imaging a risonanza magnetica (MRI), nella rappresentazione ottica e perfino nella rappresentazione di ultrasuono.

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Le manifestazioni termiche infrarosse di immagine (destra) hanno elevato la temperatura (gialla) del tumore in mouse dopo che l'irradiamento del laser dentro con OMV-melanina ha trattato i mouse. L'immagine a sinistra mostra un mouse trattato con OMVs senza melanina. Credito di immagine: Vipul Gujrati/università di Monaco di Baviera tecnica

Che cosa sono nanoparticelle?

Una delle qualità più attraenti delle nanoparticelle quando tenendo conto della loro applicazione alle scienze biologiche sono il loro tempo di conservazione lunga e velocità di avanzamento del tessuto. Entrambi questi vantaggi sono collegati con la dimensione di nanoparticella: considerando che le più grandi particelle sono riconosciute e rimosse dal sistema reticoloendoteliale dopo l'iniezione, le nanoparticelle sono abbastanza piccole sfuggire al sistema reticoloendoteliale e sopravvivere a così. Ancora, i loro mezzi di piccola dimensione possono penetrare molte dimensioni del poro, specialmente all'interno dei tumori.

Questi beni significano che le nanoparticelle, tra altri usi, si sono applicate alla rappresentazione ai tessuti di particolare dell'obiettivo. Le nanoparticelle possono essere costruite per mirare ai siti specifici con la specificità molto alta. Per esempio, le nanoparticelle che mirano ai cancri sono state sviluppate all'immagine la posizione e la massa specifiche dei tumori.

Come le nanoparticelle migliorano la risoluzione di immagine in termini di fluorescenza?

Come citato, le nanoparticelle possono essere costruite per mirare ai siti specifici nell'organismo. Grazie alla loro capacità di sopravvivere ed entrare nell'apparato circolatorio dell'organismo, nanoparticelle possono essere iniettati per via endovenosa e successivamente raggiungere la loro destinazione dell'obiettivo.

Una volta che la nanoparticella raggiunge la sua destinazione, può rilasciare un carico utile funzionale che porta. Per esempio, alcuni sviluppi sono stati fatti nell'etichettatura delle nanoparticelle con le droghe per curare le parti del corpo di malattie in particolare. Nella rappresentazione, le nanoparticelle possono essere etichettate con i fluorophores, quali le nanoparticelle dell'emulsione del perfluorocarbon. Quando la nanoparticella poi lega al ricevitore o al tessuto di interesse, la fluorescenza è emessa ed il contrasto è migliorato. Per esempio, le nanoparticelle dell'emulsione del perfluorocarbon contengono una memoria liquida che migliora il contrasto nelle immagini di ultrasuono del tessuto cardiovascolare.

Un tumore trattato con le nanoparticelle di fumagillin (lasciate) è più piccolo di un tumore non trattato. Le nanoparticelle che contengono un metallo dimiglioramento (giallo) indicano che il tumore trattato ha molto meno crescita del vaso sanguigno che il tumore non trattato. Credito di immagine: Scuola di medicina dell
Un tumore trattato con le nanoparticelle di fumagillin (lasciate) è più piccolo di un tumore non trattato. Le nanoparticelle che contengono un metallo dimiglioramento (giallo) indicano che il tumore trattato ha molto meno crescita del vaso sanguigno che il tumore non trattato. Credito di immagine: Scuola di medicina dell'università di Washington

Le nanoparticelle hanno indicato la promessa nel superamento delle emissioni connesse con altre tecniche di rappresentazione, anche quando quelle tecniche si combinano. Per esempio, il autofluorescence del tessuto circostante è stato una grande emissione per risoluzione di immagine e in vivo l'interpretazione della rappresentazione. Le nanoparticelle porose Photoluminescent del silicio hanno una vita estesa dell'emissione (5-13 µs) confrontata ai segnali di autofluorescence del tessuto (<10 NS). Di conseguenza, l'applicazione di queste nanoparticelle è stata indicata per migliorare il segnale a contrasto di sfondo da 50 e 20 volta, in vitro e in vivo, rispettivamente. Questo modulo della rappresentazione dei del tempo portoni può contribuire a migliorare l'imaging biomedico mentre ancora facendo uso delle tecniche di rappresentazione convenzionali.

Metodi di rappresentazione della particella magnetica

Le nanoparticelle egualmente hanno assistito nello sviluppare le tecniche di rappresentazione novelle. La rappresentazione della particella magnetica (MPI) è una tecnica relativamente nuova che individua gli elementi traccianti di nanoparticella dell'ossido di ferro. È capace della sensibilità nanomolar, risoluzione di immagine che è indipendente da profondità ed utilizza un elemento tracciante sicuro e stabile che può essere tenuto la carreggiata per le settimane. MPI differisce da molte altre tecniche di imaging biomedico perché soltanto immagini l'elemento tracciante e non vede il tessuto stesso, a differenza di MRI e dell'ultrasuono.

Malgrado questi vantaggi, MPI non ha una risoluzione abbinare le tecniche di CT o di MRI. La risoluzione spaziale di MPI dipende dal campo di saturazione della nanoparticella, della sua resistenza di selezione e dei sui beni magnetici di rilassamento. Gli studi sulla costante di tempo di rotazione di nanoparticelle rivelano che la risoluzione di immagine può essere migliorata abbassando le ampiezze del campo di unità, quindi offrenti una nuova prospettiva su come migliorare la risoluzione di immagine e fare più non Xerox di MPI confrontato alle tecniche di imaging biomedico tradizionali.

In cui altre impostazioni possono le nanoparticelle migliorare la risoluzione di immagine?

Le nanoparticelle stanno applicando a parecchi tipi di tecniche di microscopia e della rappresentazione, compreso microscopia elettronica di scansione. Per esempio, la correlazione di immagine digitale (DIC) si è combinata con microscopia elettronica di scansione per mappare le superfici al nano-disgaggio. Tuttavia, dato che DIC lavorarlo ha bisogno delle superfici del materiale di avere reticolo casuale, isotropo e ad alto contrasto delle macchioline. Ciò può essere fornita dalle nanoparticelle dell'oro, che una volta applicato ad un risultato del campione in una risoluzione di immagine precedentemente irraggiungibile di 4 nm/pixel. Qui, le nanoparticelle possono essere usate efficacemente senza grandi costi, molto tempo del preparato, o copertura irregolare. In tali casi, la rappresentazione di nanoparticella non solo è limitata alle applicazioni biologiche ma può applicarsi alle superfici del materiale quali i substrati metallici e non metallici.

Sorgenti

  1. Liu J., et al. (2006). Nanoparticelle come agenti di miglioramento di immagine per l'ecografia. Fisica nella medicina e nella biologia. https://doi.org/10.1088/0031-9155/51/9/004
  2. Piccola fattoria L.R., et al. (2015). Ampiezza del campo di unità bassa per risoluzione di immagine migliore nella rappresentazione della particella magnetica. Fisica medica. https://doi.org/10.1118/1.4938097
  3. Kammers A.D. e Daly S. (2013). modello di superficie Auto-montato di nanoparticella per la correlazione migliore di immagine digitale in un microscopio elettronico a scansione. Meccanici sperimentali. https://doi.org/10.1007/s11340-013-9734-5
  4. Gu, L. et al. (2013). Rappresentazione in vivo del tempo gated di fluorescenza con le nanoparticelle porose luminescenti biodegradabili del silicio. Comunicazioni della natura. https://doi.org/10.1038/ncomms3326

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Last Updated: Oct 15, 2019

Sara Ryding

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Sara Ryding

Sara is a passionate life sciences writer who specializes in zoology and ornithology. She is currently completing a Ph.D. at Deakin University in Australia which focuses on how the beaks of birds change with global warming.

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