De niet-invasieve optische weergave ontdekt vroege moleculaire ondertekeningen van ziekte

De chronische voorwaarden met inbegrip van zwaarlijvigheid, cardiovasculaire ziekte, en kanker beginnen vaak met vroege, subtiele veranderingen in cellulair metabolisme. Nu hebben de onderzoekers bij de Universiteit van Bosjes een niet-invasieve optische weergavetechniek ontwikkeld die deze veranderingen ontdekt, die een vroege kans verstrekken voor nieuw onderzoek en potentiële therapeutische ontwikkeling.

„Alvorens de zichtbare de ziektesymptomen en schade voorkomen, begint de ziekte met veranderingen in molecules betrokken bij metabolisme die de capaciteit van weefsels en cellen om belemmeren behoorlijk te functioneren,“ verklaarde Behrouz Shabestari, Ph.D., directeur van het programma in Optische Weergave bij het Nationale Instituut van Biomedische Weergave en Biotechniek. „Dit werk van Bosjes is een innovatieve en hoogst significante benadering voor het ontdekken van vroege moleculaire ondertekeningen van ziekte.“

Het laboratorium van Irene Georgakoudi, Ph.D., professor van Biomedische Techniek bij Bosjes en hoofdonderzoeker op de studie, specialiseert zich in het gebruiken van licht om met de belangrijkste molecules in wisselwerking te staan die cellulair metabolisme in werking stellen. Hun methodes staan weergave van veranderingen in deze zeer belangrijke molecules in tijd zonder het storen van of de cellen toe te beschadigen.

De groep gebruikte een techniek genoemd de twee-foton opgewekte fluorescentie (TPEF)microscopie om de activiteit van twee molecules te controleren betrokken bij talrijke metabolische functies in alle cellen: nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) en flavinadenine dinucleotide (FAD). Zowel zijn NADH als de NIEUWIGHEID zeer belangrijke componenten van de ononderbroken chemische reacties van de cel die energie en dan versie die energie wanneer nodig opslaan om de cel levend en functionerend te houden.

De weergave TPEF wekt deze molecules met een dichtbijgelegen infrarode laserstraal op. Het resulterende fluorescente signaal verstrekt een optisch hulpmiddel om physiologic en biochemische gebeurtenissen binnen de cellen te controleren, die dysfunctie en ziekte op begin konden wijzen.

Om te testen of het weergavesysteem onregelmatigheden in celmetabolisme kon identificeren, gebruikten de onderzoekers TPEF aan beeld gecultiveerde cellen waarin zij belangrijke metabolische processen veranderden waar NADH en de NIEUWIGHEID kritieke rollen hebben. Leef cellen die gebruikte inbegrepen hartcellen, epitheliaale cellen, stamcellen, en bruine vet (vette) cellen waren. Door metabolische functie te veranderen terwijl weergave NADH en NIEUWIGHEID, zij bepaalden of de veranderingen in de specifieke fluorescente patronen van deze twee molecules goede indicatoren van de gezondheid of de functie van de cel waren.

De cellen waren imaged in de variërende experimentele omstandigheden die normale metabolische processen betrokken bij het veroorzaken van energie veranderen. De voorbeelden van de geteste voorwaarden omvatten het verhongeren cellen die van glucose, cellen kweken in lage zuurstofniveaus (zodat is de energieproductie inefficiënt), en cellen blootstellen aan koude temperatuur die (energieopslag beïnvloedt).

Onder elk van de experimentele voorwaarden, openbaarde de weergave TPEF unieke patronen en intensiteitsprofielen van fluorescentie die erop wezen dat NADH en de NIEUWIGHEID in bepaalde chemische vormen of plaatsen waren die als kaart konden dienen om te begrijpen waarom een cel niet behoorlijk functioneert.

„Deze resultaten tonen het nut van deze niet-invasieve weergavetechniek om aan ongezonde cellen te identificeren die vroege aanwijzingen van ziekteontwikkeling zouden kunnen zijn,“ bovengenoemde Georgakoudi. „Door de weergave en de analyse van cellen in de veelvoudige omstandigheden gelijktijdig te combineren konden wij de aanwezigheid van metabolische veranderingen evenals hun chemische aard op het eencellige niveau zien.“

De metabolische veranderingen die in de cellen worden gecreeerd zijn gelijkaardig aan veranderingen die in ziekten zoals kanker, cardiovasculaire ziekte, en zwaarlijvigheid voorkomen. „Wij geloven de techniek uiteindelijk een belangrijk nieuw platform zal worden dat wordt gebruikt om dergelijke ziekten in het proces vroeg te begrijpen en te ontdekken,“ bovengenoemde Georgakoudi. „TPEF zal ook een onschatbaar hulpmiddel zijn om metabolische veranderingen in antwoord op nieuwe behandelingen te controleren die worden ontworpen om ziekte te vertragen of tegen te houden vóór het begin van weefseldegeneratie of schade.“

Bron: https://www.nibib.nih.gov/news-events/newsroom/metabolic-imaging-targets-early-signs-disease-development

Advertisement