非侵入性的光學想像檢測疾病早期的分子簽名

慢性條件包括肥胖病、心血管疾病和癌症從在蜂窩電話新陳代謝上的早期,細微的變化經常開始。 現在一束大學的研究員開發了檢測這些更改,提供早期的機會為新的研究和潛在的治療發展的非侵入性的光學成像技術。

「在可視疾病症狀和故障前请發生,疾病從在阻礙組織和細胞能力適當地發揮作用在新陳代謝介入的分子上的變化開始」,解釋的 Behrouz Shabestari、這個程序的 Ph.D。,負責人在光學想像在生物醫學的想像和生物工藝學國家學院。 「從一束的此工作是檢測的疾病早期的分子簽名一個創新和高度重大的途徑」。

艾琳 Georgakoudi、在一束和線索研究員的生物醫學工程 Ph.D。,教授實驗室這個研究的,專門化使用光與運行蜂窩電話新陳代謝的關鍵分子配合。 他們的方法隨著時間的推移允許變化想像在這些關鍵分子上的,无需干擾或損壞細胞。

這個組使用稱二光子激動的熒光顯微法的一個 (TPEF)技術監控在所有細胞的許多新陳代謝的功能介入的二個分子的活動: 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH)和 flavin 腺嘌呤二核苷酸 (FAD)。 NADH 和風尚是存儲能源細胞的持續化學反應的關鍵部件然後發行該能源,當需要保持這個細胞運行和發揮作用。

TPEF 想像激發與一最近紅外激光這些分子。 這個產生的螢光信號提供一個光學工具給在細胞內的監控程序生理和生物化學的活動,可能指示官能不良和疾病起始。

要測試想像系統是否可能識別在細胞新陳代謝的不規則性,研究員使用 TPEF 對他們修改主要代謝過程 NADH 和風尚有重要角色的圖像被開化的細胞。 居住是使用的包括的重點細胞、上皮細胞、乾細胞和棕色脂肪性的細胞 (肥胖) 細胞。 通過更改新陳代謝的功能,當想像 NADH 和風尚,他們確定時在這兩個分子上的特定螢光模式的變化是否是這個細胞的健康或功能的好指示符。

細胞是印象的在變化修改在導致能源介入的正常代謝過程的試驗條件下。 被測試的條件的示例在低含氧量的級別 (因此發電是無結果的) 和顯示包括葡萄糖餓的細胞,生長細胞細胞在冷溫度 (影響能量儲備)。

在其中每一個下試驗條件, TPEF 想像顯示了表明熒光的唯一模式和強度配置文件 NADH 和風尚在可能擔當映射知道的某些化工形式或地點細胞為什麼不適當地發揮作用。

「這些結果展示此非侵入性的成像技術的實用程序識別可能是疾病發展的早期的表示的不健康的細胞的」,說 Georgakoudi。 「通過同時結合想像和對細胞的分析在多個情況下我們能發現新陳代謝的更改出現以及他們的在單細胞級別的化工本質」。

在細胞造成的新陳代謝的更改類似於在疾病發生例如癌症、心血管疾病和肥胖病的更改。 「我們相信這個技術根本地將成為用於的一個重要新的平臺瞭解,并且檢測這樣疾病及早在進程中」,說 Georgakoudi。 「TPEF 也將是監控新陳代謝的更改的一個無價的工具以回應被設計的新的處理在組織退化或故障前起始減慢或終止疾病」。

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

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