Microscopie optică neliniară - Progrese în diagnostice și tratamente mai bune Institutul Național de
Compartir:
Detectarea instabilă a plăcii
Imagistica leziunilor și bolilor neurologice
Aproape jumătate de milion de persoane din Statele Unite trăiesc cu leziuni ale măduvei spinării, iar alte 400.000 sunt afectate de scleroză multiplă (SM). Aceste condiții se caracterizează prin pierderea tecilor de mielină, o componentă importantă a sistemului nervos numită substanță albă. La fel ca acoperirea unui fir electric, tecile de mielină acționează ca izolatori, facilitând conducerea impulsurilor nervoase. Pierderea învelișurilor de mielină, numită demielinizare, duce la o întârziere sau blocare a semnalelor neurologice, rezultând tulburări, adesea fatale, ale mișcării, auzului, vorbirii sau vederii. Procesul de demielinizare este slab înțeles, în parte din cauza incapacității de a imagina detalii subcelulare în substanță albă intactă.
Ji-Xin Cheng, profesor asistent de inginerie biomedicală și chimică la Universitatea Purdue, a descoperit recent câteva roluri cruciale ale calciului și glutamatului în activarea demielinizării. Aceste descoperiri vor ajuta cercetătorii să înțeleagă daunele neurologice și pot promova tratamente mai bune pentru boli precum SM. Descoperirea acestor activatori a fost făcută folosind o tehnică imagistică inovatoare numită microscopie CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering). Microscopia CARS detectează vibrațiile legăturilor chimice și este deosebit de sensibilă la imagistica substanțelor grase, cum ar fi mielina. Această tehnică oferă imagini în timp real ale modificărilor în teaca de mielină după leziunea măduvei spinării și permite măsurarea parametrilor dinamici de demielinizare, cum ar fi grosimea tecii de mielină.
Echipa lui Cheng a aplicat tehnica MMM în vizualizarea măduvei spinării vii și a nervului sciatic în rezoluție tridimensională. În următorii ani, ei vor folosi tehnica MMM pentru a studia cauzele defalcării mielinei în SM și leziunile măduvei spinării. Cheng, în colaborare cu alți cercetători, explorează potențialul tehnicilor NLO în multe domenii importante ale medicinei, inclusiv cancerul, bolile de inimă și obezitatea.
O imagine tridimensională a substanței albe a măduvei spinării așa cum se vede folosind tehnica MMM. Culorile roșu, verde și magenta reprezintă semnalul CARS din tecile de mielină, semnalul SFG din procesele astrocitare și semnalul TPEF din nucleele identificate cu bromură de etidiu. Imagine de Yan Fu și Ji-Xin Cheng.
Examinarea arhitecturii tumorilor
Tehnica MMM oferă posibilitatea de a examina tumorile din corp fără a fi nevoie de biopsii. Pe de altă parte, facilitează investigarea organizării spațiale a tumorii și a țesutului conjunctiv adiacent, care nu pot fi vizualizate în secțiuni subțiri ale biopsiilor. Cheng și Ignacio Camarillo, profesor asistent de științe biologice la Universitatea Purdue, au aplicat tehnica MMM pentru a obține simultan imagini tridimensionale de înaltă rezoluție cu celule mamare adipoase, capilare sanguine, fibre de colagen și celule tumorale. În diagnosticul convențional de cancer, medicii includ adesea etichete sau markeri pentru a distinge țesutul canceros de țesutul sănătos. De exemplu, moleculele radioactive sunt utilizate în scanările PET (tomografie cu emisie de pozitroni), coloranții fluorescenți în imaginile optice și particulele magnetice în imagistica prin rezonanță magnetică (RMN). Cu toate acestea, Cheng spune: „Este foarte dificil să se marcheze o anumită celulă sau tumoră la un pacient. Microscopia multimodală multiphotonică poate fi utilizată pentru a detecta diferite tipuri de tumori în organism fără a fi nevoie să utilizați markeri. ".