Лазерное сканирование позволяет видеть, что делается внутри живой ткани
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили новый метод метаболического сканирования, позволяющий более чем вдвое увеличить глубину проникновения лазерного света в биологические ткани. Разработка ученых открывает широкие возможности для медицины и науки, обеспечивая точное и неинвазивное наблюдение за метаболическими процессами в живых клетках и тканях.
Метаболическое сканирование — это технология, которая позволяет изучать живые клетки с использованием лазерного излучения. Однако до сих пор глубина проникновения лазера ограничивалась рассеянием в биологических тканях, что снижало разрешение получаемых изображений. Новый метод, разработанный командой MIT, не только преодолевает эту проблему, но и обеспечивает высокую скорость сканирования, создавая более детализированные изображения.
Ключевое преимущество нового подхода — отсутствие необходимости предварительной обработки ткани. Обычно для анализа биологических образцов требуется их окрашивание или разделение на слои, что может повредить живые ткани. Новый метод использует специальный лазер, который вызывает свечение естественных молекул внутри клеток. Это позволяет наблюдать за структурами тканей в их естественном состоянии без изменений и добавок.
Исследователи добились этого благодаря адаптивной настройке лазерного излучения для глубокого проникновения. Они применили устройство под названием «многомодовое волокно», которое можно точно контролировать, изменяя его форму и настройки. Это позволило минимизировать рассеяние света и максимально усилить сигнал, проникающий глубоко в ткани.
«Мы смогли направить энергию лазера на создание цветов и импульсов, необходимых для получения четких изображений даже на значительных глубинах», — отмечает один из авторов работы, аспирант MIT Хунхао Цао.
Новый метод уже доказал свою эффективность: лазер проникал на глубину более 700 микрометров в биологических образцах, тогда как предыдущие технологии ограничивались глубиной около 200 микрометров. Это значительное достижение позволяет ученым изучать метаболические изменения в тканях на разных уровнях.
Кроме того, технология ускоряет процесс съемки, что важно для изучения динамических процессов, таких как скорость и направление движения клеток, обусловленные их метаболизмом. Это также открывает перспективы для исследования органоидов — искусственно выращенных клеточных структур, имитирующих функции органов.
Разработчики нового метода под руководством профессора Сиксиан Ю из департамента электротехники и компьютерных наук MIT уже работают над улучшением технологии. Их цели включают создание лазеров с низким уровнем шума для еще большей глубины проникновения и разработку алгоритмов, которые смогут реконструировать 3D-структуры биологических образцов с высокой детализацией.
В долгосрочной перспективе ученые надеются, что метод станет мощным инструментом для наблюдения за реакцией тканей на лекарственные препараты в реальном времени, что ускорит разработку новых методов лечения.
«Эта технология предоставляет биологам и врачам уникальную возможность наблюдать за биологическими системами в их естественном состоянии. Мы рады сотрудничать с клиницистами и инженерами, чтобы превратить наши достижения в реальные медицинские прорывы», — заключает профессор Ю.
Ранее стало известно, что в России построят мощнейший в мире лазер. Узнайте, зачем он нужен.
