荧光传感器通常用于标记和成像各种分子,以提供活细胞内部的独特一瞥。然而,这种方法仅限于在实验室培养皿中生长的细胞或更接近人体表面的组织中生长的细胞,因为当传感器植入身体太深时,来自传感器的信号就会丢失。
根据一项研究,麻省理工学院工程师团队的光子技术“极大地改善了”荧光信号新闻发布会上.研究人员表示,传感器可以植入到组织5.5厘米深的地方,仍然可以提供强烈的信号。改进后的信号可以帮助荧光传感器追踪大脑或身体深处其他组织中的特定分子,用于医疗诊断或监测药物效果。
该研究的主要作者Volodymyr Koman说:“如果你有一个荧光传感器,可以探测细胞培养或薄组织层中的生化信息,这项技术可以将所有这些荧光染料和探针转化为厚组织。”
传统上,科学家使用不同种类的荧光传感器,包括量子点、碳纳米管和荧光蛋白,来标记细胞内的分子。用激光照射传感器可以看到传感器的荧光。然而,这种方法不适用于厚的、致密的组织或组织深处,因为组织会发出一些称为自体荧光的荧光,这会使植入物的信号变弱。
“所有的组织都会自发荧光,这成为了一个限制因素,”科曼说。“随着传感器发出的信号越来越弱,它就会被组织自身荧光所取代。”
麻省理工学院的研究人员调节了传感器发出的荧光灯的频率,这样就可以更容易地将其与组织自身荧光区分开来。这种方法被称为波长诱导频率滤波(WIFF),它使用三个激光器来产生具有振荡波长的激光束。
根据研究人员的说法,振荡光束照射在传感器上,使传感器发出的荧光频率增加一倍。信号可以很容易地从背景的自发荧光中识别出来。研究人员报告称,他们将传感器的信噪比提高了50倍以上。
研究人员认为,这种方法可以用来监测化疗药物的有效性。为了证明它的可用性,该团队专注于胶质母细胞瘤。患有这种侵袭性脑癌的患者通常会接受手术,尽可能多地切除肿瘤,然后接受化疗,消除剩余的癌细胞。
“我们正在研究制造小型传感器的技术,这种传感器可以被植入肿瘤附近,它可以显示有多少药物到达肿瘤,以及药物是否被代谢。你可以在肿瘤附近放置一个传感器,从体外验证药物在实际肿瘤环境中的疗效,”该研究的高级作者、麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授迈克尔·斯特拉诺说。
当抗癌药物替莫唑胺进入人体时,它会被分解成更小的化合物,麻省理工学院的研究小组设计了一种传感器来检测这种化合物,即AIC。他们发现,这种植入物可以被放置在动物大脑5.5厘米深的地方,甚至可以通过动物的头骨读取传感器发出的信号。
研究人员表示,这种传感器也可以用于检测肿瘤细胞死亡的分子特征。WIFF方法可用于增强来自其他类型传感器的信号,包括基于碳纳米管的传感器,用于检测过氧化氢、核黄素和抗坏血酸。
斯特拉诺说:“这项技术适用于任何波长,可以用于任何荧光传感器。”“因为你现在有更多的信号,你可以在组织深处植入传感器,这在以前是不可能的。”
麻省理工学院的研究小组希望继续这项研究,使用可调谐激光器来产生信号,并进一步改进这项技术。他们还在研究生物可吸收的传感器,不需要手术移除。
这项研究由科赫综合癌症研究所和Dana-Farber/哈佛癌症中心桥项目资助,另外还得到了瑞士国家科学基金会、日本科学促进会、阿卜杜拉国王科技大学、Zuckerman STEM领导力计划、以色列科学基金会和Arnold and Mabel Beckman基金会的资助。这篇文章发表在杂志上自然纳米技术.