1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Крошечный лазер работает внутри живых тканей

Беременность под защитой

Гормоны на защите беременности

Крошечный лазер работает внутри живых тканей

Рани Джордж доктор медицинских наук, врач и исследователь из Бостонской детской больницы обожает детективы. Она сравнивает медицинские исследования своей команды с работой криминалистов. «Тот, кого вы никогда не подозревали, может оказаться преступником», — говорит она.

Еще десять лет назад специалисты Бостонской детской больницы во главе с Рани Джордж обнаружили редкую мутацию в гене ALK, провоцирующую развитие нейробластомы у детей. Обычно этим мутациям сопутствовало повышенное число онкогена MYCN — все вместе предвещало плохой исход для пациента. Ученые научились бороться с этими факторами, и показатели выживаемости маленьких пациентов с нейробластомой улучшились.

Тем не менее, в некоторых случаях рак возвращался с новой силой и прежнее лечение уже не действовало. Ученые понимали: в игру вступает новый фактор, но какой именно, это еще предстояло выяснить.«Когда мы обрабатывали клетки ингибиторами ALK, некоторые из них возвращались в более примитивное состояние, нечто вроде спячки», — говорит Рани Джордж. «И далее можно было наблюдать, как после некоторого периода покоя они внезапно начинают восстанавливаться и размножаться».

Чтобы лучше понять, как развивается резистентность к лечению, команда выполнила секвенирование одноклеточной РНК трех типов клеток нейробластомы: чувствительных к лекарствам, частично резистентных и полностью резистентных. Это позволило увидеть, какие гены включались и выключались в каждом состоянии клетки.

Секвенирование РНК показало, что опухолевые клетки, начавшие размножаться после спячки, производили большое количество протеина по имени БОРИС.

Прим. ред.: на самом деле протеин и соответствующий ген называется BORIS (Brother of the Regulator of Imprinted Sites).

Клетки все еще несли мутации ALK и имели повышенное число копий ДНК онкогена MYCN, но рак больше не нуждался в них для роста.«Клетки эволюционировали до совершенно другого фенотипа», — говорит Джордж. «Они не имели ничего общего с исходными клетками нейробластомы. Мутантный ген ALK не экспрессировался до белка, и хотя клетки имели от 50 до 100 копий онкогена MYCN, они также не экспрессировались».

Вместо этого БОРИС работал за двоих, поддерживая жизнеспособность нейробластомы.«Мы обнаружили, что избыточная экспрессия БОРИС’а при нейробластоме коррелирует с фатальным исходом для пациентов», — говорит Джордж.

Команда исследователей продолжила изучать экспрессию генов при других формах рака. Выяснилось, что при саркоме Юинга, глиобластоме, немелкоклеточном раке легкого, раке молочной железы и яичников экспрессия БОРИС’а была выше при рецидивирующих, резистентных к лечению опухолях по сравнению с их аналогами низкого риска.

Джордж и ее коллеги сейчас в поиске способов нацеливания на БОРИС. Предположительно ингибирование белка BRD4, который работает вместе с БОРИС’ом, стимулируя экспрессию генов, может обуздать рост опухолей, в которых активен БОРИС.

Самое интересное на взгляд ученых, что БОРИС’а вообще сложно было заподозрить в какой бы то ни было связи с онкологией. Обычно он экспрессируется только во время эмбрионального развития и позднее обнаруживается в яичках и клетках яичника. Но теперь все большее количество исследований видит в нем главного подозреваемого в деле смерти людей от рака.

Читать еще:  Аллерголог Сорокина Елена Борисовна – записаться к врачу

Нанолазер может функционировать в живых тканях

Исследователи разработали крошечный нанолазер, который может функционировать внутри живых тканей, не причиняя им вреда. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Materials .

Актуальность проблемы

Хотя для многих применений требуются все более мелкие лазеры, исследователи постоянно сталкиваются с одним и тем же препятствием: нанолазеры, как правило, гораздо менее эффективны, чем их макроскопические аналоги. И эти лазеры, как правило, нуждаются в более коротких длинах волн, таких как ультрафиолетовый свет, для их питания.

«Это плохо, поскольку небольшие лазеры очень чувствительны к повреждениям от ультрафиолета и избыточного тепла, генерируемого неэффективной работой» , — объясняет автор исследования Тери Одом (Teri Odom).

Материалы и методы обследования

Ученые создали нанолазерную платформу, которая решает эти проблемы с помощью фотонного преобразования. При преобразовании с повышением частоты низкоэнергетические фотоны поглощаются и преобразуются в один фотон с более высокой энергией. В этом проекте ученые начали с низкоэнергетических, «биологически чистых» инфракрасных фотонов и преобразовали их в видимые лазерные лучи.

Результаты научной работы

Толщина лазера составляет от 50 до 150 нанометров, что составляет примерно 1/1000 толщины человеческого волоса. При таком размере лазер может приспосабливаться и функционировать в живых тканях, способных ощущать биомаркеры заболевания или, возможно, лечить неврологические расстройства мозга, такие как эпилепсия. Разработанный учеными из Северо-западного университета (Northwestern University) и Колумбийского университета (Columbia Universitу), нанолазер демонстрирует особые перспективы для визуализации в живых тканях. Мало того, что нанолазер сделан в основном из стекла, которое по своей природе является биосовместимым, лазер также может возбуждаться при более длинных длинах волн света и излучать при более коротких длинах волн.

«Более длинные волны света необходимы для биоизображения, потому что они могут проникать в ткани дальше, чем видимые фотоны с волнами обычного размера», — объясняет Тери Одом. «Однако в тех же самых глубоких областях необходимы более короткие длины волн света. Мы разработали оптически чистую систему, которая может эффективно доставлять видимый лазерный свет на глубину проникновения, доступную для более длинных волн» .

Нанолазер также может работать в чрезвычайно ограниченных пространствах, включая квантовые схемы и микропроцессоры для сверхбыстрой и маломощной электроники. Нанолазер может функционировать при малых мощностях и при значительно меньшей длине волны света.

«Наш нанолазер прозрачен, но может генерировать фотоны, которые не видны нашим глазам» , — объясняет Тери Одом. «Непрерывная волна и характеристики низкой мощности откроют множество новых применений, особенно в биологической визуализации» .

Ученые «вооружили» крошечными лазерами живые клетки

Группа ученых-физиков и биологов из Сент-Эндрюсского университета, Сент-Эндрюс, Шотландия, успешно имплантировала крошечные лазеры внутрь живых клеток искусственно выращенной ткани. Эти крошечные источники когерентного света позволяют отслеживать в течение многих дней и недель процессы перемещения и функционирования отдельно взятых клеток, что требуется в некоторых случаях для проведения диагностики и определения методов лечения различных заболеваний, в частности, онкологических.

Для создания лазера любых масштабов требуется две вещи — рабочее тело лазера, материал, который может излучать свет, переходя в возбужденно состояние за счет энергии из внешнего источника. Второй частью лазера является резонансная полость, которая усиливает свет строго определенной длина волны и делает его когерентным.

Читать еще:  Врожденную слепоту вылечат редактированием генома

Раньше ученые уже пытались создать лазерные источники света внутри живых клеток, запуская внутрь этих клеток особые флуоресцентные белки и размещая их в определенном объеме, выполняющем роль оптического резонатора. Однако, шотландские ученые сделали шаг дальше, они смогли «уговорить» живую клетку так, что она поглотила крошечную сферу, изготовленную из пластика, которая выступает одновременно в качестве и рабочего тела и резонансной полости. На приведенном выше снимке эта сфера показана зеленым цветом.

В состав материала сферы введен флуоресцентный краситель, который излучает свет с определенной длиной волны, поглощая фотоны света с произвольными длинами волн. Излученный свет резонирует внутри сферы, усиливаясь и приобретая когерентность. Естественно, что при изготовлении сфер столь малых размеров невозможно точно соблюсти их одинаковые размеры. Поэтому все изготовленные таким образом микролазеры изучают свет, длины волн которого отличаются на небольшую величину. Тем не менее, эту разницу можно зарегистрировать высокочувствительными датчиками и отличить один экземпляр клетки от другого.

В настоящее время ученым удалось внедрить лазеры лишь в искусственно выращенные клетки. Однако, они уже начали работать в направлении разработки технологии имплантации, которая позволит внедрять подобные сферические лазеры в живые клетки тканей организма, что можно будет использовать для отслеживания движения клеток различных типов, к примеру, кровяных клеток или клеток злокачественных опухолей, прямо внутри тела человека.

Еще записи по тегу «клетка»

Создана технология перенастройки любых клеток человека

На смену редактированию генома может придти совершенно новая технология исправления сбоев в организме млекопитающих, в том числе человека, на…

Что такое стволовые клетки и зачем они нужны?

На страницах нашего портала мы очень часто пишем о достижениях в области использования стволовых клеток. Но сегодня мы решили вам рассказать не…

Соединив VR и микроскопы, ученые смогли заглянуть «внутрь клеток»

Ученые из Университета Карнеги-Меллон и Вирджинии-Мейсон придумали технологию, которая может решить проблему недостатка информации при изучении…

Найдены стволовые клетки для лечения многих заболеваний мозга

Производящие кожный пигмент миелин клетки при определенных условиях могут восстанавливать образование миелиновой оболочки — жизненно важного…

Ученые вырастили «чуткие» стволовые клетки для диабетиков

Изменив «рецептуру» применения факторов роста, исследователи получили клетки, которые реагируют на колебания уровня глюкозы столь же чутко, как и…

Биологи создали самые совершенные искусственные клетки

Современная наука достаточно далеко продвинулась в вопросе создания различных искусственных органов и это уже далеко не новость. А как вам…

Создана первая интерактивная модель деления человеческой клетки

4D-модель показывает процессы, происходящие с белками в клетке во время митоза. Митоз, то есть непрямое деление клетки, — фундаментальный…

Ученые показали, как выглядит стволовая клетка в 3D

Все мы уже не один год слышим о стволовых клетках, но полноценно рассмотреть ее можно разве что в цифровом микроскопе, изображение с которого не…

Наша смерть запрограммирована? // Комментарий Владимира Скулачёва к результатам эксперимента по омол

В 1881 году немецкий биолог Август Вейсман выступил во Фрайбурге со своей знаменитой лекцией «О продолжительности жизни». «Я рассматриваю смерть не…

Молодая наука

Первые публикации молодых ученых

Крошечные, биосовместимых нанолазер может функционировать внутри живых тканей

Исследователи разработали крошечные нанолазер, который может функционировать внутри живых тканей, не травмируя их.

Читать еще:  Плацебо лечит бессонницу лучше, чем ничего?

Всего от 50 до 150 нанометров толщиной, лазера составляет около 1/1,000-й толщине одного человеческого волоса. При таком размере, лазер может выглядеть и функционировать внутри живых тканей, с потенциалом, чтобы чувство биомаркеров болезни или, возможно, лечить глубокие-мозг неврологических расстройств, таких как эпилепсия.

Разработана исследователями в университете и Колумбийском университетах, нанолазер показывает определенные перспективы для визуализации в живых тканях. Не только он сделан в основном из стекла, которое неразрывно биосовместимых, лазер также может быть возбуждена с большей длиной волны света и излучают в сторону коротких длин волн.

«Длинные волны света необходимо для биоимаджинга, потому что они могут проникать глубже в ткани, чем видимое излучение фотонов», — сказал Северозападного Тери Одом, который совместно возглавлял исследование. «Но более короткие длины волн света часто желательно в тех же глубоких местах. Мы разработали оптически чистые системы, которые могут эффективно оказывать видимый лазерный свет в глубинах доступными для более длинных волн».

В нанолазер может работать в крайне ограниченном пространстве, в том числе квантовых схем и микропроцессоров для ультра-быстрый и экономичный силовой электроники.

Бумага была опубликована сегодня (сентябрь. 23) в журнале Nature материалы. Одом провел работу с п. Джеймс Шак в школе Колумбийского Университета машиностроения.

В то время как многие приложения требуют более мелкие лазеры, исследователи постоянно работать в том же блокпосте: нанолазеры, как правило, значительно менее эффективны, чем их макроскопических аналогов. И эти лазеры, как правило, нужны более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовый свет, чтобы привести их в действие.

«Это плохо, потому что нестандартные условия, в которых люди хотят использовать маленькие лазеры очень чувствительны к повреждению от ультрафиолетового излучения и чрезмерного тепла, неэффективной работы», — сказал Шак, адъюнкт-профессор машиностроения.

Одом, Шука и их команд удалось достичь платформы нанолазер, который решает эти вопросы с помощью фотона апконверсии. В апконверсия, низкоэнергетические фотоны поглощаются и превращаются в один фотон с более высокой энергией. В этом проекте, команда начала с низким энергопотреблением, «био-дружественные» инфракрасные фотоны и повышением их видимые лазерные лучи. В результате лазер может работать при малых мощностях и вертикально намного меньше, чем длина волны света.

«Наши нанолазер прозрачна, но может генерировать фотоны видны, когда с оптической накачкой светом наши глаза не могут увидеть», — сказал Одом, Чарльз и Эмма Х. Моррисон-профессор химии в колледже Северозападного Вайнберга искусств и наук. «Непрерывная волна, малоэнергичные характеристики откроет множество новых приложений, особенно в области биологических изображений».

«Интересно, наши крошечные лазеры работают на силы, которые на порядки меньше, чем наблюдается в любых существующих лазеров», — сказал Шак.

В исследовании, «сверхнизкие значения непрерывной волны с преобразованием излучения с субволновым плазмонов,» была поддержана Национальным научным фондом (награда кол-ДМР-1608258), на Ванневар Буш факультета стипендию от Министерства обороны США (премия количество N00014-17-1-3023) и Департамента энергетики США (де-AC02-05CH11231). Danqing Анхеля Фернандеса-Браво и Ван Северозападного совместно первых авторов.

Одом является членом Международного института Северозападного нанотехнологий, химии Института жизненные процессы и Роберт Х. Лурье всеобъемлющем онкологический центр Северо-Западного университета.

сделать разницу: спонсорские возможности

История Источник:

Материалы, предоставленные Северо-Западного университета. Оригинальные написанные Аманда Моррис. Примечание: материалы могут быть отредактированы для стиля и длины.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector