Когда дело доходит до рака, ясность является ключевым моментом. Возможность визуализировать раковые опухоли и метастатические ткани в трехмерном (3D) виде может помочь клиницистам диагностировать точный тип и стадию рака, а также предоставить информацию о лучших методах лечения. Чтобы получить более четкую ткань для визуализации, группа исследователей из Японии проверила эффективность специализированных гидрогелей. Действуя как трехмерная молекулярная сеть, эти гидрогели могут быстро удалять жиры из тканей, которые являются фактором помутнения тканей, без потери своей структуры. Материал используется в нескольких биомедицинских устройствах, включая контактные линзы.
Они опубликовали свои результаты в Интернете 21 июня в журнале Macromolecular Bioscience с печатным изданием, выпущенным 16 сентября.
«С 1981 года основной причиной смерти в Японии был рак», - сказал первый автор Чи Кодзима, доцент кафедры прикладной химии Высшей школы инженерии Университета префектуры Осака. «Нам нужны новые методы лечения и диагностические методы. Трехмерная флуоресцентная визуализация - один из таких подходов, который может оказаться незаменимым для понимания многоклеточных систем в масштабе органа, поскольку может дать нам больше информации, чем традиционная двухмерная визуализация. Это может быть полезно для персонализации медицина в диагностике, а также в выяснении биологических явлений ».
Этот тип визуализации включает в себя маркировку определенных молекулярных машин, таких как белки, поэтому они флуоресцируют разными цветами в зависимости от того, что они собой представляют. Светящиеся сигналы можно наблюдать в различных образцах, от целых организмов до клеточного уровня. Однако большинство тканей непрозрачны, что блокирует способность видеть эти сигналы. При формировании 2D-изображений образцы нарезаются тонкими срезами, что позволяет легко увидеть сигналы, но исключает возможность визуализации всей системы в 3D.
Ранее исследователи использовали подход, известный как ЯСНОСТЬ, при котором ткани заключаются в полиакриламидные гидрогели. Жиры удаляются из тканей, и показатель преломления среды регулируется. Маркированные светящиеся сигналы можно визуализировать в 3D, но для очистки раковой ткани требуется месяц - слишком много времени для пациента, ожидающего постановки диагноза, по словам Кодзимы. За это время опухоль, скорее всего, распространилась бы.
«Время процесса оптической очистки в методе CLARITY должно быть сокращено для практических применений» , - сказал Кодзима.
Чтобы сократить это время, исследователи использовали цвиттерионные гидрогели, которые сбалансированы по своим заряженным молекулам и сохраняют структуру образцов тканей. Из нескольких комбинаций цвиттерионных гидрогелей команда обнаружила, что полимерные гидрогели, которые имитируют жировые молекулы на ткани, оптически очищают ткани опухоли быстрее всего. По словам Кодзимы, гидрогели обладают высокой осмотической способностью, что может помочь вывести из тканей другие жирные кислоты .
«Сосудистые сети крови в тканях мозга мышей, а также метастатические опухолевые ткани могут быть визуализированы в 3D с помощью нашей системы», - сказал Кодзима.
И они могли визуализировать опухолевые ткани быстрее, чем в своих предыдущих попытках: то, что раньше занимало месяц, можно было достичь за неделю с помощью улучшенного подхода.
Исследователи продолжают изучать эту технику и способы ее применения для диагностики рака у людей.
«Мы пытаемся применить нашу систему для патологической диагностики», - сказал Кодзима. «Мы ожидаем, что можно будет диагностировать весь образец биопсии вместо тонких срезов, что могло бы предотвратить наблюдение за небольшими раковыми опухолями.
Среди других участников - Такаюки Кода и Акикадзу Мацумото, факультет прикладной химии, Высшая школа инженерии, Университет префектуры Осака; Тетсуро Нариай и Джунджи Ичихара, лаборатория биологических исследований, Sumitomo Chemical Company, Ltd.; и Кикуя Сагиура, факультет продвинутой патобиологии, Высшая школа наук о жизни и окружающей среде, Университет префектуры Осака.
Этот исследовательский проект поддерживается Базовым центром трансляционных и клинических исследований Университета Осаки и Японским агентством медицинских исследований и разработок (AMED) в рамках программы трансляционных исследований; Стратегическое продвижение практического применения инновационных медицинских технологий (TR-SPRINT), проект по продвижению междисциплинарных совместных инициатив в области исследований и разработок (JP 21lm0203014).
ФОНДОР: Основной центр переводов и клинических исследований Университета Осаки и Японское агентство медицинских исследований и разработок (AMED)
