Великий колектив дослідників з Массачусетського технологічного інституту (США) випробував в дії нову технологію візуалізації органів і тканин живої миші в короткохвильовій інфрачервоній області. В основі технології лежать квантові точки - нанокристали арсеніда індія, здатні випромінювати в даній області спектра. Робота опублікована в журналі
Флуоресцентні мітки відіграють важливу роль у біовізуалізації, дозволяючи стежити за окремими молекулами на клітинному рівні, і за різними процесами в динаміці на рівні цілого організму. Спостереження за світінням молекул, позначених барвником або флуоресцентним білком, лежить в основі деяких видів мікроскопії і томографії. При детекції флуоресценції в біологічних зразках виникає ряд труднощів, що значно знижують чутливість і дозвіл цих методів - зокрема, поглинання і розсіювання випромінювання тканинами. Випромінювання в короткохвильовій інфрачервоній області (1000-2000 нанометрів) має переваги перед іншими частинами спектру - воно слабо поглинається і розсіюється, крім того в цій області немає автофлуоресценції тканин. Однак хороших джерел, які можна було б використовувати в біомедицині - здатних випромінювати на цих довжинах хвиль, і при цьому досить яскравих і стабільних - досі не існувало. Для вирішення цієї проблеми вчені з MIT виготовили новий клас квантових точок на основі арсеніда індія (InAs), що випромінюють в короткохвильовій інфрачервоній області і придатних для модифікації під різні біологічні додатки.
Квантові точки - це напівпровідникові нанокристали, здатні до флуоресценції при збудженні в досить широкій області спектру. Їх перевагою є яскравість і висока фотостабільність (це означає, що вони світять дуже довго, і не «вигоряють», як флуоресцентні барвники). Крім того, їх спектральні властивості безпосередньо залежать від розміру, а значить, ними легко маніпулювати. Для використання в якості флуоресцентних міток в організмі миші, автори роботи приготували нанокристали з арсеніда індія, покрили їх оболонкою з інших матеріалів, і отримали набір з декількох сортів частинок, що випромінюють при різних довжинах хвиль в заданому діапазоні. Отримані частинки використовували трьома різними способами для відстеження різних процесів.
По-перше, з квантових точок приготували фосфоліпідні міцелли (бульбашки), здатні довго подорожувати по кровотоку. При ін'єкції препарату мишам виявилося можливим реєструвати серцебиття і дихання тварини щодо зміни інтенсивності світіння. Гризуни під час процесу могли вільно рухатися, що є суттєвою перевагою нового методу: раніше для вивчення фізіології доводилося поміщати тварин у спеціальні пристрої (томограф або електрокардіограф), або використовувати хірургічно імплантовані датчики.
У другому варіанті використання з квантових точок приготували наносоми, включивши їх до складу ліпопротеїнів. Частинки були схожі на міцелли, які всмоктуються в кишечнику в процесі перетравлювання жирів, і доставляються в різні органи, зокрема, в жирову тканину. Цього разу метою авторів було простежити за метаболізмом жирів при потраплянні тварини в холод. Введення флуоресцентних наносом у замерзлу мишу дало можливість детектувати швидке накопичення жирів у бурій жировій тканині (органі, що використовує енергію, запасену в жирах, для генерації тепла). У порівнянні з іншими доступними для такої детекції методами квантові точки дозволили домогтися високої чутливості і більшої роздільної здатності «картинки».
Нарешті, квантові точки в складі композитних частинок ввели в зростаючу пухлину мозку миші. Частинки накопичувалися в судинах пухлини, завдяки чому за нею легко було стежити на тлі навколишніх нормальних тканин мозку (правда, для детекції частинок у мозку в черепі довелося виконати «вікно»). Дослідникам вдалося не тільки розрізнити окремі судини - вени, артерії і капіляри, але і виміряти швидкість кровотоку по руху окремих частинок, як в нормальних тканинах, так і в пухлині.
Хоча квантові точки в цьому дослідженні зарекомендували себе як потужний інструмент для візуалізації буквально будь-яких процесів в організмі і виявилися нетоксичними для тварин, про застосування їх у людській медичній діагностиці говорити ще дуже рано. Принаймні, цей винахід суттєво розширив можливості вчених у галузі доклінічних випробувань ліків, спостережень за пухлинами на модельних тваринах і подібних додатках.