无创光学成像检测疾病的早期分子特征

包括肥胖、心血管疾病和癌症在内的慢性疾病通常从细胞代谢的早期细微变化开始。现在塔夫茨大学的研究人员已经开发出一种检测这些变化的无创光学成像技术,为新的研究和潜在的治疗发展提供了一个早期的机会窗口。

国家生物医学研究所光学成像项目负责人、博士贝鲁兹·沙贝斯塔里解释说:“在可见的疾病症状和损害发生之前,疾病开始于参与新陈代谢的分子的变化,而这些分子阻碍了组织和细胞正常工作的能力。”卡尔成像和生物工程。”Tufts的这项工作是一种创新的、非常重要的检测疾病早期分子特征的方法。”

塔夫茨生物医学工程教授、该项研究的主要研究员艾琳·乔治卡乌迪博士的实验室专门研究利用光与细胞新陈代谢的关键分子相互作用。他们的方法可以在不干扰或破坏细胞的情况下成像这些关键分子随时间的变化。

该研究小组使用一种称为双光子激发荧光显微镜(TPEF)的技术来监测参与所有细胞多种代谢功能的两个分子的活性:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。NADH和FAD都是细胞连续化学反应的关键组成部分,这些化学反应储存能量,并在需要时释放能量,以保持细胞的活力和功能。

TPEF成像用近红外激光束激发这些分子。由此产生的荧光信号提供了一种光学工具来监测细胞内的生理和生化事件,这可以指示功能障碍和疾病的发生。

为了测试成像系统是否能够识别细胞代谢的不规则性,研究人员使用tpef成像培养的细胞,在这些细胞中,他们改变了主要的代谢过程,其中nadh和fad具有关键作用。使用的活细胞包括心脏细胞、上皮细胞、干细胞和棕色脂肪(脂肪)细胞。通过在成像NADH和FAD的同时改变代谢功能,他们确定这两个分子的特异荧光模式的变化是否是细胞健康或功能的良好指标。

相关的Storiesbiotek为Cytation 5细胞成像引入了新的宽视场摄像机,多模式读卡器采用等离子体亚速率的更高分辨率拉曼成像,具有发射新的智能孵化技术的细胞成像系统的聚焦功能,在不同的实验条件下,改变细胞的生长状态,对细胞进行成像。产生能量的正常代谢过程。测试条件的例子包括饥饿的葡萄糖细胞、低氧生长的细胞(因此能量生产效率低下),以及将细胞暴露于低温(影响能量储存)。

在每一种实验条件下,TPEF成像都显示出独特的荧光模式和强度分布,这表明NADH和FAD具有某些化学形式或位置,可以作为一张地图来理解为什么一个细胞不能正常工作。

Georgakoudi说:“这些结果证明了这种无创成像技术在识别可能是疾病发展早期征兆的不健康细胞方面的实用性。”通过同时结合多种条件下的细胞成像和分析,我们能够在单细胞水平上看到代谢变化的存在及其化学性质。”

细胞中产生的代谢变化与癌症、心血管疾病和肥胖等疾病中发生的变化相似。”我们相信这项技术最终将成为一个重要的新平台,在这个过程的早期用来理解和检测这些疾病。TPEF还将是一个非常宝贵的工具,用于监测代谢变化,以响应新的治疗方案,旨在在组织变性或损伤发生前减缓或停止疾病。”

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