211service.com
Wielokolorowy rezonans magnetyczny do obrazowania molekularnego
Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest klinicznym koniem roboczym, wytwarzającym niezwykle szczegółowe trójwymiarowe obrazy guzów, naczyń krwionośnych, kości i struktur głęboko wewnątrz ciała. Obrazy MRI są w odcieniach szarości, a ich kontrast opiera się na ilości wody w badanej części ciała. Teraz fizycy wyprodukowali miniaturowe cząstki magnetyczne, które mogą rozjaśnić MRI za pomocą tęczy kolorów, które przekazują bogactwo informacji o stanach chorobowych i zachowaniu tkanek w ciele.
Mini magnesy: Wstrzykiwane do organizmu mikrocząsteczki magnetyczne (u góry) mogą dawać kolorowe obrazy rezonansu magnetycznego, które pozwalają lekarzom badać molekularne podstawy chorób, w tym raka. Na dole znajduje się siatka mini magnesów, zanim zostaną usunięte z płytki półprzewodnikowej, na której są wytwarzane przy użyciu standardowych technik stosowanych w przemyśle komputerowym.
Badania nad tymi cząstkami trwają w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii w Boulder, CO, są na wczesnym etapie, a cząstki nie były testowane na zwierzętach. Ale jeśli wielokolorowe MRI spełni swoją obietnicę, może dostarczyć informacji wizualnych na poziomie genów, białek i innych molekuł. Naukowcy mają nadzieję, że takie obrazowanie molekularne stanie się w końcu częścią medycyny spersonalizowanej, pozwalając lekarzom dosłownie zobaczyć procesy leżące u podstaw zapalenia lub wzrostu guza u danego pacjenta, a następnie przepisać odpowiednią terapię bez domysłów. Większość technik obrazowania molekularnego ma charakter optyczny i obejmuje znaczniki fluorescencyjne, takie jak maleńkie cząstki materiału półprzewodnikowego znane jako kropki kwantowe. Ale światło emitowane przez te znaczniki może przenikać tylko około centymetra tkanki, więc nie są one zbyt przydatne do obrazowania narządów. MRI zapewnia nieinwazyjny wygląd pod powierzchnią.
Obrazy rezonansu magnetycznego są generowane z sygnałów o częstotliwości radiowej emitowanych przez cząsteczki wody wewnątrz ciała. Po włączeniu silnego okrągłego magnesu otaczającego pacjenta, jądra atomów wodoru wewnątrz ciała pacjenta dopasowują się do pola magnetycznego. Impuls o częstotliwości radiowej wytrąca je z równowagi, a gdy wracają na swoje miejsce, uwalniają nadmiar energii w postaci fal radiowych.
Cząstki zaprojektowane przez Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) działają jak miniaturowe magnesy, powodując przewidywalną zmianę częstotliwości fal radiowych emitowanych przez przepływającą przez nie wodę. Wielkość tego przesunięcia jest bezpośrednio związana z rozmiarem i kształtem cząstek, które składają się z dwóch magnesów niklowych w kształcie dysku połączonych ze sobą niemagnetycznymi słupkami. Zróżnicowane przesunięcia częstotliwości radiowych można odwzorować na widmo kolorów światła widzialnego.
Możemy zaprojektować dowolny kolor, jaki tylko zechcemy, mówi Gary Zabow, fizyk w dziale elektromagnetyzmu NIST, który kieruje rozwojem cząstek. Używając technik mikrowytwarzania, które są standardem w branży komputerowej, mówi, uzyskujemy te kolory, kontrolując dokładny kształt cząstek.
Mikromagnesy przesuwają częstotliwość tylko tych fal radiowych, które są emitowane przez wodę przemieszczającą się między ich dyskami. Jeśli ta przestrzeń jest zablokowana, mówi Zabow, cząstki nie mają wpływu na sygnał MRI. W konsekwencji mikromagnesy mogą działać jak miniaturowe czujniki chemiczne. Można celowo zablokować przestrzeń materiałem, który topi się w określonej temperaturze lub w jakiś sposób reaguje, rozszerzając się lub kurcząc w określonych warunkach wewnątrz ciała, mówi Zabow.
Środki kontrastowe do rezonansu magnetycznego już istnieją, a niektóre z nich mogą być nawet nakierowane na określone tkanki lub typy komórek. Podobnie jak mikromagnesy NIST, środki te sprawiają, że część obrazu wygląda jaśniej lub ciemniej, przesuwając częstotliwości radiowe emitowane przez protony. Jednak w przeciwieństwie do cząstek NIST są one wytwarzane przy użyciu technik chemicznych, więc wymiary ich cząstek nie mogą być dokładnie kontrolowane. W konsekwencji nieprzewidywalnie zmieniają częstotliwości sygnałów protonów. Przeciętnie zapewniają kontrast do standardowego sygnału MRI, ale nie mogą oferować dokładniejszych, lokalnych rozróżnień.
Jeśli miałbyś umieścić dwóch [takich agentów], nie mógłbyś odróżnić między nimi, mówi Richard Bowtell , profesor fizyki w Instytucie Neuronauki na Uniwersytecie Nottingham w Anglii. Jednak każda cząstka NIST wytwarza odrębną sygnaturę. Jeśli włożysz je wszystkie jednocześnie, możesz zobaczyć, który sygnał należy do którego, mówi Bowtell.
Mikromagnesy opisane w tym tygodniu w czasopiśmie Natura , były dotychczas wytwarzane z niklu, który jest toksyczny. Ale Zabow mówi, że można je łatwo zrobić z żelaza, które jest nietoksyczne i magnetyczne. Naukowcy badają pomysł wykorzystania cząstek jako czujników warunków fizjologicznych wewnątrz organizmu, mówi Zabow, ale ostrzega, że dopiero teraz robią pierwszy krok w tym kierunku, planując testy w komórkach.