Учёные разработали новую технологию 5D-визуализацию молекул в живых клетках

Международная группа учёных из Университета Южной Калифорнии (англ. University of Southern California, сокр. USC) совместно с коллегами из Кембриджского университета (англ. University of Cambridge) разработали компьютерный алгоритм, позволяющий создавать трёхмерную визуализацию молекул в живых клетках в динамике (поэтому 5D). Утверждается, что новая методика, получившая название «Hyper-Spectral Phasor» или сокращённо HySP, быстрее, дешевле и точнее существующих методов визуализации, предназначенных для выявления признаков заболевания. Результаты исследования были опубликованы в научном рецензируемом журнале Nature Methods 9 января 2017 года.

Существующие методы визуализации (на момент публикации статьи) работают по следующему принципу. Определённые молекулы помечаются специальными красителями (маркерами), каждый из которых светится в своём спектре. С помощью приборов свечение фиксируется и получается двумерное (2D) флуоресцентное изображение. Изучая получившееся изображение учёные могут определить где и в каких тканях произошло накопление светящихся клеток. В зависимости от того, какие именно клетки были помечены, диагностируется развитие ракового или любого другого заболевания. Эта информация в свою очередь может быть использована в выявлении мишеней для точечного введения лекарственных препаратов.

Новый алгоритм HySP позволяет за одну процедуру создать трёхмерное изображение и представить его в динамике, т. е. увидеть, какие изменения с течением времени происходят в тканях, помеченных маркерами. По словам одного из авторов исследования Франческо Кутрале (Francesco Cutrale), чтобы с помощью существующих методов визуализации получить подобный результат, потребуется произвести множество снимков, а затем попытаться сопоставить их друг с другом, что является трудоёмким и дорогостоящим процессом. Кроме того HySP способен эффективно фильтровать различные помехи и улавливать даже очень слабый сигнал маркеров.

На лабораторном этапе тестирование разработки осуществлялось на рыбках Данио-рерио, где использовались генетические манипуляции для маркировки молекул. Подобный способ не приемлем для человеческого организма, поэтому учёные планируют использовать сигналы естественной флуоресценции биомалекул. В обычных условиях это явление мешает визуализации, но благодаря компьютерным алгоритмам HySP исследователи надеются найти нужные цели в организме.

Проверка гипотезы будет проводится в полевых условиях совместно с Министерством обороны на солдатах, получивших повреждения лёгких в результате воздействия химических веществ и прочих раздражителей. С помощью светоизлучающего зонда будет записываться изображение флюоресценции в окружающих тканях лёгких с применением алгоритмов HySP, а затем сравниваться с такими же изображениями здоровой лёгочной ткани. Если результаты окажутся положительными, то, как надеются учёные, новая технология получит широкое распространение в гражданской и военной медицине для диагностики заболеваний.

Источник: ScienceDaily