Известно, что пространственная структура ткани в пределах одной опухоли может значительно различаться. Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) и Helmholtz Zentrum München добились успеха в визуализации пространственных изменений в опухолях с помощью оптоакустики. Этот метод может быть полезен для будущей разработки новых лекарств.
Злокачественные опухоли потребляют питательные вещества и кислород быстрее, чем здоровые клетки. Поэтому они густо оплетены кровеносными сосудами. В зависимости от типа опухоли и генетического профиля, существуют различия в том, как опухоли выглядят изнутри.
Роль пространственной неоднородности опухоли недостаточно изучена. Обычно используемая для понимания биологических функций оптическая микроскопия, например, дает ограниченную информацию о пространственной неоднородности опухоли, поскольку она позволяет исследовать только образцы объемом менее кубического миллиметра.
Визуализация в высоком разрешении
Мюнхенские исследователи разработали новую методику – мультиспектральную оптоакустическую мезоскопию (MSOM), которая продемонстрировала способность различать контраст в образцах опухоли по крайней мере в 1000 раз больший, чем это возможно при оптической микроскопии, обеспечивая визуализацию паттернов гетерогенности опухоли с высоким разрешением.
При MSOM погруженная в воду опухоль сначала подвергается воздействию инфракрасного лазерного излучения. Опухолевые компоненты поглощают эти импульсы и претерпевают кратковременное повышение температуры, приводящее к локальному увеличению объема с последующим сокращением. Этот процесс расширения и сжатия генерирует слабый ультразвуковой сигнал, который фиксируется детектором.
Собранные данные математически обрабатываются для формирования изображений поглощения света, которые указывают на различные структуры опухоли, отражающие оксигенацию и васкуляризацию опухоли. Изображения, полученные с помощью MSOM, показывают внутреннюю структуру опухолей до десяти миллиметров в глубину и с разрешением менее 50 микрометров.
Вверху – схема работы системы MSOM, внизу – изображения, полученные при разных частотах облучения, и их совмещение. Размер шкалы – 1 мм.
Функциональное разнообразие опухолей
MSOM-визуализация сОлидных опухолей позволила исследователям увидеть их в новом свете.
На снимках карциномы молочной железы мышей исследователи смогли оценить закономерности, указывающие на наличие или отсутствие кровеносных сосудов, и, таким образом, изучать особенности кровоснабжения рака. MSOM также может определять уровень гемоглобина и указывать, связан с гемоглобином кислород или нет. Кроме того, изображения MSOM были использованы для определения проницаемости стенок сосуда для наночастиц. Используя мышиные модели, авторы уже смогли отследить, как транспортировались золотые наночастицы.
3D изображения опухоли без биопсии
В отличие от традиционной гистологии, при которой образец ткани должен быть иссечен и исследован под микроскопом специалистом, MSOM позволяет проводить трехмерный анализ целых живых опухолей без биопсии. Она также поможет получать более точную информацию о росте или регрессии опухоли под влиянием различных препаратов. Это облегчит и ускорит разработку лекарств для людей.
Статья J.Li et al. Spatial heterogeneity of oxygenation and hemodynamics in breast cancer resolved in vivo by conical multispectral optoacoustic mesoscopy опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TUM: High-resolution 3D view inside tumors.
