Микробы улучшают качество ультразвуковой визуализации
 Изображение пузырьков Anabaena Flos-aqueae, а также полученные с их помощью УЗИ. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Ультразвуковое исследование тканей позволяет визуализировать объекты размером до 10 – 100 микрометров. Исследователи уже довольно давно пытаются улучшить качество отображения с помощью данного метода путем введения в организм особых контрастных агентов, в частности, микропузырьков – липидных структур, которые могут захватывать газ и позволяющих повышать рассеяние в определенной области исследуемого объекта. Однако такой микромасштабный контраст состоит из слишком крупных частиц, чтобы пройти через кровеносную систему организма. Кроме того, сам по себе он неустойчив. Связано это с тем, что стабильные нанометровые структуры, содержащие в себе газ, в принципе довольно сложно создать: при уменьшении размера частиц повышается поверхностное натяжение, что снижает их стабильность.
Таким образом, на роль контраста ученые из California Institute of Technology (США) искали структуру, которая имеет определенную плотность и упругость, а, кроме того, является белком. В результате детального поиска были обнаружены микроорганизмы, способные создавать газовые пузырьки. Производимые ими газовые образования представляют собой генетически закодированные структуры с размерами от десятков до сотен нанометров, содержащие газ. Они производятся микроорганизмами для контроля своей плавучести, что позволяет улучшить их доступ к свету и питательным веществам. О существовании подобных газовых пузырьков было известно более века, но до сих пор никто не предлагал использовать их в области нанотехнологий.
Как выяснили исследователи, эти естественные структуры позволяют обойти проблему высокого поверхностного натяжения мелких частиц. Поверхность пузырька представляет собой мембрану, которая не пропускает воду, но свободно пропускает любые газы (как наружу, так и внутрь), таким образом, не получается никакой разницы давлений внутри и снаружи пузырька.
Исследования газовых пузырьков, полученных двумя различными микроорганизмами, показывают, как вариации в генетическом кодировании позволяют сформировать определенные свойства структур. В сотрудничестве с учеными из University of California (США) и University of Toronto (Канада) исследователи выяснили, что пузырьки, произведенные Halobacterium NRC-1, обеспечивают хорошее рассеяние высших гармоник падающей акустической волны (что положительно влияет на свойства контраста). А пузырьки Anabaena flos-aquae не дают столь «яркого» сигнала, зато более стабильны при повышенном давлении. Это делает их более простыми в обращении и дает возможность соединить белком биотином или стрептавидином, стимулирующим образование кластеров, которые в свою очередь повышают контраст ультразвукового сигнала (кластеры в данном случае могут использоваться по аналогии с агрегатами в магнитно-резонансной томографии).
Как считают ученые, для практического применения методики необходима дальнейшая работа по оптимизации мощности сигнала, а также «корректировка» контраста для работы со специальными клетками (в частности, образующими опухоли). Кроме того, необходимы тесты, чтобы убедиться в нетоксичности контраста для тканей человека (в ходе экспериментов острой токсичности для организма мышей в течение 48 часов выявлено не было). Также неизвестно, будет ли при длительном воздействии микроорганизмов на организм развиваться иммунный ответ.
Подробные результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Новый материал увеличивает производительность микробных топливных элементов
- Биоводород теперь можно получать даже в присутствии кислорода
- Американские учёные приблизились к пониманию «диалога» бактерий
- Полимерные частицы могут стать хорошим акустическим контрастом
- Ученые выявили неожиданные свойства у самых обычных жидкостей
Источники: