Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали многообещающий метод для дистанционной стимуляции деятельности в глубоких областях мозга, углубляя понимание того, как молекулы действуют в мозге, и прокладывая путь к лучшему лечению рака и лечению других заболеваний.
Подход основан на мощной комбинации наночастиц золота и лазеров, которая также играет важную роль в другом исследовательском проекте UT Dallas, направленном на разработку экспресс-теста для диагностики гриппа и, возможно, вируса COVID-19.
Золото для нейромодуляции
Свет является важным инструментом для модуляции биологических систем, но поглощение и рассеяние в биологических тканях значительно ограничивают его проникновение. Система, разработанная исследователями из Школы инженерных и компьютерных наук им. Эрика Йонссона и Школы поведенческих и мозговых наук, упаковывает молекулы в микроскопические покрытые золотом капсулы или нановезикулы, которые могут быть очень чувствительны к ближнему инфракрасному свету.
Система могла бы решать проблемы в лечении заболеваний, таких как обеспечение доставки лекарств в труднодоступные опухоли в глубоких областях мозга при одновременном снижении повреждения здоровых тканей. Используя этот пример, нановезикулы и их груз вводят в ткани мозга. Внешние лазеры ближнего инфракрасного диапазона, которые проникают в ткани, заставляют капсулы открывать и высвобождать лекарство. Исследователи описывают подход и результаты испытаний на животной модели в статье, опубликованной онлайн в химическом журнале Angewandte Chemie .
«Наша система преобразует свет в механическую волну, которая расшатывает пузырьки», - сказал д-р Чжэнпэн Цинь, доцент кафедры машиностроения в Далласе и соответствующий автор исследования.
Другие исследователи использовали ближний инфракрасный свет для запуска наночастиц, несущих лекарства, таких как фосфолипидные липосомы, которые высвобождают свой груз при нагревании лазером, но подход Цинь с покрытыми золотом нановезикулами использует примерно в 40 раз меньше энергии лазера.
В тестах на животных моделях Цинь и его коллеги обнаружили, что ближний инфракрасный свет проникает в мозг на 4 миллиметра, чего было достаточно для достижения наиболее целевых областей мозга. Цинь сказал, что он ожидает, что лазер проникает достаточно далеко, чтобы достичь целей в глубине мозга грызунов, что поможет ответить на важные вопросы в нейромодуляции.
«Мы хотим улучшить чувствительность тестов, чтобы врачи могли выносить суждение прямо перед пациентом, чтобы иметь возможность сказать, есть ли он у вас или нет».
Хотя система нановезикул должна пройти дальнейшее развитие и тестирование, прежде чем ее можно будет использовать в клинической практике, Цинь сказал, что этот подход в конечном итоге может быть применен к неврологическим расстройствам или другим видам рака. Доктор Хэцзянь Сюн, научный сотрудник лаборатории Цинь и соавтор статьи в журнале, получил новую докторскую стипендию от Исследовательского центра фосфолипидов в Германии для изучения использования покрытых золотом нановезикул и ультракоротких инфракрасных лазеров для нацеливания. и облегчить боль у пациентов после операции. Целью проекта является создание регулируемой системы обезболивания, которая могла бы снизить потребность в опиоидах.
Тестирование на инфекционные заболевания
В рамках отдельного исследовательского проекта Цинь недавно получил грант в размере 293 000 долларов США от программ медицинских исследований, направленных на Конгресс, для разработки быстрого, точного и менее дорогостоящего теста на инфекционные заболевания, включая грипп, который можно было бы проводить в кабинетах врачей. Принцип тестирования может также применяться для диагностики COVID-19.
В то время как многие врачи проводят быстрые тесты на грипп на месте, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, эти тесты могут пропустить грипп в 30-50% случаев. Образцы должны быть отправлены в лабораторию для точного диагноза, который может занять несколько дней.
«Мы хотим улучшить чувствительность тестов, чтобы врачи могли выносить суждение прямо перед пациентом, чтобы иметь возможность сказать, есть ли он у вас или нет», - сказал Цинь.
В методе тестирования наночастицы золота прикрепляются к молекулам антител, которые могут распознавать и связывать молекулы белка, обнаруженные на поверхностях вирусов. Исследователи применяют короткие лазерные импульсы, чтобы активировать наночастицы для создания наноразмерных пузырьков или нанопузырьков. Накопление нанопузырьков сигнализирует о наличии вируса.
«Используя оптику для обнаружения и подсчета нанопузырьков, мы можем чутко и быстро обнаружить наличие специфических респираторных вирусов», - сказал Цинь.
По словам Цинь, одним из преимуществ этого подхода является то, что он не потребует обширной пробоподготовки. Этот метод может помочь врачам быстрее диагностировать вирусы и сократить расходы на здравоохранение, устраняя необходимость в дорогостоящих лабораторных визитах. Подход может быть использован для обнаружения одного вируса или нескольких вирусов.
В конечном счете, исследователи предполагают, что этот тест широко используется в больницах и клиниках, в которых нет лабораторий; тем не менее, метод диагностики необходимо будет дополнительно протестировать, прежде чем он станет широко доступным.
Группа Цинь не работает с живым коронавирусом, только с вирусными генами, белками и антителами. Ранее Цинь получил такие образцы пациентов для исследования респираторно-синцитиального вируса и гриппа.
