Физики рассмотрели гематоэнцефалический барьер с помощью нового лазерного пучка

Команда ученых из MIT (Массачусетский технологический институт, США) заметила новый лазерный пучок почти случайно. Они работали с многомодовым оптическим волокном, внутри которого свет распространяется по нескольким траекториям. Такое волокно может выдерживать высокие мощности излучения без повреждений. Исследователи тестировали величину мощности, при которой начинается разрушение материала.

Обычно чем с большей мощностью работает лазер, тем более беспорядочным и рассеянным становится прошедшее через волокно излучение. Это происходит из-за несовершенств внутренней структуры оптоволокна.

Но когда физики увеличили мощность почти до точки, где волокно начинало гореть, свет повел себя неожиданно. Излучение самоорганизовалось и схлопнулось в острый луч, стабильный, чистый и сфокусированный. Статью о своем исследовании ученые опубликовали в журнале Nature Methods.

Самоорганизованный игольчатый пучок излучения требует двух требовательных к точности условий: лазер должен попадать в оптоволокно строго перпендикулярно, а мощность должна быть так высока, чтобы свет начал взаимодействовать со стеклом, из которого состоит волокно.

«При этой критической мощности нелинейность может противостоять внутреннему беспорядку, создавая баланс, который преобразует входной луч в самоорганизованный игольчатый пучок», — объяснил один из авторов статьи Хунхао Цао (Honghao Cao).

Исследователи использовали свою разработку для визуализации процессов в человеческом гематоэнцефалическом барьере (ГЭБ). Эта структура — плотно упакованный слой клеток, барьер между кровеносной и центральной нервной системой. Он защищает мозг от токсинов, но блокирует проникновение многих лекарств. При этом ученым и медикам важно знать, как именно лекарства движутся внутри сосудистой системы ГЭБ и достигают ли они своих целей в мозге.

Стандартные методы исследования этих процессов основаны на послойном «фотографировании» происходящего на барьере. Это долгий процесс, при котором часто не получается с нужным пространственным и временным разрешением проследить за биологическими процессами. Использование игольчатого пучка дало ученым возможность проследить, как клетки поглощают белки в реальном времени, и для этого даже не понадобились светящиеся метки.

«Тот факт, что этот новый метод не требует флуоресцентной маркировки клеток, меняет правила игры. Теперь мы впервые можем визуализировать зависимое от времени проникновение лекарств в мозг и даже определять скорость, с которой конкретные типы клеток усваивают лекарство», — сказал профессор биологической и механической инженерии Роджер Камм (Roger Kamm).

Исследователи получили трехмерные изображения клеток более высокого качества, чем с помощью других методов, и сформировали эти изображения примерно в 25 раз быстрее. Из-за нового пучка ученым не придется выбирать между разрешением и глубиной фокуса изображения, они могут получать информацию о происходящем в толще биологической ткани за один скан.

Физики и биологи уверены, что игольчатый пучок поможет им быстрее и с большим разрешением проверять, достигают ли новые лекарства от нейродегенеративных заболеваний (болезни Альцгеймера или бокового амиотрофического склероза) своих целей в мозге. В будущем исследователи планируют применить эту технику к другим биологическим объектам и процессам, например, к работе нейронов, а также сделать технологию коммерчески доступной.

Evgenia Vavilova

198 статей

Пишет в основном о физике и химии, любит нанотехнологии, шестиугольники и утконосов.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram