Vėžio ir kitų neurologinių patologijų sukeltų molekulinių pokyčių smegenyse stebėjimas neinvaziniu būdu yra vienas didžiausių biomedicininių tyrimų uždavinių. Tai buvo pasiekta naudojant naują eksperimentinę metodiką, įvedant šviesą į pelių smegenis naudojant itin ploną zondą. Tyrimas publikuojamas žurnale Gamtos metodai tarptautinė komanda, kurią sudaro Ispanijos nacionalinio vėžio tyrimų centro (CNIO) ir Ispanijos nacionalinės tyrimų tarybos (CSIC) grupės.
Autoriai apibūdina naują techniką kaip „molekulinį žibintuvėlį“, nes jis suteikia informacijos apie nervinio audinio cheminę sudėtį jį apšviesdamas. Tai leidžia analizuoti molekulinius pokyčius, sukeltus pirminių ar metastazavusių navikų, taip pat sužalojimus, tokius kaip galvos smegenų trauma.
Molekulinis žibintuvėlis yra mažesnio nei 1 mm storio zondas, kurio galas yra vos vieno mikrono pločio – apie tūkstantąją milimetro dalį – ir nematomas plika akimi. Jis gali būti įterptas giliai į smegenis nepažeidžiant (palyginimui, žmogaus plauko skersmuo yra nuo 30 iki 50 mikronų).
Šis žibintuvėlis-zondas dar nėra paruoštas tirti su pacientais, o kol kas tai visų pirma „perspektyvi“ gyvūnų modelių tyrimų priemonė, leidžianti „stebėti molekulinius pokyčius, sukeltus trauminio smegenų pažeidimo, taip pat aptikti diagnostinius smegenų metastazių žymenis. su dideliu tikslumu“, – aiškina straipsnio autoriai.
Darbą atliko Europos NanoBright konsorciumas, kurį sudaro dvi Ispanijos grupės: Manuelis Valiente, vadovaujamas CNIO smegenų metastazių grupei, ir CSIC Neuroninių grandinių laboratorija Cajal institute, vadovaujama Liset Menéndez de la. Prida. Abi komandos buvo atsakingos už biomedicininius tyrimus NanoBright, o grupės iš Italijos ir Prancūzijos institucijų sukūrė prietaisus.
Smegenų tyrinėjimas su šviesa anksčiau jos nekeičiant
Šviesos naudojimas smegenų funkcijai aktyvuoti arba įrašyti yra puikus pasiekimas, tačiau tai nėra nauja technika. Pavyzdžiui, vadinamieji optogenetiniai metodai leidžia valdyti atskirų neuronų veiklą šviesa. Tačiau šie metodai reikalauja, kad į neuronus būtų įvestas genas, kad jie būtų jautrūs šviesai. Naudojant naują „NanoBright“ technologiją, smegenys gali būti tiriamos be išankstinių pakeitimų, o tai rodo biomedicininių tyrimų paradigmos pokytį.
Techninis metodo, kuriuo grindžiamas naujas molekulinis žibintuvėlis, pavadinimas yra vibracinė spektroskopija. Jis veikia išnaudodamas šviesos savybę, žinomą kaip Ramano efektas: kai šviesa sąveikauja su molekulėmis, ji išsisklaido skirtingai, priklausomai nuo jų cheminės sudėties ir struktūros. Tai leidžia aptikti unikalų signalą arba spektrą kiekvienai molekulei. Tada spektras veikia kaip molekulinis parašas, suteikiantis informaciją apie apšviesto audinio sudėtį.
„Galime pastebėti bet kokius molekulinius smegenų pokyčius, kuriuos sukelia patologija ar sužalojimas“
„Ši technologija, – aiškina Manuelis Valiente, – leidžia tyrinėti smegenis jų natūralioje būsenoje be išankstinio pakeitimo. Be to, ji leidžia analizuoti bet kokio tipo smegenų struktūrą, ne tik tas, kurios buvo genetiškai pažymėtos ar pakeistos. , kaip buvo būtina naudojant ankstesnes technologijas, naudojant vibracinę spektroskopiją, mes galime pamatyti bet kokius smegenų molekulinius pokyčius, kai yra patologija.
Ramano spektroskopija jau naudojama neurochirurgijoje, tačiau labiau invaziniu ir mažiau tiksliu būdu. „Buvo atlikti tyrimai dėl jo vartojimo smegenų auglio operacijos metu pacientams”, – pažymi Valiente.
„Operacinėje, chirurginiu būdu pašalinus didžiąją dalį naviko, galima įkišti Ramano spektroskopijos zondą, kad būtų galima įvertinti, ar toje vietoje liko vėžio ląstelių. Tačiau tai daroma tik tada, kai smegenys jau yra atviros ir ertmė yra pakankamai didelis, šie palyginti dideli „molekuliniai žibintuvėliai“ nesuderinami su minimaliai invaziniu naudojimu gyvų gyvūnų modeliuose.
Minimaliai invazinis metastazių analizės metodas
„NanoBright“ konsorciumo sukurtas zondas yra toks plonas, kad bet kokia žala, kurią jis gali sukelti patekęs į smegenų audinį, laikoma nereikšminga, todėl jis vadinamas „minimaliai invaziniu“.
Straipsnyje autoriai siūlo konkrečias taikymo sritis. Valiente grupė CNI naudojo molekulinį žibintuvėlį eksperimentiniuose smegenų metastazių modeliuose.
„Kaip ir pacientams, stebėjome navikų frontus, išleidžiančius ląsteles, kurios išvengtų operacijos“, – sako Valiente. „Skirtumas nuo esamų technologijų yra tas, kad dabar mes galime atlikti šią analizę minimaliai invaziniu būdu, nepriklausomai nuo to, ar navikas yra paviršinis, ar gilus.”
Vienas iš CNIO komandos dabartinių tikslų yra nustatyti, ar zondo pateikta informacija gali „atskirti įvairius onkologinius subjektus, pavyzdžiui, metastazių tipus, remiantis jų mutaciniais profiliais, pagal jų pirminę kilmę arba nuo skirtingų smegenų auglių tipų“.
AI diagnostikos žymenims identifikuoti
Savo ruožtu Cajal instituto komanda naudojo šią techniką, kad ištirtų epileptogenines sritis aplink trauminius smegenų sužalojimus. „Mes galėjome nustatyti skirtingus vibracijos profilius tuose pačiuose smegenų regionuose, kurie linkę į epilepsijos priepuolius, priklausomai nuo to, ar jie buvo susiję su naviku ar trauma. Tai rodo, kad šių sričių molekuliniai parašai yra paveikti skirtingai ir gali būti naudojami atskirti. tarp skirtingų patologinių subjektų, naudojant automatinius klasifikavimo algoritmus, įskaitant dirbtinį intelektą“, – aiškina Menéndez de la Prida.
„Vibracinės spektroskopijos integravimas su kitais smegenų veiklos registravimo būdais ir pažangia skaičiavimo analize naudojant dirbtinį intelektą leis mums nustatyti naujus didelio tikslumo diagnostinius žymenis“, – daro išvadą CSIC tyrėjas. „Tai palengvins pažangių neurotechnologijų kūrimą naujoms biomedicinos reikmėms.