Похожие статьи
Биомедицинские и генетические инженеры из Университета Дьюка и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна разработали небольшой флуоресцентный белок, который излучает и поглощает свет, проникающий глубоко в биологическую ткань. Адаптированный к длинам волн в ближнем инфракрасном (NIR) спектре, этот белок может помочь исследователям получать более глубокие, чистые и точные биомедицинские изображения. Работа ученых появилась в журнале Nature Methods.
Визуализация глубоких тканей с помощью света является сложной задачей. Видимый свет часто быстро поглощается и рассеивается структурами и молекулами в организме, не позволяя исследователям видеть глубже, чем на миллиметр в ткани. Если им удается исследовать дальше, такие вещества, как коллаген или меланин, часто искажают изображение, создавая эквивалент фонового шума из-за их естественной флуоресценции.
«Биологические молекулы естественным образом поглощают и излучают свет в видимом спектре, который составляет от 350 до 700 нанометров, — делится Джунджи Яо, доцент кафедры биомедицинской инженерии в университете Дьюка. — Поэтому, используя его для получения изображения глубоких тканей, это все равно, что пытаться наблюдать звезды при дневном свете. Сигналы выходят наружу «.
Чтобы выбраться из этой мутной воды, Яо и его сотрудник Владислав Верхуша, профессор генетики Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке, разработали белок, который поглощает и излучает более длинные волны света в ближнем инфракрасном (NIR) спектре.
«Ткань наиболее прозрачна в 700-1300-нанометровом окне инфракрасного света, — рассказывает Яо. — На этих длинах волн свет может проникать глубже в ткань, а поскольку естественная фоновая флуоресценция отфильтровывается меньше, мы можем делать более длительные экспозиции и получать более четкие изображения».
Верхуша и его лаборатория использовали процесс, называемый направленной молекулярной эволюцией, для создания своих белков, используя фоторецепторы, обычно встречающиеся у бактерий, в качестве основы для структуры. Эти фоторецепторы полезны для исследований изображений, потому что они могут переключаться между тихим и активным состоянием при попадании на определенную длину волны света. Они могут связываться с биливердином, биомолекулой, которая в больших количествах содержится в тканях млекопитающих и человека.
«Мы изучили структуру биливердина, чтобы определить, как фоторецептор лучше всего прикрепится к биомолекуле. После того, как поняли процесс связывания, осторожно ввели замены ключевых частей молекулы, соединяющихся с биливердином, чтобы увеличить связывание электронов, что необходимо для получения флуоресценции с красным смещением. Наконец, мы провели случайный мутагенез с последующим высокопроизводительным скринингом, чтобы белки эволюционировали и увеличивали свою яркость «, — объясняют ученые.
Самый яркий обнаруженный белок, названный miRFP718nano, легко вырабатывается в клетках и тканях и излучает свет за пределами видимого диапазона. Но хотя сама активация NIR полезна, то, что происходит после первоначального всплеска активности, имеет еще больше перспектив для биомедицинской визуализации.
Эксклюзивный перевод*
Фото: Джунджи Яо, Университет Дьюка
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
