אמצעי דימות נטול תגית לניטור ננו-צינורות

 

אמצעי דימות נטול תגית לניטור ננו-צינורות

מאת דר. משה נחמני

עד היום לא הייתה קיימת שיטה לצפות בננו צינורות בתאים חיים ובמחזור הדם, אומר הפרופסור להנדסה ביו-רפואית וכימית Ji-Xin Cheng מאוניברסיטת פרדיו.
 
חוקרים הדגימו אמצעי דימות חדש למעקב אחר חומרים המכונים ננו-צינורות פחמן בתאים חיים ובמחזור הדם, פיתוח שיוכל לסייע במאמצים לשפר את השימוש בהם במחקר ביו-רפואי וברפואה קלינית.

 
לחומרים אלו (ננו-צינורות פחמן) יש את הפוטנציאל לשמש ביישומים מגוונים בתחומים של העברת תרופות לשם טיפול במחלות ובדימות רפואי לטובת המחקר של מחלת הסרטן. שני סוגי ננו-צינורות מופקים בתהליך הייצור – מתכתיים ומוליכים-למחצה. אולם, עד היום לא הייתה קיימת שיטה לצפות בשני הסוגים הללו בתאים חיים ובמחזור הדם, אומר הפרופסור להנדסה ביו-רפואית וכימית Ji-Xin Cheng מאוניברסיטת פרדיו.
 
שיטת הדימות, הקרויה ספיגה ארעית (transient absorption),
מנצלת פעימות של לייזר בתחום הספקטראלי של תת-אדום קרוב (near-infrared) להעברת אנרגיה לתוככי הננו-צינורות, ואז שימוש בפעימת לייזר נוספת באותו התחום לבחינת ננו-הצינורות. החוקרים הצליחו להתגבר על מכשולים עיקריים שהיו קיימים בטכנולוגיית הדימות שמטרתה הייתה איתור וניטור ננו-הצינורות בתוככי תאים חיים ועכברי מעבדה, מסביר החוקר הראשי. "מאחר ואנו מסוגלים לעשות זאת במהירות גבוהה, אנו יכולים לראות מה מתרחש בזמן אמת כיוון שננו-הצינורות זורמים במחזור הדם," מוסיף החוקר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעיNature Nanotechnology.
 
שיטת הדימות החדשנית הינה "נטולת תגית" ("label free"),
כלומר – היא אינה מחייבת שננו-הצינורות יסומנו בחומרי-צביעה, עובדה ההופכת את השיטה למתאימה במיוחד במחקר וברפואה, מוסיף החוקר. "זהו אמצעי חשוב למחקר שיוכל לספק מידע לקהילייה המדעית, וכך היא תוכל ללמוד כיצד לשפר את השימוש בננו-צינורות לטובת יישומים ביו-רפואיים וקליניים," מסביר החוקר. שיטת הדימות הקיימת עושה שימוש במנגנון הנהורנות (luminescence, פליטת אור) והיא מוגבלת מאחר והיא מסוגלת לאתר את ננו-הצינורות מהסוג המוליך-למחצה בלבד אך לא את אלו המתכתיים.
 
לננו-הצינורות יש קוטר של כננומטר אחד ולא ניתן לראותם במיקרוסקופ אור רגיל. אחד מהאתגרים בשימוש בשיטה חדשנית זו עבור מערכות חיות היה הצורך להעלים את ההפרעה שנוצרה כתוצאה מזהירת הרקע של תאי הדם האדומים, שהינה בהירה יותר מאשר ננו-הצינורות. החוקרים פתרו את הבעיה הזו באמצעות הפרדת האותות המתקבלים מתאי הדם האדומים מהאותות המתקבלים מננו-הצינורות לשני ערוצים נבדלים. הקרינה מתאי הדם האדומים מעוכבת מעט יחסית בהשוואה לקרינה הנפלטת מננו-הצינורות. שני סוגי האותות הופכים ל"נבדלי פאזה" באמצעות הגבלתם לערוצים שונים על בסיס עיכוב זה.
 
"השיטה חשובה בתחום של העברת תרופות מאחר ואתה מעוניין לדעת מהו משך הזמן שבו ננו-הצינורות נותרים בכלי-הדם לאחר הזרקתם לגוף," מסביר החוקר הראשי. "ולכן, אתה נדרש לאתר אותם בזמן אמת בעודם זורמים במחזור הדם." המבנים, הקרויים ננו-צינורות פחמן חד-דופנות, מתקבלים בעקבות קיפול מעלה של שכבה חד-אטומית של גרפיט, המכונה גרפן (graphene). מטבעם, ננו-הצינורות הינם הידרופוביים, ולשם השימוש בהם למחקר חלקם צופו במולקולות דנ"א על מנת לאפשר את המסתם במים, מאפיין הנדרש לשם העברתם ממחזור הדם לתוככי התאים עצמם.
 
החוקרים גם קיבלו תמונות של ננו-הצינורות שהצטברו בכבד ובאיברים אחרים על מנת לבחון את פיזורם בעכברים, והם מנצלים את שיטת הדימות החדשה על מנת לבחון ננו-חומרים אחרים, כגון גרפן עצמו.