ليس مجرد شكل من أشكال الكلام: صبغة الفلورسنت الجديدة يمكن أن تضيء الدماغ

يبتكر مختبر جامعة رايس أداة تصوير جديدة مع إمكانية علاج السرطان.

تحدث عن فكرة لامعة: إن إضاءة المخ لم تعد مجرد صورة للكلام ، وذلك بفضل الكيميائيين المبتكرين في جامعة رايس و جامعة ستانفورد.

ابتكر كل من هان شياو من جامعة رايس وزين تشينج من جامعة ستانفورد ، جنبًا إلى جنب مع المتعاونين ، أداة غير جراحية لتصوير الدماغ تلقي الضوء على الهياكل والوظائف التي كان يتعذر الوصول إليها سابقًا. صبغة الجزيء الصغير الفريدة من نوعها ، والمعروفة باسم الفلوروفور ، هي الأولى من نوعها التي تخترق الحاجز الدموي الدماغي. علاوة على ذلك ، في دراسة أجريت على الفئران ، تمكنت الصبغة من التمييز بين أنسجة المخ السليمة وورم الورم الأرومي الدبقي.


قال شياو: "قد يكون هذا مفيدًا جدًا في الجراحة الموجهة بالتصوير ، على سبيل المثال". "باستخدام هذه الصبغة ، يمكن للطبيب تحديد مكان الحد بين أنسجة المخ الطبيعية مقابل أنسجة الورم."

الدراسة واردة على غلاف مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.

إذا كنت قد زرت حوضًا مائيًا أو ملهى ليليًا ، فمن المحتمل أنك لاحظت التوهج الملون الذي تنبعث منه بعض الأشياء أو الأسطح تحت الضوء الأسود. يمكن أن يكون هذا التأثير المتوهج ، المعروف باسم التألق ، مفيدًا في عرض الأشياء المرئية التي تمر دون أن يلاحظها أحد.

قال شياو: "تم تطبيق التصوير الفلوري لتصوير السرطان في أجزاء مختلفة من أجسامنا". "تشمل مزايا مسبار التألق دقة عالية والقدرة على تكييف المسبار للقراءة للمواد أو الأنشطة المختلفة."

كلما كان النسيج أو العضو أعمق ، زادت الأطوال الموجية اللازمة لتمييز وجود جزيئات الفلورسنت الصغيرة. لهذا السبب ، تعتبر القناة الثانية للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR-II) ذات الأطوال الموجية من 1,000 إلى 1,700 نانومتر مهمة بشكل خاص لتصوير الأنسجة العميقة. كمرجع ، تتراوح أطوال موجات الضوء المرئي من 380 إلى 700 نانومتر.


قال شياو: "إن أداتنا قيّمة حقًا للتصوير العميق لأنها تعمل في منطقة NIR-II". "على عكس الأطوال الموجية لـ NIR-II ، فإن التأثيرات الفلورية داخل الطيف المرئي أو مع أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة بين 600 و 900 نانومتر (NIR-I) ستجعلك تشعر بعمق أكبر."

يمثل تصوير الدماغ تحديًا خاصًا ليس فقط بسبب عمق الأنسجة وإمكانية الوصول إليها ولكن أيضًا بسبب الحاجز الدموي الدماغي ، وهي طبقة من الخلايا تعمل كمرشح انتقائي للغاية لتقييد مرور المواد من الجهاز الدوري إلى الجهاز العصبي المركزي .

"يريد الناس دائمًا معرفة ما يحدث بالضبط في الدماغ ، ولكن من الصعب جدًا تصميم جزيء يمكنه اختراق الحاجز الدموي الدماغي. ما يصل إلى 98٪ من الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة المعتمدة من قبل Food and دواء قال شياو: "إدارة الغذاء والدواء لا تستطيع".


"بشكل عام ، السبب الذي يجعل جزيء صبغة NIR-II يميل إلى أن يكون كبيرًا هو أنه بنية مترافقة مع العديد من الروابط المزدوجة ،" تابع. هذه مشكلة حقيقية والسبب في عدم قدرتنا على استخدام التألق في تصوير الدماغ حتى الآن. لقد حاولنا معالجة هذه المشكلة من خلال تطوير سقالة الصبغة الجديدة هذه الصغيرة جدًا ولكن لها طول موجي انبعاث طويل ".

على عكس السقالات الأخرى المعروفة بصبغة NIR-II ، والتي لا تستطيع عبور الحاجز الدموي الدماغي ، فإن تلك التي طورها Xiao أكثر إحكاما ، مما يجعلها مرشحًا رائعًا للتحقيقات أو الأدوية التي تستهدف الدماغ. قال شياو: "في المستقبل ، يمكننا تعديل هذه السقالة واستخدامها للبحث عن الكثير من المستقلبات المختلفة في الدماغ".

بعيدًا عن الدماغ ، تتمتع الصبغة التي طورتها Xiao بقوة دائمة أكبر بكثير من صبغة الإندوسيانين الخضراء ، وهي صبغة NIR الوحيدة الجزيئية الصغيرة المعتمدة من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للاستخدام كعامل تباين. يعني العمر الأطول أن الباحثين لديهم المزيد من الوقت لتسجيل أثر الفلورسنت قبل أن يختفي.

قال شياو: "عند تعرضها للضوء ، تتدهور آثار الصبغة الخضراء من الإندوسيانين في ثوانٍ ، بينما تترك صبغتنا أثرًا ثابتًا لأكثر من 10 دقائق".



المرجع: "السقالات الفلورية ذات الجزيئات الصغيرة المستقرة ضوئيًا NIR-II التي تعبر الحاجز الدموي الدماغي للتصوير غير الغازي للدماغ" بقلم شيشاو وانج ، هوي شي ، لوشون وانج ، أكسل لوريدو ، سيرجي إم باتشيلو ، ويليام وو ، زيرو تيان ، يودا تشين ، ر.بروس وايزمان ، Xuanjun Zhang ، Zhen Cheng و Han Xiao ، 13 ديسمبر 2022 ، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية. 
دوى: 10.1021 / jacs.2c11223

تم تمويل الدراسة من قبل معهد الوقاية من السرطان والبحوث في تكساس ، والمعاهد الوطنية للصحة ، ووزارة الدفاع الأمريكية ، ومؤسسة ويلش ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ومؤسسة هاميل ، ومؤسسة جون إس دان ، وقسم جامعة ستانفورد. قسم الأشعة.