انقلابی در تصویربرداری پزشکی به کمک پروتئینی درخشان

به گزارش سیناپرس، پروتئین هایی که طول موج های طولانی تری از نور نزدیک به مادون قرمز ساطع می کنند به ایجاد تصاویر زیست پزشکی دقیق و با وضوح بالا کمک می کنند.

به گفته محققان تصویربرداری از بافت های عمیق با نور دشوار است. دانشمندان غالباً به دلیل ساختارهای بدن و جذب سریع و پراکندگی نور مرئی توسط مواد شیمیایی، فقط می توانند یک یا دو میلی متر عمق یک بافت را مشاهده کنند. اگر آنها در کاوش دورتر موفق باشند، مواد شیمیایی مانند کلاژن یا ملانین اغلب با فلورسانس طبیعی، تصویر را مسدود می کنند.

استفاده از این تکنیک برای تصویربرداری از بافت عمیق مانند تلاش برای رصد ستارگان در نور روز است چراکه سیگنال ها از بین می روند. برای رهایی از این چالش ها، مهندسان زیست پزشکی و ژنتیک در دانشگاه دوک و کالج پزشکی آلبرت انیشتین پروتئین فلورسنت کوچکی را طراحی کرده اند که نوری را ساطع و جذب می کند که به اعماق بافت بیولوژیکی نفوذ می کند.

این پروتئین طول موج‌ های طولانی ‌تری از نور را در طیف نزدیک به فروسرخ (NIR) جذب و ساطع می ‌کند و به دانشمندان این امکان را می ‌دهد تا تصاویر زیست ‌پزشکی عمیق‌تر، تمیزتر و دقیق ‌تری را ثبت کنند.

جونجی یائو (Junjie Yao) استادیار مهندسی زیست پزشکی در دوک گفت: بافت ها در پنجره ۷۰۰-۱۳۰۰ نانومتری نور دارای شفاف ترین حالت هستند. نور می تواند در این طول موج ها عمیق تر به بافت نفوذ کرده و چون فلورسانس پس زمینه طبیعی کمتری برای فیلتر کردن وجود دارد، می توانیم نوردهی طولانی تری داشته باشیم و تصاویر واضح تری بگیریم.

دانشمندان با استفاده از گیرنده های نوری که معمولاً در باکتری ها به عنوان پایه ساختار یافت می شوند از یک فرآیند تکامل مولکولی هدایت شده برای مهندسی پروتئین های خود استفاده کردند.به گزارش سیناپرس، این گیرنده های نوری زمانی که در معرض طول موج خاصی از نور قرار می گیرند، می توانند بین حالت غیرفعال و فعال حرکت کنند و برای مطالعه تصویربرداری مناسب باشند. آنها می توانند با مولکول های زیستی فراوان در بافت پستانداران و انسان ها پیوند بخورند.

ولادیسلاو ورخوشا (Vladislav Verkhusha) پروفسور ژنتیک در کالج پزشکی آلبرت انیشتین، نیویورک می ‌گوید: ما ساختار گیرنده های نوری به نام بیلی‌وردین را مطالعه کردیم تا تعیین کنیم گیرنده نوری چگونه به بهترین شکل به مولکول زیستی متصل می ‌شود. پس از اینکه فرآیند اتصال را فهمیدیم، به دقت جایگزین‌ بخش ‌های کلیدی مولکول متصل به بیلی‌وردین را مشخص کردیم تا اتصال الکترون را افزایش دهیم که برای به دست آوردن فلورسانس جابه‌جایی قرمز ضروری است.

در آخر نیز جهش زایی تصادفی را انجام دادیم و به دنبال آن غربالگری های با توان بالا انجام شد تا پروتئین ها تکامل یافته و روشنایی خود را افزایش دهند.

به گفته ورخوشا، پروتئینی که بیش از همه می درخشد، معروف به miRFP718nano، به راحتی در سلول ها و بافت ها ساخته می شود و نوری درست خارج از طیف بینایی تولید می کند. در حالی که این فعال سازی به خودی خود مفید است، دوره بعدی فعالیت ها نوید بیشتری را برای تصویربرداری بیولوژیکی ارائه می دهد.

به گزارش سیناپرس، دانشمندان از پروتئین‌های تغییر یافته miRFP718nano برای مشاهده سلول‌های غده پستانی موش، عکس‌برداری از باکتری‌های موجود در سیستم گوارشی موش و حتی پیگیری تغییرات التهاب در کبد موش در مدل‌های حیوانی استفاده کردند. در مقایسه با تصاویر ایجاد شده با استفاده از یک پروتئین تصویربرداری معمولی، همه تصاویر ثبت شده واضح تر و دقیق تر بودند. دانشمندان خوشبین هستند که ادامه همکاری آنها برای کار آنها در زمینه تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی پروتئین مفید باشد.

شرح کامل این پژوهش در مجله تخصصی Nat Methods منتشر شده است.

مترجم: فاطمه امینی

No tags for this post.