Предварительный просмотр микро

Jul 13, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13375 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1980 г.

2 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Методы оптической микроскопии являются популярным выбором для визуализации микроагентов. Они генерируют изображения с относительно высоким пространственно-временным разрешением, но не раскрывают закодированную информацию, позволяющую различать микроагенты и окружающую среду. В этом исследовании представлена ​​многоцветная флуоресцентная микроскопия для цветовой идентификации мобильных микроагентов и динамического окружения путем спектрального несмешивания. Мы сообщаем о результатах многоцветной микроскопии, визуализируя прикрепление одиночных и кластерных микроагентов к раковым сфероидам, образованным клетками HeLa, в качестве доказательства концепции демонстрации целевой доставки лекарств. Микрофлюидный чип разработан для иммобилизации одного сфероида для прикрепления, обеспечения стабильной среды для многоцветной микроскопии и создания 3D-модели опухоли. Чтобы подтвердить, что многоцветная микроскопия способна визуализировать микроагенты в васкуляризированной среде, в качестве экспериментальных моделей используется сосудистая сеть in vitro, образованная эндотелиальными клетками и хориоаллантоисной мембраной кур ex ovo. Полная визуализация наших моделей достигается за счет последовательного возбуждения флуорофоров по кругу и синхронного получения отдельных изображений из трех разных диапазонов спектра. Мы экспериментально демонстрируем, что многоцветная микроскопия спектрально разлагает микроагенты, органические тела (раковые сфероиды и сосуды) и окружающую среду с использованием флуорофоров с хорошо разделенными спектральными характеристиками и позволяет получать изображения с разрешением 1280 \(\times\) 1024 пикселей до 15 кадров. в секунду. Наши результаты показывают, что многоцветная микроскопия в реальном времени обеспечивает лучшее понимание за счет визуализации с цветовой кодировкой относительно отслеживания микроагентов, морфологии органических тел и четкого различия окружающих сред.

Область микроробототехники открыла новые возможности для различных применений в медицине благодаря достижениям в технологиях микро/нанопроизводства1,2,3. Одним из наиболее известных применений является адресная доставка лекарств, которая представляет собой инновационный метод, позволяющий повысить вероятность успеха лечения, смягчить побочные эффекты лекарств и сократить время выздоровления пациентов4,5. Микроагенты, конечные эффекторы микроробототехнических систем, используются в качестве носителей для доставки лекарств наночастицами и направляются к интересующей ткани внешними стимулами (например, магнитными полями и акустическими волнами)6. Методы визуализации используются для достижения микроагентами целевой ткани, поскольку интеграция датчиков остается проблемой из-за ограничений по размеру7,8. Полученные изображения можно рассматривать только как источник обратной связи для идентификации цели, манипулирования микроагентами и высвобождения лекарств в нужном месте. Поэтому четкая визуализация играет решающую роль в процессе доставки.

Магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютерная томография (КТ), рентгеноскопия, ультразвук и фотоакустическая визуализация используются для визуализации микроагентов в условиях in vitro и in vivo. МРТ используется для одновременного срабатывания и визуализации микроагентов с высоким соотношением контраст/шум9,10,11. Кроме того, изображения МРТ содержат анатомические детали с высоким соотношением контраст/шум для точного управления микроагентами. Однако низкая скорость получения изображений при МРТ делает ее неподходящей для приложений с микроагентами, требующих визуализации в реальном времени12. Подобно МРТ, КТ обеспечивает изображения микроагентов с высоким разрешением, но имеет ограниченное рабочее пространство для интеграции исполнительных и сенсорных систем13. Рентгеноскопия является альтернативным методом визуализации для КТ, позволяющим получить большее рабочее пространство и повысить скорость получения изображений14,15. И КТ, и рентгеноскопия оказывают вредное воздействие как на врачей, так и на пациентов из-за воздействия ионизирующего излучения16. Среди методов визуализации методы на основе ультразвука не имеют каких-либо известных побочных эффектов на здоровье и используются для визуализации микроагентов в реальном времени17,18,19,20,21. Ультразвуковая визуализация обеспечивает большое рабочее пространство для размещения исполнительных систем, поскольку изображения получаются с помощью небольшого ручного датчика22,23,24. Однако ультразвуковые изображения по своей природе зашумлены и содержат артефакты, которые затрудняют обнаружение микроагентов. Фотоакустическая визуализация преодолевает ограничения ультразвуковой визуализации за счет контрастного усиления микроагентов. Поглощение света нагревает микроагенты, содержащие металлические материалы, и последующие акустические волны генерируются за счет теплового расширения25. Генерируемые акустические волны приводят к тому, что микроагенты достигают более высокого соотношения сигнал/шум, чем ультразвуковая визуализация, и различаются из окружающей среды26,27,28.