非侵入式光學成像檢測疾病的早期分子標記

　　分析測試百科網訊 包括肥胖，心血管疾病和癌癥在內的慢性疾病通常始于細胞代謝的早期細微變化。現在，塔夫茨大學的研究人員開發了一種無創光學成像技術，可以檢測這些變化，為新研究和潛在的治療發展提供了一個早期的機會窗口。

　　“在出現可見的疾病癥狀和損傷之前，疾病始于與新陳代謝有關的分子的變化，這阻礙了組織和細胞正常運作的能力。”國家光學成像項目主任生物醫學成像和生物工程研究所Behrouz Shabestari博士說道。“來自Tufts的這項工作是一種用于檢測疾病早期分子特征的創新性和高度重要的方法。”

　　Irene Georgakoudi博士，塔夫茨大學生物醫學工程教授和該研究的首席研究員，專門利用光與運行細胞代謝的關鍵分子相互作用。他們的方法可以隨時間對這些關鍵分子的變化進行成像，而不會干擾或破壞細胞。

　　該組使用了一種稱為雙光子激發熒光（TPEF）顯微鏡的技術來監測涉及所有細胞中眾多代謝功能的兩種分子的活性：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。NADH和FAD都是細胞持續化學反應的關鍵組成部分，可以儲存能量，然后在需要時釋放能量，以保持細胞的活力和功能。

　　TPEF成像用近紅外激光束激發這些分子。由此產生的熒光信號提供了一個光學工具來監測細胞內的生理和生化事件，這可能表明功能障礙和疾病發作。

　　為了測試成像系統是否可以識別細胞代謝中的不規則性，研究人員使用TPEF對培養的細胞進行成像，其中它們改變了主要代謝過程，其中NADH和FAD具有關鍵作用。使用的活細胞包括心臟細胞，上皮細胞，干細胞和棕色脂肪（脂肪）細胞。通過在對NADH和FAD進行成像時改變代謝功能，他們確定了這兩種分子的特定熒光模式的變化是否是細胞健康或功能的良好指標。

　　在改變參與產生能量的正常代謝過程的不同實驗條件下使細胞成像。所測試的條件的實例包括饑餓的葡萄糖細胞，以低氧水平生長細胞（因此能量產生效率低）以及使細胞暴露于低溫（影響能量儲存）。

　　在每個實驗條件下，TPEF成像揭示了熒光的獨特模式和強度分布，表明NADH和FAD處于某些化學形式或位置，可以作為了解細胞為什么不能正常運作的圖。

　　“這些結果證明了這種非侵入性成像技術用于鑒別可能是疾病發展早期跡象的不健康細胞。”Georgakoudi說。“通過同時結合多種條件下的細胞成像和分析，我們能夠在單細胞水平上看到代謝變化的存在以及它們的化學性質。”

　　細胞中產生的代謝變化與癌癥，心血管疾病和肥胖等疾病發生的變化類似。“我們相信該技術最終將成為一個重要的新平臺，用于在此過程中及早了解和檢測這些疾病。”Georgakoudi說。“TPEF也將成為監測新陳代謝變化的寶貴工具，旨在緩解或阻止組織變性或損傷發病前的疾病。”