Ранняя диагностика заболеваний мягких тканей, например, рака молочной железы, как правило, требует инвазивной биопсии. Новая самоорганизующаяся наночастица, разработанная Бин Лю (Bin Liu) из Института материаловедения и инженерии (Institute of Materials Research and Engineering) A*STAR и ее коллегами, может сделать биопсию методом диагностики прошлого. Она значительно повышает безопасность двухфотонной микроскопии – технологии, в которой для получения трехмерных изображений структур раковых клеток в живой ткани используются флуоресцентные зонды.

Новый флуоресцентный глюкозаминовый зонд
может сделать обнаружение раковых клеток (зеленые)
с помощью двухфотонной микроскопии проще
и безопаснее. (Фото: 2012 Guan Wang)

Хотя двухфотонная микроскопия обеспечивает глубокий доступ в клетку, почти не повреждая ее, поиск подходящих материалов для светоизлучающих зондов – сложная задача. Так, благодаря яркой и стабильной флуоресценции, клеточные структуры отлично «освещаются» квантовыми точками из наноразмерных агрегатов, например, кадмия или селена. Однако присущая квантовым точкам токсичность ограничивает их использование в биомедицинских исследованиях.

Поэтому в поиске менее токсичных красок для двухфотонной микроскопии Лю и ее коллеги обратились к конъюгированным органическим молекулам. Такие небольшие молекулы, как правило, не могут поглотить достаточное количество лазерного света, чтобы инициировать флуоресценцию. Но ученым удалось решить эту проблему: они синтезировали материал, известный как дендример, имеющий звездчатую форму. Состоящая из центрального трифениламинового ядра и трех «рук» из длинных конъюгированных цепочек, эта уникальная геометрическая конструкция обеспечивает площадь поверхности, способную поглощать фотоны гораздо лучше, чем это делают отдельные молекулы флуоресцентных красителей.

Для обеспечения биосовместимости звездчатых дендримеров с клеточной тканью исследователям пришлось прибегнуть к химическому трюку. Используя универсальную способность к взаимодействию с различными веществами природного полисахарида хитозана, они связали с «руками» дендримера несколько колец аминосахара глюкозамина. По словам Лю, этот процесс снизил цитотоксичность красителя и позволил функционализировать его лигандами – молекулами фолиевой кислоты, мишенями которых являются рецепторы на поверхности клеток рака молочной железы линии MCF-7.

Проведенные эксперименты показали, что в водной среде дендритный краситель самоорганизуется в дисперсные наночастицы и обеспечивает мощную индуцируемую лазером флуоресценцию. Визуализация раковых клеток, инкубированных в среде с такими наночастицами, показала яркую флуоресценцию в их цитоплазме (см. фото). Эти данные говорят о том, что между дендритным красителем и рецепторами фолиевой кислоты на поверхности клеток линии MCF-7 происходит специфическое взаимодействие.

Близкая к 100% выживаемость клеток при концентрациях красителя, используемых при биомедицинских исследованиях, подтверждает, что эта стратегия является безопасным и перспективным способом расширить сферу применения двухфотонной визуализации.

«Нам очень хочется перейти от сегодняшней двухфотонной визуализации in vitro к ее использованию на живом организме», – отмечает Лю.

Аннотация к статье

Glycosylated star-shaped conjugated oligomers for targeted two-photon fluorescence imaging