Звук и лазеры позволили рассмотреть работу органов в реальном времени

При помощи новой технологии ученые заглянули внутрь живой мыши и увидели течение крови, работу органов и срабатывание нейронов. Исследователи утверждают, что новая методика преодолевает многолетние пределы разрешения и скорости визуализации всего тела небольшого животного. Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.

Метод, который ученые назвали «одноимпульсная фотоакустическая компьютерная томография» (single-impulse photoacoustic computed tomography — SIP-PACT), комбинирует различные техники и позволяет добиться результата, недостижимого по отдельности ни оптической микроскопией, ни ультразвуковым сканированием, ни магнитно-резонансной, рентгеновской или позитронной томографией. В его основе лежит облучение тела отдельными сверхкороткими импульсами мощного лазера, вызывающими ультразвуковые колебания клеток, которые беспрепятственно распространяются сквозь ткани.

«По сути, мы сжимаем энергию, соответствующую секунде излучения полуденного солнца, освещающего площадь размером с ноготь, в одну наносекунду, — говорит Цзюньцзе Яо, профессор биомедицинской инженерии из Университета Дьюка. — Когда лазер попадает на клетку, он слегка нагревает ее и заставляет мгновенно расшириться, создавая ультразвуковую волну. Это можно сравнить с разницей между толканием тела для медленного перемещения и ударом, вызывающим вибрацию». В результате можно проникать вглубь биологических тканей на пять сантиметров с субмиллиметровым разрешением, при этом сохраняя информативность традиционной оптической микроскопии.

В новой работе ученые смогли добиться необходимой скорости получения изображений, а также добавили панорамный вид при помощи кругового детектора. Полученная установка может снимать 50 кадров в секунду с разрешением в 120 микрометров. «Панорамный эффект позволяет получать информацию со всех направлений и углов, максимально используя каждый лазерный импульс, — поясняет Яо. — можно видеть тело в динамике: биение сердца, расширение артерий, функционирование различных тканей». Исследователи продемонстрировали возможности метода наблюдением за клетками меланомы, путешествующими по кровеносным сосудам.