ミクロの見える化

Jul 13, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13375 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

光学顕微鏡技術は、マイクロエージェントを視覚化するための一般的な選択肢です。 それらは比較的高い時空間解像度の画像を生成しますが、マイクロエージェントと周囲を区別するためのエンコードされた情報は明らかにしません。 この研究では、スペクトル分解によって移動性マイクロエージェントと動的環境を色分けして識別するための多色蛍光顕微鏡法を紹介します。 我々は、標的薬物送達実証の概念実証として、HeLa 細胞で形成された癌スフェロイドへの単一およびクラスターのマイクロエージェントの付着を視覚化することにより、多色顕微鏡のパフォーマンスを報告します。 マイクロ流体チップは、単一のスフェロイドを固定し、マルチカラー顕微鏡検査に安定した環境を提供し、3D 腫瘍モデルを作成するために開発されています。 多色顕微鏡法が血管化環境におけるマイクロエージェントを視覚化できることを確認するために、内皮細胞で形成されたインビトロ血管系ネットワークおよび卵外ニワトリ漿尿膜を実験モデルとして使用した。 私たちのモデルの完全な視覚化は、ラウンドロビン方式での蛍光色素分子の連続励起と、3 つの異なるスペクトル帯域からの同期した個々の画像取得によって実現されます。 我々は、十分に分離されたスペクトル特性を持つ蛍光色素を利用して、マルチカラー顕微鏡法がマイクロエージェント、有機体（がん球状体や血管系）、および周囲の媒体をスペクトル的に分解し、最大 15 フレームまで 1280 \(\times\) 1024 ピクセルで画像取得できることを実験的に示しています。毎秒。 私たちの結果は、リアルタイム多色顕微鏡法が、微小物質の追跡、有機体の形態、および周囲の媒体の明確な区別に関して、色分けされた視覚化によって理解を高めることを示しています。

マイクロロボット工学の分野は、マイクロ/ナノ製造技術の進歩のおかげで、医療におけるさまざまな応用に新たな道を切り開きました1、2、3。 最も顕著な応用例の 1 つは、標的薬物送達です。これは、治療の成功率を高め、薬の副作用を軽減し、患者の回復時間を短縮する革新的な技術です 4,5。 マイクロロボットシステムのエンドエフェクターであるマイクロエージェントは、ナノ粒子薬物送達のためのキャリアとして利用され、外部刺激（磁場や音波など）によって目的の組織に向けて誘導されます6。 サイズの制限によりセンサーの統合が依然として課題であるため、マイクロエージェントが標的組織に到達するためにイメージング技術が利用されています7、8。 取得された画像は、ターゲットの特定、マイクロエージェントの操作、および所望の位置への薬物の放出のためのフィードバックソースとしてのみ考慮することができます。 したがって、明確な視覚化は配信プロセスにおいて重要な役割を果たします。

磁気共鳴画像法 (MRI)、コンピューター断層撮影法 (CT)、蛍光透視法、超音波、および光音響イメージングは​​、インビトロおよびインビボ条件でマイクロエージェントを視覚化するために使用されます。 MRI は、高いコントラスト対ノイズ比でマイクロエージェントの作動と視覚化を同時に行うために使用されます9、10、11。 さらに、MRI 画像には、マイクロ エージェントを正確に操作するための高いコントラスト対ノイズ比を備えた解剖学的詳細が含まれています。 ただし、MRI は画像取得速度が低いため、リアルタイムの視覚化を必要とするマイクロエージェント アプリケーションには適していません 12。 MRI と同様に、CT はマイクロエージェントの高解像度画像を提供しますが、作動システムと感知システムを統合するための作業スペースが限られています 13。 蛍光透視法は、より広い作業スペースを確保し、より多くの画像取得速度を達成するための CT の代替イメージング方法です 14,15。 CT と X 線透視検査はいずれも、電離放射線被曝により臨床医と患者の両方に有害な影響を及ぼします 16。 画像診断法の中で、超音波ベースの技術は健康に対する既知の副作用がなく、マイクロエージェントのリアルタイム視覚化に使用されます17、18、19、20、21。 超音波イメージングは​​、小型の手持ち式プローブを使用して画像が取得されるため、作動システムを配置するための広い作業スペースを提供します22、23、24。 ただし、超音波画像には本質的にノイズが多く、微小物質の検出を妨げるアーティファクトが含まれています。 光音響イメージングは​​、マイクロエージェントのコントラスト強調により超音波イメージングの限界を克服します。 光の吸収により金属材料を含むマイクロエージェントが加熱され、その後の熱膨張により音波が発生します25。 生成された音響波により、マイクロエージェントは超音波画像よりも高い信号対雑音比を達成し、周囲から分解されることがわかります26、27、28。