非侵入式光学成像检测疾病的早期分子标记

　　分析测试百科网讯 包括肥胖，心血管疾病和癌症在内的慢性疾病通常始于细胞代谢的早期细微变化。现在，塔夫茨大学的研究人员开发了一种无创光学成像技术，可以检测这些变化，为新研究和潜在的治疗发展提供了一个早期的机会窗口。

　　“在出现可见的疾病症状和损伤之前，疾病始于与新陈代谢有关的分子的变化，这阻碍了组织和细胞正常运作的能力。”国家光学成像项目主任生物医学成像和生物工程研究所Behrouz Shabestari博士说道。“来自Tufts的这项工作是一种用于检测疾病早期分子特征的创新性和高度重要的方法。”

　　Irene Georgakoudi博士，塔夫茨大学生物医学工程教授和该研究的首席研究员，专门利用光与运行细胞代谢的关键分子相互作用。他们的方法可以随时间对这些关键分子的变化进行成像，而不会干扰或破坏细胞。

　　该组使用了一种称为双光子激发荧光（TPEF）显微镜的技术来监测涉及所有细胞中众多代谢功能的两种分子的活性：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。NADH和FAD都是细胞持续化学反应的关键组成部分，可以储存能量，然后在需要时释放能量，以保持细胞的活力和功能。

　　TPEF成像用近红外激光束激发这些分子。由此产生的荧光信号提供了一个光学工具来监测细胞内的生理和生化事件，这可能表明功能障碍和疾病发作。

　　为了测试成像系统是否可以识别细胞代谢中的不规则性，研究人员使用TPEF对培养的细胞进行成像，其中它们改变了主要代谢过程，其中NADH和FAD具有关键作用。使用的活细胞包括心脏细胞，上皮细胞，干细胞和棕色脂肪（脂肪）细胞。通过在对NADH和FAD进行成像时改变代谢功能，他们确定了这两种分子的特定荧光模式的变化是否是细胞健康或功能的良好指标。

　　在改变参与产生能量的正常代谢过程的不同实验条件下使细胞成像。所测试的条件的实例包括饥饿的葡萄糖细胞，以低氧水平生长细胞（因此能量产生效率低）以及使细胞暴露于低温（影响能量储存）。

　　在每个实验条件下，TPEF成像揭示了荧光的独特模式和强度分布，表明NADH和FAD处于某些化学形式或位置，可以作为了解细胞为什么不能正常运作的图。

　　“这些结果证明了这种非侵入性成像技术用于鉴别可能是疾病发展早期迹象的不健康细胞。”Georgakoudi说。“通过同时结合多种条件下的细胞成像和分析，我们能够在单细胞水平上看到代谢变化的存在以及它们的化学性质。”

　　细胞中产生的代谢变化与癌症，心血管疾病和肥胖等疾病发生的变化类似。“我们相信该技术最终将成为一个重要的新平台，用于在此过程中及早了解和检测这些疾病。”Georgakoudi说。“TPEF也将成为监测新陈代谢变化的宝贵工具，旨在缓解或阻止组织变性或损伤发病前的疾病。”