Технология ультразвуковой визуализации применяется во всем мире для диагностики болезней и наблюдения за развитием беременности. Звуковые волны обладают способностью проникать в мягкие ткани и распространяться в них, «сообщая» об их форме, плотности и других свойствах. Ученые предполагают, что ультразвуковые технологии следующего поколения смогут давать представление не только о строении и состоянии внутренних тканей и органов, но и об отдельных клетках и молекулах, в том числе связанных с различными опухолями и заболеваниями.
Исследователи из Калифорнийского технологического института предположили, что в достижении этой цели могут помочь технологии белковой инженерии. Они создали особые наноструктуры с белковой оболочкой - газовые пузырьки, способные отражать звуковые волны и таким образом сообщать о характеристиках внутренних структур. В будущем такие газовые пузырьки могут быть помещены в организм пациента для визуализации необходимой области. Подобные наноструктуры можно изменять для получения более четкого сигнала или исследования клеток определенного типа. Также с их помощью возможно получить цветное ультразвуковое изображение.
«В некотором роде это напоминает конструктор Лего», - поясняет автор научной статьи, опубликованной в ACS Nano, Михаил Шапиро. «Мы можем изменять форму белковой оболочки газовых пузырьков, убирая и добавляя необходимые «детали», чтобы получить изображение конкретного типа молекул».
М. Шапиро впервые открыл потенциал использования газовых пузырьков в 2014 году. Подобные структуры естественным образом присутствуют в одноклеточных организмах, обитающих в толще воды, таких, как колониальные цианобактерии AFA (Anabaena flos-aquae). Газовые пузырьки помогают колониям оставаться на плаву в толще воды и регулировать свое нахождение на солнечном свету. Ученый предположил, что газовые пузырьки будут хорошо отражать звуковые волны. Позднее это предположение подтвердилось в экспериментах на мышах.
Команда М. Шапиро поставила задачу научиться менять свойства газовых пузырьков с помощью особого белка, получившего название GvpC (
gas vesicle protein C). Данный белок естественным образом присутствует на поверхности пузырьков, придавая им прочность и удерживая от разрыва. Исследователи научились менять свойства данного белка, в том числе его размер, для получения более прочных газовых структур. Команда также показала, как получить цветное ультразвуковое изображение. Для этого использовались пузырьки с разной устойчивостью к разрыву под давлением.
Ученые надеются, что с помощью новой технологии можно будет наблюдать поведение иммунных клеток, атакующих клетки опухоль, и таким образом отслеживать эффективность препаратов.
