По мере того как технологические возможности в инженерном деле и здравоохранении постоянно расширяются, ученые и инженеры разрабатывают новые технологии для улучшения здоровья в будущем. Одна из таких областей, наномедицина, исследует использование наночастиц для доставки лекарств в организм для борьбы с инфекционными заболеваниями или раком. Оценка этих наномедицинских препаратов в клетках, тканях и органах часто выполняется с помощью оптической визуализации, которая может иметь ограниченное качество разрешения изображения. Необходимы новые технологии визуализации, чтобы увидеть наночастицы в их трехмерном ультраструктурном контексте внутри биологических тканей.

"Чтобы увидеть наномедицины в биологических образцах, исследователи либо используют электронную микроскопию, которая обеспечивает превосходное пространственное разрешение, но не обладает возможностями трехмерной визуализации, либо оптическую микроскопию, которая обеспечивает превосходное трехмерное изображение, но демонстрирует относительно низкое пространственное разрешение", - сказал Вильгельм. "Мы демонстрируем, что можем выполнять трехмерную визуализацию биологических образцов с разрешением, подобным разрешению электронной микроскопии. Этот метод, называемый визуализацией со сверхвысоким разрешением, позволяет нам видеть наномедицинские препараты внутри отдельных клеток. Используя этот новый метод визуализации с высоким разрешением, мы теперь можем начать отслеживать наночастицы внутри клеток, что является необходимым условием для разработки наномедицинских препаратов, которые безопаснее и эффективнее воздействуют на определенные области внутри клеток".

Исследователи применили метод трехмерной визуализации со сверхвысоким разрешением, известный как расширительная микроскопия, который включает в себя встраивание клеток в набухающие гидрогели. Подобно водопоглощающим материалам, используемым в подгузниках, гидрогелевые материалы физически увеличиваются в 20 раз по сравнению с первоначальным размером при контакте с водой.

"Это расширение позволяет получать изображения клеток с боковым разрешением приблизительно 10 нанометров с помощью обычного оптического микроскопа", - сказал Вильгельм. "Мы объединили этот метод с подходом к получению изображений металлических наночастиц внутри клеток. Наш подход использует присущую металлическим наночастицам способность рассеивать свет. Мы использовали рассеянный свет для изображения и количественной оценки наночастиц внутри клеток без необходимости в каких-либо дополнительных метках наночастиц".

Авторы предполагают, что их технология платформы визуализации с высоким разрешением может быть использована для улучшения разработки более безопасных и эффективных наномедицинских препаратов, чтобы ускорить внедрение этих технологий в клинику.