Используя фотоакустическую микроскопию (PAM), методику на основе ширины импульса с одной длиной волны, разработанную в его лаборатории, Ван, профессор биомедицинской инженерии Джина К. Бира в Школе инженерии. Прикладная наука, смогла получить изображения оксигенации крови в 50 раз быстрее, чем их предыдущие результаты, с помощью быстрого сканирования PAM; В 100 раз быстрее, чем их система акустического разрешения; и более чем в 500 раз быстрее, чем двухфотонная микроскопия на основе времени жизни фосфоресценции (TPM).Результаты опубликованы 30 марта в расширенном онлайн-издании Nature Methods.Другие существующие методы, включая функциональную МРТ (фМРТ), TPM и широкопольную оптическую микроскопию, предоставили информацию о структуре, оксигенации крови и динамике потока мозга мыши.
Однако, по словам Ванга, у этих методов есть ограничения по скорости и разрешению.Чтобы компенсировать эти ограничения, Ван и его лаборатория внедрили быстродействующий PAM, который позволил им получать высокоскоростные изображения мозга живой мыши через неповрежденный череп с высоким разрешением. Этот метод позволил получить поперечное пространственное разрешение в пять раз лучше, чем предыдущая лабораторная система быстрого сканирования; В 25 раз лучше, чем его предыдущая система акустического разрешения; и более чем в 35 раз точнее, чем фотоакустическая компьютерная томография на основе ультразвуковой матрицы.Что наиболее важно, PAM позволял получать трехмерные изображения оксигенации крови с разрешением на уровне капилляров с частотой одномерного изображения 100 кГц или 10 микросекунд.
«Используя этот новый метод, основанный на использовании одной длины волны и ширины импульса, PAM способен быстро отображать насыщение гемоглобина кислородом», — сказал Ван. «Кроме того, с помощью этого метода мы смогли составить карту сосудов оксигенации мозга мышей за сосудом».«Многое из того, что мы узнали о функции человеческого мозга за последнее десятилетие, было основано на наблюдении изменений кровотока с помощью функциональной МРТ», — сказал Ричард Конрой, доктор философии, программный директор по оптической визуализации в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии. «Работа Ванга значительно увеличивает как пространственное, так и временное разрешение фотоакустической визуализации, которая теперь может выявить динамику кровотока и метаболизм кислорода на уровне отдельных клеток. В будущем фотоакустическая визуализация может служить важным дополнением к фМРТ, ведущие к критическому пониманию функций мозга и развития болезней ".Обеспокоенный воздействием метода микроскопии на живую ткань, Ван и его команда обнаружили, что все отображаемые эритроциты были неповрежденными, а ткани мозга не были повреждены.
«ПАМ чрезвычайно чувствителен к гемоглобину в крови и к изменению его цвета из-за связывания кислорода», — сказал Ван. «Без введения какого-либо экзогенного контрастного вещества, PAM позволяет нам количественно определять сосуд за сосудом все жизненно важные параметры гемоглобина и даже вычислять скорость метаболизма кислорода. Учитывая важность метаболизма кислорода в базовой биологии и таких заболеваниях, как диабет и рак, Ожидается, что PAM найдет широкое применение ".