Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa phát triển một kĩ thuật hiển vi mới có khả năng định vị những phân tử chưa đánh dấu trong mô sinh vật ở sâu tới vài mili mét. Khoảng cách này sâu hơn nhiều so với những phương pháp hiện nay, chúng hạn chế đến khoảng 100 µm. Được gọi là kĩ thuật hiển vi quang-âm dao động (VPA), kĩ thuật trên có thể dùng để tạo ra những ảnh 3D của những mảng bám trong động mạch và có thể dùng để chẩn đoán những bệnh như chứng xơ vữa động mạch.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát triển những kĩ thuật hiển vi có khả năng định vị những phân tử nhất định trong một mẫu sinh vật mà không cần đánh dấu những phân tử này. Mặc dù những kĩ thuật như tán xạ Raman kích thích và tán xạ đối Stokes Raman kết hợp đã làm cách mạng hóa kĩ thuật chụp ảnh sinh vật, nhưng công dụng của chúng bị hạn chế bởi độ sâu thâm nhập tương đối nhỏ của chúng.
Nay một đội nghiên cứu đứng đầu là Ji-Xin Cheng tại trường Đại học Purude đã làm tăng độ sâu này với việc là những người đầu tiên chứng minh kĩ thuật hiển vi VPA. Việc khai thác hiệu ứng quang-âm trong ghi ảnh và hiển vi học không phải là ý tưởng gì mới, nhưng cái các nhà nghiên cứu trên đã làm khác là sử dụng hiệu ứng trên nhắm tới những phân tử nhất định.
Sơ đồ bên trái thể hiện ánh sáng laser tạo ra sóng âm trong một động mạch. Ở giữa là một ảnh 3D VPA của nhân chất béo trong một động mạch. Ảnh bên phải thể hiện sự khác biệt giữa tín hiệu VPA từ chất béo và collagen. (Ảnh: Đại học Purdue, Khoa Kĩ thuật Y sinh/Han-Wei Wang và Ji-Xin Cheng)
Thu dao động
Kĩ thuật trên bao gồm việc chiếu một xung laser vào một mẫu để kích thích một mode dao động đặc biệt đi cùng với những liên kết carbon–hydrogen trong chất béo cơ thể. Bước sóng của xung laser đó được chọn sao cho sự hấp thụ bởi máu và vùng mô xung quanh là tối thiểu. Xung laser làm cho các phân tử chất béo nóng lên và dãn nở cục bộ, do đó tạo ra sóng áp suất ở tần số siêu âm được phát hiện ra bằng một máy biến năng. Bằng cách quét laser trên mẫu 2D và đo thời gian tới và cường độ của siêu âm tại một số vị trí khác nhau, đội khoa học đã có thể lập ra một ảnh 3D cho biết vị trí của chất béo ở trong mẫu.
“Việc nhắm tới những liên kết hóa học đặc biệt được trông đợi sẽ mở ra một xu hướng hoàn toàn mới trong lĩnh vực trên”, Cheng nói. “Việc đo độ trễ thời gian giữa xung laser và sóng siêu âm cho một khoảng cách chính xác, cho phép bạn ghi ảnh những lớp mô và tạo ra ảnh 3D chỉ qua một lần quét”.
Để chứng minh tiềm năng của kĩ thuật ảnh 3D VPA, những động mạch cảnh đã được lấy từ lợn với những vữa xơ động mạch thấy rõ. Đội khoa học phát hiện ra một tín hiệu VPA mạnh nằm sâu 1,5mm bên dưới bề mặt được rọi sáng của mẫu, cho phép nhận ra những hàm lượng khác nhau của sự tích tụ chất béo. Kĩ thuật VPA phân biệt rõ một số dạng tích tụ chất béo khác nhau trong động mạch. Điều này là quan trọng trong nghiên cứu và chẩn đoán các bệnh tim mạch vì chất béo kết hợp với những chất khác tạo ra vữa xơ bám vào động mạch. Các nhà nghiên cứu còn sử dụng kĩ thuật hiển vi VPA để lập bản đồ phân bố chất béo ở một ấu trùng ruồi giấm.
Bước tiếp theo là thu nhỏ
Nhóm Purdue hiện đang tìm cách thu nhỏ hệ thống của họ và phát triển một dụng cụ ghi ảnh kiểu nội soi. “Chúng tôi đang hi vọng chế tạo một đèn nội soi để đưa vào trong mạch máu”, Cheng nói. “Đèn này sẽ cho phép chúng tôi nhìn thấy bản chất đích thực của sự tạo vữa trong thành động mạch và định lượng và chẩn đoán tốt hơn chứng tim mạch”.
Thành viên đội Han-Wei Wang bổ sung thêm rằng độ phân giải không gian của hệ thống VPA thích hợp cho nghiên cứu tương lai như thế. “Độ phân giải là rất linh hoạt từ cỡ một micromet đến hàng chục micromet”, ông nói. “Đội phân giải đó là một tiến bộ so với những phương pháp ghi ảnh lâm sàng hiện nay như siêu âm nội mạch. Độ phân giải không gian của chúng tôi sẽ đủ cho những ứng dụng chữa trị động mạch, và sẽ là sự lựa chọn tốt nhất làm một phương thức ghi ảnh bổ sung”.
Mặc dù cái quan tâm trước mắt của nhóm Cheng là chứng tim mạch, nhưng trong tương lai, phương pháp trên còn có thể dùng để phát hiện các phân tử chất béo trong cơ để chẩn đoán bệnh đái đường và những rối loạn khác có liên quan tới chất béo. Kĩ thuật trên còn có thể ghi ảnh những thớ nhỏ protein, nên nó có ích khi nghiên cứu vai trò của collagen trong sự tạo sẹo.
Nguồn: physicsworld.com
