Gesundheit

Neue Technologie bietet beispiellosen Blick in die Kapillaren: Nicht-invasive, 3D-imaging-tool misst den Blutfluss und die Sauerstoffversorgung

Mehr als 40 Milliarden Kapillaren — winzige, Haar-ähnliche Gefäße-sind beauftragt mit der Durchführung Sauerstoff und Nährstoffe in die entferntesten Winkel des menschlichen Körpers. Aber trotz Ihrer schieren Anzahl und monumentale Bedeutung zu grundlegenden Funktionen und den Stoffwechsel, ist nicht viel bekannt über Ihr Innenleben.

Jetzt Northwestern University-team hat ein neues tool, dass Bilder, die den Blutfluss durch die winzigen Gefäße, die Einblick in diesen zentralen Bereich des menschlichen Herz-Kreislaufsystems. Genannte spektrale Kontrast der optischen Kohärenz-Tomographie-Angiographie (SC-OCTA), 3D-imaging-Technik kann erkennen, subtile Veränderungen in der Kapillare Organisation für die frühe Diagnose der Krankheit.

„Es hat eine progressive push-to-image kleiner und kleiner Blutgefäße und mehr umfassende, praktische Informationen“, sagte Vadim Backman, der die Studie leitete. „Jetzt können wir sehen, sogar die kleinsten Kapillaren und Messen die Durchblutung, Sauerstoffversorgung und Stoffwechsel.“

Das Papier war in der vergangenen Woche veröffentlichten in der Zeitschrift Licht: Wissenschaft und Anwendungen. Backman ist der Walter Dill Scott Professor of Biomedical Engineering, Northwestern McCormick School of Engineering.

Forscher und ärzte haben lange Zeit in der Lage, um zu sehen, im inneren große Venen und Arterien mit Doppler-Ultraschall, die verwendet Hochfrequenz-Schallwellen um zu Messen, die Durchblutung. Diese Einsicht aber nicht geben ein vollständiges Bild des Herz-Kreislaufsystems. Im Gegensatz zu Venen und Arterien, Kapillaren sind verantwortlich für den Sauerstoff-Austausch oder Bereitstellung von Sauerstoff zu Organen und Geweben im ganzen Körper, während pendelt Kohlendioxid entfernt. Niedrigen Sauerstoffgehalt im Blut kann zu leichten Problemen wie Kopfschmerzen sein, bis schwere Probleme wie Herzinsuffizienz.

„Sie haben viel Blutfluss durch die Arterien und haben noch absolut kein Blut zu senden Sauerstoff für die Gewebe, wenn Sie nicht das Recht haben, microvasculature,“ sagte Backman. „Der Sauerstoff Austausch ist wichtig, um alles, was der Körper tut. Aber viele Fragen über das, was passiert in den kleinen Gefäßen haben, die unbeantwortet geblieben, weil es kein Werkzeug, Sie zu studieren. Jetzt können wir das angehen.“

„SC-OCTA ist ein wertvolles diagnostisches Werkzeug“, fügte James Winkelmann, ein student im Aufbaustudium in Backman Labor und die Studie der erste Autor. „Wir können nun erkennen, Veränderungen der Kapillaren Organisation, die sich in einer Vielzahl von Bedingungen reichen von Krebs bis zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Erkennung dieser Krankheiten früher hat das Potenzial, Leben zu retten.“

Forscher haben Schwierigkeiten peering im inneren der Kapillaren, weil der Gefäße mikroskopische Größe. Eine einzelne Kapillare ist eine bloße 5-10 Mikrometer im Durchmesser-so klein, dass die roten Blutkörperchen fließen muss, durch eine einzige Datei.

SC-OCTA funktioniert durch die Kombination von Spektroskopie, das sieht in den verschiedenen sichtbaren Wellenlängen des Lichts, oder Farbe, Spektren, die mit herkömmlichen optischen Kohärenz-Tomographie (OCT), ähnlich dem Ultraschall, außer verwendet Lichtwellen statt Schallwellen. Wie ein radar, OKT weist auf das Gewebe des Interesses, und dann-Spektroskopie charakterisiert.

SC-OCTA hat viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Bildgebung: Sie stützt sich nicht auf die injizierten Farbstoffe für Kontrast oder schädlicher Strahlung ist. Viele Arten der Bildgebung auch nur funktionieren, wenn der Bereich von Interesse in Bewegung ist (zum Beispiel Ultraschall, kann nur Bild, Blut, wenn es fließt) oder noch völlig. SC-OCTA nehmen können, ein klares Bild der beiden. Dies ermöglicht es, Bild stagnierende Blut oder bewegliche Organe wie ein schlagendes Herz.

„Es kann Messen, Blut fließt, unabhängig davon, wie schnell es geht, so dass die Bewegung ist nicht das problem“, sagte Backman.

„SC-OCTA‘ s einzigartige Fähigkeit, Bild nicht fließendes Blut könnte auch zu einem wertvollen Werkzeug für den boomenden Bereich des organoids, die untersucht, wie sich Organe entwickeln und reagieren auf Krankheit“, Winkelmann sagte. „Ich bin aufgeregt, um zu beginnen Erkundung der Anwendungen.“

Die neue Technologie ist nur eine Einschränkung, es können nicht Bild, tiefer als 1 millimeter. Das mag flach im Vergleich zu Ultraschall, die mehrere Zentimeter unter der Oberfläche. Backman sagte, dies kann behoben werden, indem das Werkzeug auf das Ende einer endoskopischen Sonde. Durch einsetzen in den Körper, kann das tool Bild-Organe aus Nächster Nähe. Das ist etwas, dass seinem Labor arbeiten jetzt.