Исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили парадоксальное явление в оптической физике, которое может стать основой для нового метода биовизуализации, более быстрого и точного, чем существующие.
Выяснилось, что при определенных условиях хаотичный поток лазерного излучения может спонтанно самоорганизоваться в сфокусированный «карандашный луч». Для этого исследователи нарастили мощность луча и скорректировали угол его направления. Такой луч в 25 раз увеличивает скорость получения трехмерных изображений барьера между кровеносной и центральной нервной системой человека (гематоэнцефалического барьера) — плотно прилегающего слоя клеток, которые защищают мозг от токсинов, но при этом препятствуют проникновению многих лекарственных препаратов.
Благодаря этой технологии можно в режиме реального времени наблюдать за тем, как отдельные клетки поглощают лекарства. Теперь ученые смогут быстрее и точнее проверять, достигают ли новые препараты для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или боковой амиотрофический склероз, своих целей в мозге.
В этой области принято считать, что если увеличить мощность такого лазера, то свет неизбежно станет хаотичным. Но мы доказали, что это не так. Мы доверились фактам, приняли неопределенность и нашли способ заставить свет самоорганизоваться в новое решение для биовизуализации.
Этот подход применим не только к гематоэнцефалическому барьеру, но и позволяет отслеживать с временным разрешением различные соединения и молекулярные мишени в искусственных тканевых моделях, что делает его мощным инструментом для биологической инженерии. Команда получила 3D-изображения на клеточном уровне более высокого качества, чем при использовании других методов, и сгенерировала их примерно в 25 раз быстрее.
В будущем исследователи хотят лучше понять фундаментальные физические принципы работы «карандашного луча» и механизмы его самоорганизации. Они также планируют применить этот метод в других областях: например для визуализации нейронов в мозге, и поставить технологию на коммерческие рельсы.
Ранее физики разработали камеру для наблюдения за электронами в реальном времени.
