Správy

San Jose, Kalifornia, Február 2009 – Vedci z divízie IBM Research (NYSE: IBM) v spolupráci s výskumným pracoviskom Center for Probing the Nanoscale na Stanfordskej univerzite predviedli zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) so 100 miliónnásobne jemnejším priestorovým rozlíšením v porovnaní s konvenčným MRI zobrazovaním.

Video s ukážkou, ako táto technológia funguje, nájdete na www.youtube.com/watch?v=AAA4FGKCBik

Tento výsledok bol zverejnený v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) a znamená významný krok vpred vo vývoji nástrojov pre molekulárnu biológiu a nanotechnológiu, pretože ponúka možnosť študovania zložitých 3D štruktúr v nanometrických rozmeroch.

Prienikom MRI do takto jemného rozlíšenia vytvorili vedci mikroskop, ktorý môže byť po ďalšom vývoji dostatočne výkonný na to, aby odhalil štruktúru a interakcie proteínov a vytvoril tak cestu pre nové zdokonalenia v personalizovanej zdravotnej starostlivosti a cielenej medicíne. Tento vývoj významne ovplyvní štúdium materiálov od proteínov až po integrované obvody, pre ktoré je nevyhnutné detailné pochopenie atómovej štruktúry.

Tento pokrok je možný vďaka metóde nazývanej magneticko-rezonančná silová mikroskopia (MRFM), ktorá je založená na detekcii ultramalých magnetických síl. Okrem vysokého rozlíšenia má táto zobrazovacia metóda ďalšie výhody. Je chemicky špecifická, „vidí“ pod povrch a na rozdiel od elektrónovej mikroskopie nemá ničivé účinky voči citlivým biologickým materiálom.

Už viac ako desaťročie dosahujú vedci IBM významné pokroky v oblasti MRFM. Tím pod vedením IBM tento krát dosiahol výrazné zvýšenie citlivosti MRFM, ktorú skombinoval so zdokonalenou metódou rekonštrukcie 3D obrazu. To umožnilo po prvýkrát predviesť MRI na biologických objektoch na nanometrickej úrovni. Táto metóda sa aplikovala na vzorku vírusu tabakovej mozaiky, pričom sa dosiahlo rozlíšenie až štyri nanometre. (Jeden nanometer je jedna miliardtina metra a vírus tabakovej mozaiky má priemer 18 nanometrov.)

Nové zariadenie nepracuje rovnako ako konvenčné MRI zobrazovacie zariadenie, ktoré využíva gradientové a zobrazovacie cievky. Namiesto toho využívajú výskumníci na detekciu slabej magnetickej sily metódu MRFM, pri ktorej je vzorka na mikroskopickej konzole, čo je v podstate veľmi malý plátok kremíka, ktorý má tvar ako mostík na skákanie do vody. Laserový interferometer sleduje pohyb konzoly, ktorá jemne vibruje, keď magnetické spiny v atómoch vodíka vzorky vzájomne pôsobia na nanoskopický magnetický hrot v ich blízkosti. Hrot je snímaný trojrozmerne a vibrácie konzoly sa analyzujú s cieľom vytvorenia 3D obrazu.

Ďalej pokračuje správa v pôvodnom znení:

“MRI is well known as a powerful tool for medical imaging, but its capability for microscopy has always been very limited,” said Dan Rugar, manager of nanoscale studies, IBM Research. “Our hope is that nano MRI will eventually allow us to directly image the internal structure of individual protein molecules and molecular complexes, which is key to understanding biological function.”

IBM Research has a distinguished history in developing microscopes for nanoscale imaging and science. IBM researchers Gerd Binnig and Heinrich Rohrer received the 1986 Nobel Prize in Physics for their invention of the scanning tunneling microscope, which can image individual atoms on electrically conducting surfaces.

Additionally, IBM has a track record dating back to the 1950s of improving healthcare through scientific achievements and collaboration with healthcare companies. In the last decade, IBM has developed a national digital mammography archive with the University of Pennsylvania; developed a clinical trial participant system with the Mayo Clinic; collaborated with Scripps to understand how influenza viruses mutate and proactively develop treatments; collaborated with European universities to develop better methods to decide on antiretroviral therapies for HIV; launched the World Community Grid, which has done projects on cancer, aids, dengue fever; and much more.

O divízii IBM Research
Divízia IBM Research je najväčšou svetovou odvetvovou výskumnou organizáciou, ktorá zamestnáva okolo 3000 vedcov a inžinierov v ôsmich laboratóriách v šiestich krajinách. Spoločnosť IBM vytvorila viac vedeckých objavov než ktorákoľvek iná spoločnosť v IT odvetví a v priebehu posledných 15 rokov si bezkonkurenčne udržuje prvenstvo v počte priznaných amerických patentov. Viac informácií nájdete na www.research.ibm.com (US).

O spoločnosti IBM
Spoločnosť IBM je jednou z najväčších spoločností v oblasti informačných technológií na svete, ktorá už 80 rokov pomáha inovovať podnikovú infraštruktúru. Spoločnosť IBM využíva zdroje vlastnej organizácie aj kľúčových obchodných partnerov, aby ponúkla spektrum služieb, riešení a technológií, ktoré umožňujú veľkým i malým spoločnostiam získať plnú výhodu nového on demand biznisu. Ďalšie informácie o spoločnosti IBM nájdete na webovej adrese www.ibm.com/sk.

Zobrazenie kľúčových prvkov magneticko-rezonančnej silovej mikroskopie. Vysoko citlivá kremíková konzola slúži na detekciu slabej magnetickej sily pôsobiacej medzi nanoskopickým magnetickým hrotom (zelený) a vodíkovými jadrami prítomnými vo vírusových časticiach umiestnených na konci konzoly (modré, viditeľné v odraze). Nanoskopické zobrazovanie magnetickou rezonanciou sa dosiahne nasnímaním magnetického hrotu trojrozmerne pôsobením rádiofrekvenčného magnetického poľa, ktoré generuje „mikropásik“ (červený), na vodíkové jadrá vo vzorke.

(Vľavo) Trojrozmerná rekonštrukcia hustoty vodíka vo vírusových časticiach umiestnených na konzole.
(Vpravo hore) Jedna rovina rekonštrukcie zobrazujúca vodík v niekoľkých vírusových časticiach.
(Vpravo dole) Priečny rez vírusovými časticami zobrazujúci častice umiestnené na vrchu prirodzene sa tvoriacej uhľovodíkovej vrstvy. (Adapted from Fig.3 of the PNAS article.)

(Vľavo) Trojrozmerná rekonštrukcia hustoty vodíka vo vírusových časticiach umiestnených na konzole. Homogénna svetlá vrstva vznikla ako dôsledok prirodzene sa tvoriacej uhľovodíkovej vrstvy pod vírusovými časticami, ktoré sú viditeľné vo vrchných vrstvách.
(Vpravo) Jedna rovina rekonštrukcie zobrazujúca vodík v niekoľkých vírusových časticiach. (Adapted from Fig.4 of the PNAS article.)

Pohľad na magnetický hrot (modrou), ktorý pôsobí na častice vírusu nachádzajúce sa na konci konzoly.

Základná konfigurácia nanoskopickej MRI použitím magneticko-rezonančného silového mikroskopu. Nad magnetickým hrotom je ultracitlivá kremíková konzola s vírusom. Vysokofrekvenčné magnetické pole vytvorené „mikropásikom“ pod hrotom pôsobí na vodíkové jadrá vo vzorke vírusu, ale len v oblasti „rezonančnej vrstvy". Rýchle natáčanie vodíkových jadier spôsobuje, že konzola jemne vibruje v dôsledku magnetických síl pôsobiacich medzi jadrami vodíka a magnetickým hrotom. Vibrácie konzoly sú zachytené prostredníctvom laserového interferometra. Nasnímaním magnetického hrotu do trojrozmerného rastra a použitím dômyselného algoritmu na rekonštrukciu obrazu sa získa 3D obraz vzorky. (Adapted from Fig.1 of PNAS article.)

Elektrónový mikrograf zobrazujúci zakončenie kremíkovej konzoly s niekoľkými vírusovými časticami. (Adapted from Fig.1 of the PNAS article.)