Los científicos están reduciendo el tamaño y los costos de los microscopios médicos para hacer posible su uso más amplio. y conéctelos con expertos capaces de diagnosticar una enfermedad incluso desde lejos.

Enfermarse en una parte remota del mundo puede significar dificultades para encontrar la atención adecuada. Incluso donde pueda haber ayuda médica disponible, puede ser imposible obtener un diagnóstico definitivo debido a la falta de experiencia especializada y equipo de laboratorio, como microscopios.

La miniaturización avanzada significa que los pacientes podrían beneficiarse de un 'microscopio en un chip, "según el Dr. Angel Dieguez, profesor titular del Departamento de Ingeniería Electrónica y Biomédica de la Universidad de Barcelona, España.

Dirige un proyecto llamado ChipScope, que utiliza algunas de las fuentes de luz más pequeñas jamás fabricadas para superar los límites de la óptica convencional, en un dispositivo potencialmente lo suficientemente compacto como para caber en un bolsillo.

"Es posible que un teléfono móvil modificado tenga imágenes del nanomundo, "Dijo el Dr. Dieguez.

Imágenes de sombra

El prototipo de ChipScope ilumina una muestra de tejido utilizando una serie de diminutos diodos emisores de luz (LED), entre los más pequeños jamás fabricados, para crear imágenes de sombras de la muestra. Luego, estas imágenes se capturan utilizando un detector lo suficientemente sensible como para detectar fotones individuales y se procesan para producir una imagen completa.

Mediante un control muy preciso de estos LED, que son aproximadamente 1, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano, el sistema de imágenes ChipScope tiene una resolución espacial de poco menos de 200 nanómetros, que es el límite habitual con la luz visible.

El microscopio de ChipScope funciona utilizando algunos de los diodos emisores de luz más pequeños jamás fabricados para crear imágenes de sombras de la muestra. Crédito de la imagen:TU Braunschweig

'(Al) activar estos pequeños LED individualmente, y en secuencia, podemos sumar las imágenes de sombras para crear una imagen de la muestra, "Dijo el Dr. Dieguez.

Dados los aspectos prácticos de colocar muestras de tejido o bacterias en un detector tan pequeño, ChipScope está trabajando en una pequeña herramienta de análisis para colocar la muestra entre los LED y el sensor.

El mecanismo en desarrollo utiliza una pequeña cantidad de líquido y bombas de alta precisión para manipular la muestra a través de canales en un portaobjetos de plástico y en el campo de visión. que es de aproximadamente 10 micrones, justo por debajo del tamaño de una célula humana promedio.

El microscopio también podría usarse para identificar y estudiar patógenos, como la bacteria de la tuberculosis en el esputo de un paciente.

Pero fuera del campo médico móvil, ChipScope podría desempeñar un papel en el monitoreo ambiental, como en la evaluación de la calidad del agua o el examen de partículas en el aire contaminado, Dice el Dr. Dieguez.

Podría proporcionar fácilmente imágenes de nanopartículas en el aire, incluidos los de menos de 2,5 micrones, considerado el más peligroso para la salud humana.

El Dr. Dieguez estima que el microscopio y la electrónica de control cuestan menos de 1 €, 000 para el prototipo que se está desarrollando, y que un mayor desarrollo y economías de escala podrían reducir esto a tan solo 10 € aproximadamente.

Mientras ChipScope encoge las fuentes de luz y captura las sombras de una muestra, otro sistema novedoso, desarrollado por Grundium de Finlandia, utiliza exploraciones repetidas con luz de color para ensamblar una imagen digital que luego puede ser analizada por un especialista o un software de diagnóstico inteligente.

"Cualquiera que pueda preparar una diapositiva puede utilizar la tecnología".

Mika Kuisma, CEO, Grundium

Rojo, verde y azul

El microscopio de escaneo digital Grundium realiza escaneos de alta resolución de una muestra de tejido, realizados por separado en rojo, luz verde y azul, que luego se pueden combinar para analizar muestras en diferentes capas, así como maximizar la resolución y el nivel de detalle.

Las imágenes digitales se pueden mostrar en cualquier dispositivo con conexión a Internet y un navegador web, para análisis en el sitio o para compartir en línea para ser estudiado en cualquier parte del mundo. El sistema produce imágenes en una variedad de formatos digitales compatibles con sofisticadas aplicaciones de diagnóstico que pueden reconocer patrones de infección o firmas de enfermedades. como el cáncer, que a veces puede pasar desapercibido incluso para el ojo humano mejor entrenado.

El diagnóstico inteligente es un área de gran crecimiento en la medicina digital, dada la escasez global de patólogos y la creciente necesidad de análisis de tejidos, como lo demuestra la explosión de la demanda de dicha experiencia en la pandemia mundial de COVID-19.

El enfoque de Grundium es desarrollar y combinar hardware, óptica y software para trabajar juntos, el director ejecutivo Mika Kuisma dijo:en lugar de adaptar un convencional, sistema analógico al mundo digital.

Él estima que solo alrededor del 20% de los usuarios potenciales, como los laboratorios de patología y las clínicas pequeñas o medianas, tienen acceso a herramientas de escaneo digital. y que reducir los costos y el tamaño del equipo puede abrir más la puerta a la patología digital.

"Estamos tratando de democratizar el acceso a los servicios de diagnóstico profesional, "dijo Kuisma, ingeniero que trabajó en la empresa de telecomunicaciones móviles Nokia.

"El potencial es enorme, "añadió, observando que la empresa ve un mercado de alrededor de 10, 000 pequeñas y medianas clínicas o laboratorios de patología solo en Europa y América del Norte y un mercado global de alrededor de € 5 mil millones para 2023.

Una vez que las muestras han sido escaneadas y sus imágenes guardadas y almacenadas, toda la información necesaria está disponible para el diagnóstico, sin necesidad de conservar o transportar la muestra original a un laboratorio distante.

El microscopio de Grundium produce imágenes digitales que se pueden analizar en el sitio o compartir en línea para estudiarlas en cualquier parte del mundo. Crédito de la imagen:Mikko Malmivaara Grundium Ltd

Kenia

En un piloto de este enfoque, Grundium ha trabajado con una clínica en la zona rural de Kenia desde 2018 para diagnosticar el cáncer de cuello uterino. El personal de la clínica utiliza el microscopio para escanear muestras de tejido y las imágenes se comparten en línea para que estén disponibles instantáneamente para que las examine un patólogo en Helsinki. Finlandia. Al trabajar con las autoridades sanitarias locales, Kuisma cree que los resultados ayudarán a los pacientes a recibir un mejor tratamiento.

Los productos de Grundium están en el mercado por unos 15 €, 000, pero Kuisma ve que esto se viene abajo con economías de escala y espera ofrecer un producto por menos de 10 €, 000 en los próximos años. Eso se compara con los sistemas existentes que pueden costar 20 veces más.

Si bien eso aún puede estar fuera del alcance de las clínicas más pequeñas en los países en desarrollo, Grundium ve un margen para la colaboración en esas circunstancias con socios capaces, y la posibilidad de tarifas especiales donde la tecnología podría ser beneficiosa.

La preparación de la muestra cuesta solo unos centavos, lo mismo que para cualquier microscopio óptico, y no requiere de un médico especialista, Kuisma dijo:agregando que otras aplicaciones potenciales incluyen sistemas para uso en medicina veterinaria.

"Cualquiera que pueda preparar una diapositiva puede utilizar la tecnología, "añadió.

Al poner la tecnología al alcance de clínicas y hospitales pequeños o medianos, él ve potencial para vincular a los pacientes con diagnósticos inteligentes y experiencia médica que de otro modo estarían fuera de su alcance.