Un sistema de "imágenes químicas" que utiliza un tipo especial de rayo láser para penetrar profundamente en el tejido podría conducir a tecnologías que eliminen la necesidad de extraer sangre para análisis que incluyen pruebas de drogas y detección temprana de enfermedades como el cáncer y la diabetes.

El sistema, llamada microscopía y tomografía de proyección Raman estimulada, hace posible la "obtención de imágenes volumétricas" sin utilizar tintes fluorescentes que podrían afectar las funciones biológicas y obstaculizar la precisión, dijo Ji-Xin Cheng, profesor de la Facultad de Ingeniería Biomédica Weldon de la Universidad de Purdue, Departamento de Química y Centro de Nanotecnología Birck.

"Las imágenes químicas volumétricas permiten una mejor comprensión de la composición química de sistemas biológicos complejos tridimensionales como las células, " él dijo.

La tecnología utiliza un tipo de rayo láser llamado rayo de Bessel, que mantiene el enfoque a una distancia más larga que un "rayo gaussiano" tradicional utilizado en otras tecnologías de imagen, lo que permite penetrar profundamente en los tejidos. La espectroscopia Raman estimulada elimina la necesidad de tintes fluorescentes. La tecnología produce datos más precisos que otros métodos porque permite obtener imágenes de toda la célula "sumando" las señales producidas por el rayo de exploración. Cheng dijo.

Debido a que el haz de Bessel hace posible la obtención de imágenes de tejidos profundos, podría conducir a sistemas que eliminen la necesidad de extraer sangre para análisis tales como pruebas de drogas y detección de biomarcadores para el diagnóstico temprano no invasivo de enfermedades, Cheng dijo.

"Este es un objetivo a largo plazo, ", dijo." Mientras tanto, se necesita mucha más investigación para mejorar el sistema ".

Los investigadores probaron el concepto imaginando el almacenamiento de grasa en las células vivas. Los hallazgos se detallan en un artículo de investigación que aparece el 24 de abril en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

La tecnología reportada proporciona información sobre la composición química, recolectando una serie de imágenes mientras rota la muestra y reconstruyendo la estructura 3-D a través de algoritmos de reconstrucción de imágenes.

El haz de Bessel se produce utilizando un par de lentes "axicón" en forma de cono y se combina con un objetivo de microscopio. Su uso para imágenes de fluorescencia volumétrica fue demostrado previamente por el físico Eric Betzig, quien ganó el Premio Nobel de Química en 2014 por su contribución pionera a la microscopía de fluorescencia de superresolución. La tecnología de súper resolución permite a los investigadores resolver características estructurales mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible, evitando el "límite de difracción" que normalmente impide la obtención de imágenes de características menores de unos 250 nanómetros, que es grande en comparación con ciertas moléculas y estructuras biológicas en las células.

Sin embargo, La microscopía de fluorescencia generalmente requiere el uso de etiquetas fluorescentes, que pueden interferir con los procesos biológicos y obstaculizar la precisión para determinar la estructura química.

Las investigaciones futuras incluirán trabajos para aumentar la sensibilidad de detección del sistema y mejorar la calidad y velocidad de las imágenes.

"Hay mucho margen de mejora, ", Dijo Cheng." El sistema se basa en un láser de femtosegundos voluminoso y relativamente caro, lo que limita su potencial de uso amplio y traducción clínica. Sin embargo, anticipamos que esta limitación se puede eludir mediante innovaciones de ingeniería para reducir el costo y el tamaño de nuestra tecnología. También notamos que la viga de Bessel se puede producir usando fibras, lo que podría simplificar el sistema y permitir aplicaciones endoscópicas ".

El artículo fue escrito por Xueli Chen, un académico visitante de la Universidad de Xidian en China; Chi Zhang, asociado de investigación postdoctoral de Purdue; Los estudiantes de doctorado de Purdue Peng Lin y Kai-Chih Huang; Los investigadores de la Universidad de Xidian Jimin Liang y Jie Tian; y Cheng.