En un paso importante hacia el diagnóstico endoscópico del cáncer, Los investigadores han desarrollado una sonda de fibra óptica portátil que se puede utilizar para realizar múltiples técnicas de imágenes no lineales sin la necesidad de tinción de tejidos. La nueva sonda de imagen multimodal utiliza un láser ultrarrápido para crear efectos ópticos no lineales en el tejido que pueden revelar cáncer y otras enfermedades.

Hoy dia, El cáncer generalmente se diagnostica extrayendo un poco de tejido con una biopsia y luego enviando ese tejido a un patólogo especialmente capacitado que tiñe el tejido y usa un microscopio para buscar células cancerosas. La capacidad de los médicos para omitir la biopsia y utilizar un endoscopio de imágenes multimodal para diagnosticar el cáncer en el lugar ahorraría un tiempo valioso y también podría permitir a los cirujanos diferenciar más fácilmente entre tejido canceroso y tejido sano durante la cirugía.

Con la nueva sonda, Las técnicas de obtención de imágenes que anteriormente requerían instrumentos voluminosos de sobremesa se pueden realizar con un dispositivo de mano que mide solo 8 milímetros de diámetro. aproximadamente del mismo diámetro que un bolígrafo. Si se miniaturiza aún más, la sonda podría integrarse fácilmente en un endoscopio para obtener imágenes multimodales no lineales dentro del cuerpo.

"Esperamos eso, Un día, Las técnicas de imágenes endoscópicas multimodales podrían ayudar a los médicos a tomar decisiones rápidas durante la cirugía. sin necesidad de tomar biopsias, el uso de tratamientos de tinción o la realización de procedimientos histopatológicos complejos, "dijo Jürgen Popp, del Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica en Jena, Alemania y el autor principal del artículo.

Los investigadores detallan su nueva sonda portátil en Optica , Revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto. Es la primera sonda miniaturizada para imágenes biológicas multimodales que incorpora una fibra de imágenes multinúcleo, un tipo de fibra óptica que consta de varios miles de elementos de guía de luz. Esta fibra de imagen especial permitió a los investigadores mantener todas las partes móviles y la energía eléctrica fuera del cabezal de la sonda. haciendo que la sonda sea fácil y segura de usar en el cuerpo.

Los investigadores han probado la sonda con muchos tipos de muestras de tejido, pero debido a que actualmente está diseñado para el modo de vista hacia adelante, las aplicaciones principales de la sonda probablemente incluirían la piel, Cirugía de cerebro o cabeza y cuello. Están trabajando para implementar un modo de vista lateral que podría usarse para investigar órganos huecos y arterias como el colon, vejiga o aorta.

Un mini microscopio

"La nueva sonda sirve como un microscopio miniaturizado que utiliza láseres de infrarrojo cercano para investigar el tejido, "dijo Popp." Los diferentes componentes del tejido biológico reaccionan de manera diferente a los láseres de excitación, y su respuesta única nos da información sobre la composición molecular y la morfología dentro del tejido ".

La sonda de imágenes multimodal portátil puede adquirir simultáneamente varios tipos de imágenes:dispersión Raman anti-stokes coherente, segunda generación armónica y autofluorescencia excitada por dos fotones. Se ha demostrado que estas técnicas de imágenes no lineales son útiles para el diagnóstico clínico, incluida la identificación de células cancerosas, pero ha sido difícil miniaturizar la instrumentación necesaria para su uso dentro del cuerpo.

El tamaño reducido de la sonda proviene de su uso del índice de gradiente, o GRIN, lentes para enfocar la luz láser. En comparación con las lentes esféricas tradicionales que utilizan superficies de formas complicadas para enfocar la luz, Las lentes GRIN se pueden hacer muy pequeñas porque enfocan la luz a través de cambios continuos del índice de refracción dentro del material de la lente. El equipo de investigación de Popp colaboró ​​con científicos de Grintech Gmbh, quienes diseñaron lentes GRIN de solo 1,8 milímetros de diámetro y ayudaron a incorporar el robusto conjunto de lentes en una pequeña carcasa de aluminio.

Los endoscopios diseñados para imágenes no lineales comúnmente usan espejos móviles y dispositivos electromecánicos para escaneo láser punto por punto en el cabezal de la sonda. El uso de la fibra de imágenes multinúcleo permitió a los investigadores reducir aún más el tamaño del dispositivo al mover el escaneo láser fuera del cabezal de la sonda y alejarlo del sitio de la muestra. Porque los miles de elementos de guía de luz de la fibra, o núcleos, preservar la relación espacial de la luz entre los dos extremos de la fibra, el escaneo se puede realizar en el extremo opuesto de la fibra, facilitando mucho el abordaje endoscópico.

"En comparación con otros enfoques de imágenes endoscópicas no lineales, nuestra sonda de fibra destaca por su sencillez, "dijo Popp." Dado que no hay partes móviles incorporadas en el cabezal de la sonda, las posibles desalineaciones en la óptica son limitadas y la vida útil total de la sonda aumenta ".

Imagen multimodal de tejido

Los investigadores demostraron las capacidades únicas de la fibra de imágenes multinúcleo moviendo un extremo de la sonda a través de una muestra y transfiriendo las imágenes adquiridas al otro extremo. "Esta no es una tarea trivial, ya que los núcleos de la fibra de imagen difieren en tamaño y forma, obstaculizar el acoplamiento eficiente y homogéneo de los láseres de excitación, "dijo Popp." Además, tuvimos que lidiar con efectos no deseados como diferentes longitudes de onda que interactúan dentro de la fibra y el acoplamiento de luz de núcleo a núcleo ".

También demostraron que la sonda podría adquirir una dispersión Raman anti-stokes coherente separada, Imágenes de autofluorescencia de segunda generación armónica y excitadas por dos fotones de muestras de tejido de piel humana sana con una resolución de 2048 por 2048 píxeles para un área escaneada de 300 por 300 micrones. Esta resolución y campo de visión es suficiente para identificar los bordes del tumor, y la sonda se puede mover sobre la superficie del tejido para obtener una visión general del área afectada.

Los investigadores están trabajando para utilizar algoritmos para mejorar la calidad de las imágenes multimodales, que aparecen pixelados debido a la estructura de la fibra de imagen multinúcleo. Como siguiente paso, planean probar la sonda en modelos animales y con pacientes en un entorno clínico.