Un nuevo sistema desarrollado por investigadores de UCLA podría facilitar y hacer menos costoso el diagnóstico de enfermedades crónicas, particularmente en áreas remotas sin costosos equipos de laboratorio.

La tecnología utiliza hardware óptico extremadamente simple y un microscopio sin lentes, así como sofisticados algoritmos que ayudan a reconstruir las imágenes de muestras de tejido. Podría hacer que las pruebas de diagnóstico muy necesarias estén disponibles y sean asequibles para las personas en países en desarrollo y áreas remotas que carecen del costoso equipo de laboratorio que se usa actualmente para realizar biopsias de tejidos.

El sistema para hacer transparentes las muestras biológicas, también conocido como "limpieza de tejidos, "y luego obtener imágenes de ellos usando un microscopio sin lentes se describe en un artículo publicado hoy en Avances de la ciencia , una revista de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. Fue desarrollado por un equipo liderado por Aydogan Ozcan, el profesor del canciller de UCLA de Ingeniería Eléctrica e Informática y Bioingeniería y director asociado del Instituto de NanoSistemas de California; y Rajan Kulkarni, profesor asistente de medicina y dermatología en la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA, y miembro del CNSI.

La biopsia de tejido se considera ampliamente el estándar de oro para detectar enfermedades como el cáncer y las afecciones inflamatorias. Pero la prueba es relativamente cara y compleja, y requiere el uso de instalaciones sofisticadas, un serio desafío en regiones con recursos limitados.

En una biopsia estándar, el tejido se corta en rodajas finas, alrededor de una décima parte del grosor de un cabello humano y teñido con tintes, para que los profesionales médicos puedan utilizar un microscopio para detectar anomalías y células enfermas. Un desafío de ese enfoque, más allá del tiempo y el costo involucrados, es que solo se puede analizar una pequeña cantidad de muestras de tejido a la vez.

"Aunque los avances tecnológicos han permitido a los médicos acceder de forma remota a los datos médicos para realizar diagnósticos, todavía existe una necesidad urgente de un medios económicos para la obtención de imágenes e identificación de enfermedades, especialmente en entornos de bajos recursos, para patología, investigación biomédica y aplicaciones relacionadas, "Dijo Ozcan.

Los investigadores prepararon muestras de tejido utilizando una técnica llamada Claridad, que hace que el tejido sea transparente, o "lo borra", mediante un proceso químico que elimina la grasa y deja proteínas y ADN. El método generalmente requiere tintes fluorescentes, que puede ser costoso, para teñir las muestras de tejido, pero un inconveniente de esos tintes es que la tinción tiende a degradarse con el tiempo, lo que dificulta que los científicos recopilen información a partir de él.

En lugar de, los investigadores de UCLA utilizaron colores, tintes absorbentes de luz que, según Kulkarni, se puede utilizar con herramientas de microscopía habituales sin que se produzca una pérdida de señal notable con el paso del tiempo.

Y en lugar de utilizar una máquina que se usa normalmente para las pruebas de biopsia (un microscopio tradicional puede costar más de $ 50, 000), Los científicos de UCLA desarrollaron un nuevo dispositivo hecho de componentes que en conjunto cuestan solo unos pocos cientos de dólares:un microscopio holográfico sin lentes que es capaz de producir imágenes en 3-D con una décima parte de los datos de imagen que los microscopios ópticos de barrido convencionales necesitan para hacer lo mismo. cosa.

El método UCLA también permitió a los científicos utilizar muestras de tejido de 0,2 milímetros de grosor, más de 20 veces más grueso que una muestra típica, un beneficio fundamental del nuevo sistema porque es difícil producir cortes de tejido más delgados sin un equipo sofisticado. Esto también permite a los científicos estudiar un volumen de muestra mayor, lo que podría ayudarles a detectar anomalías antes de lo que lo harían de otra manera.

Así es como funciona la prueba:Primero, el tejido limpiado se coloca en un recipiente pequeño en un chip de silicio que contiene millones de fotodetectores, el mismo tipo de chip que se encuentra en las cámaras de los teléfonos móviles. Cuando se ilumina la muestra de tejido, Las sombras de baja resolución de la muestra de tejido caen sobre el chip. Esas sombras creado por la interferencia de la luz dispersada por la muestra, formar hologramas de la muestra de tejido.

Próximo, los investigadores mejoran la resolución y permiten la obtención de imágenes en 3-D desplazando la muestra en relación con el sensor de imagen y capturando la misma sombra holográfica, permitiéndoles ver digitalmente diferentes secciones transversales, o rebanadas digitales, de la muestra de tejido.

"A través de la computación y los algoritmos, convertimos un generador de imágenes estándar de 10 megapíxeles, como los que se utilizan habitualmente en los teléfonos móviles, en un microscopio de unos cientos de megapíxeles que puede obtener imágenes digitales a través de diferentes cortes de una muestra de tejido grueso, "dijo Yibo Zhang, primer autor del estudio y estudiante de posgrado en el laboratorio de Ozcan.

Otros miembros del equipo de investigación fueron Sam Yang, Hongda Wang, Da Teng y Yair Rivenson, todo el Grupo de Investigación Ozcan; y Yoonjung Shun, Kevin Sung y Harrison Chen del laboratorio de Kulkarni.