El diagnóstico de enfermedades basadas en órganos internos a menudo se basa en muestras de biopsias tomadas de las regiones afectadas. Pero la recolección de tales muestras es muy propensa a errores debido a la incapacidad de las técnicas de imágenes endoscópicas actuales para visualizar con precisión los sitios de la enfermedad. Los elementos ópticos convencionales en catéteres utilizados para acceder a áreas del cuerpo de difícil acceso, como el tracto gastrointestinal y las vías respiratorias pulmonares, son propensos a sufrir aberraciones que obstruyen todas las capacidades de la imagen óptica.

Ahora, expertos en imágenes endoscópicas en el Hospital General de Massachusetts (MGH) y pioneros de la tecnología de metalentes planos en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, se han asociado para desarrollar una nueva clase de catéteres de imágenes endoscópicas, denominados endoscopios nanoópticos, que superan las limitaciones de los sistemas actuales.

La investigación se describe en Fotónica de la naturaleza .

"La adopción clínica de muchas modalidades de microscopía endoscópica de vanguardia se ha visto obstaculizada debido a la dificultad de diseñar catéteres en miniatura que logren la misma calidad de imagen que los voluminosos microscopios de escritorio, "dijo Melissa Suter, profesor asistente de Medicina en el MGH y la Escuela de Medicina de Harvard (HMS) y coautor principal del artículo. "El uso de catéteres nanoópticos que incorporan metalentes en su diseño probablemente cambiará el panorama del diseño de catéteres ópticos, resultando en un aumento dramático en la calidad, resolución, y funcionalidad de la microscopía endoscópica. En última instancia, esto aumentará la utilidad clínica al permitir una evaluación más sofisticada de la microestructura celular y tisular en pacientes vivos ".

"Los metalentes basados ​​en ópticas planas son una nueva tecnología que cambia el juego porque el control de las distorsiones de imagen necesarias para obtener imágenes de alta resolución es sencillo en comparación con la óptica convencional, que requiere múltiples lentes de formas complejas, "dijo Federico Capasso, el profesor Robert L. Wallace de Física Aplicada y el investigador principal Vinton Hayes en Ingeniería Eléctrica en SEAS y coautor principal del artículo. "Estoy seguro de que esto conducirá a una nueva clase de sistemas e instrumentos ópticos con una amplia gama de aplicaciones en muchas áreas de la ciencia y la tecnología".

"La versatilidad y flexibilidad de diseño del endoscopio nanoóptico eleva significativamente las capacidades de obtención de imágenes endoscópicas y probablemente impactará en las imágenes de diagnóstico de los órganos internos". "dijo Hamid Pahlevaninezhad, Instructor de Medicina en MGH y HMS y coautor del artículo. "Demostramos un ejemplo de tales capacidades para lograr imágenes de alta resolución con una profundidad de enfoque muy extendida".

Para demostrar la calidad de imagen del endoscopio nanoóptico, los investigadores tomaron imágenes de la pulpa de la fruta, Vías respiratorias de cerdos y ovejas, y tejido pulmonar humano. El equipo demostró que el endoscopio nanoóptico puede obtener imágenes profundas del tejido con una resolución significativamente más alta que la proporcionada por los diseños de catéteres de imágenes actuales.

Las imágenes capturadas por el endoscopio nanoóptico muestran claramente estructuras celulares en la pulpa de la fruta y capas de tejido y glándulas finas en la mucosa bronquial de cerdos y ovejas. En el tejido pulmonar humano, los investigadores pudieron identificar claramente las estructuras que corresponden a finas, glándulas irregulares que indican la presencia de adenocarcinoma, el tipo más prominente de cáncer de pulmón.

"En la actualidad, estamos a merced de materiales sobre los que no tenemos control para diseñar lentes de alta resolución para imágenes, "dijo Yao-Wei Huang, becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo. "La principal ventaja de las metalentes es que podemos diseñar y adaptar sus especificaciones para superar las aberraciones esféricas y el astigmatismo y lograr un enfoque muy fino de la luz. Como resultado, logramos una resolución muy alta con una profundidad de campo extendida sin la necesidad de componentes ópticos complejos ".

Próximo, Los investigadores tienen como objetivo explorar otras aplicaciones para el endoscopio nanoóptico, incluyendo un endoscopio nano-óptico sensible a la polarización, que podría contrastar entre tejidos que tienen estructuras altamente organizadas, como el músculo liso, colágeno y vasos sanguíneos.