Los investigadores han creado una nueva lente GRIN larga y flexible (en la foto). Lo usaron para crear una sonda de imagen endoscópica flexible que puede adquirir imágenes microscópicas en 3D. Crédito:Guigen Liu, Escuela de Medicina de Harvard y Brigham and Women's Hospital
Los investigadores han creado una sonda de imagen endoscópica flexible similar a una aguja que puede adquirir imágenes microscópicas 3D de tejido. La capacidad de flexión es posible gracias a una nueva lente de índice graduado flexible (GRIN) desarrollada por los investigadores.
Las lentes GRIN, desarrolladas originalmente para la industria de las telecomunicaciones, se usan comúnmente para realizar enfoques de microscopía de fluorescencia que pueden generar imágenes profundas en los tejidos. Sin embargo, el hecho de que sean componentes rígidos ha limitado su uso clínico.
"Cuando se realiza una biopsia tradicional, representa un momento único en el tiempo y puede llevar días obtener los resultados del laboratorio", dijo el líder de la investigación, Guigen Liu, de la Escuela de Medicina de Harvard. "Nuestras sondas de imágenes flexibles podrían acortar el tiempo de espera a minutos y permitir nuevos enfoques que utilizan imágenes para monitorear dinámicamente los cambios en los tejidos, por ejemplo, cómo reaccionan los tumores a los tratamientos con el tiempo".
En Óptica Express , los investigadores describen su nueva lente GRIN, que incorporaron en una sonda de endoscopia. Los experimentos demostraron que las propiedades de imagen de la sonda se mantienen incluso cuando está doblada.
"La naturaleza flexible de estas sondas GRIN hace que las mediciones en sujetos vivos, como animales o pacientes humanos, sean mucho más sencillas y prácticas", dijo Liu. "Podría ser útil para la colocación guiada por microscopía mínimamente invasiva y precisa de agujas y catéteres para biopsias de tejido y ablación de tumores, por ejemplo".
Imágenes a través de una lente doblada
Los lentes GRIN son varillas de vidrio de sílice con un índice de refracción en constante cambio que enfoca la luz que pasa a través de la varilla sin necesidad de una lente de enfoque separada. Desde su desarrollo hace unos 50 años, generalmente se ha pensado que las lentes GRIN solo se pueden usar como sondas de imagen rígidas. En el nuevo trabajo, los investigadores decidieron desafiar esta noción al descubrir si era posible obtener imágenes a través de una lente GRIN doblada.
Los investigadores diseñaron a medida una lente GRIN de 500 micras de diámetro y unos 100 mm de largo. La forma larga y delgada de la lente y la falta de una carcasa exterior rígida le dan la flexibilidad de doblarse unos 10 grados sin romperse. Luego incorporaron la nueva lente GRIN en una sonda de imágenes endoscópicas y la probaron realizando imágenes de fluorescencia 3D de dos fotones a través de ella.
Para simular la flexión del mundo real que se experimentaría en el interior de los tejidos, la lente se colocó verticalmente y se empujó para introducir el tipo de desviación del haz que se experimentaría si la sonda se usara en el canal de trabajo de una aguja utilizada para una biopsia.
El experimento mostró que la resolución y el nivel de la señal no se deterioraron de forma evidente cuando un extremo de la sonda se desplazó lateralmente 6 mm. "Cuando la lente está doblada, los carriles de señal que transportan la imagen a través de la varilla se adaptan sinérgicamente desplazándose lateralmente, al igual que un automóvil tiende a desplazarse hacia el exterior de una carretera con curvas resbaladizas", dijo Liu. "Si bien los carriles de señal se distorsionan un poco al cambiar, en gran medida mantienen sus propiedades, como el orden y la forma. Esto permite retener la mayor parte de la resolución y el nivel de la señal".
El nuevo endoscopio basado en GRIN se está utilizando con un microdispositivo implantable diseñado para evaluar rápidamente la eficacia de varias terapias contra el cáncer. Crédito:Guigen Liu, Escuela de Medicina de Harvard y Brigham and Women's Hospital
Una nueva forma de detectar medicamentos contra el cáncer
Aunque se necesitaría un mayor desarrollo y pruebas para llevar el endoscopio a la clínica, el dispositivo ya está encontrando aplicaciones en la investigación biomédica. El líder del equipo y coautor Oliver Jonas y sus colegas están combinando el endoscopio con un nuevo tipo de microdispositivo para probar un método para evaluar rápidamente la efectividad de varias terapias contra el cáncer.
Los nuevos microdispositivos del equipo están diseñados para implantarse directamente en un tumor y transportar pequeñas cantidades de hasta 20 medicamentos. To measure the effectiveness of the various drugs without removing any tumor tissue, the researchers insert a GRIN-based endoscope directly into the microdevice where it can be used to image fluorescence signals inside the tumor. Although this setup is currently being studied in mice, it could eventually be used in patients to quickly figure out which treatment options are best for fighting each patient's specific tumor.
To move the probes toward clinical application, the researchers are also working to develop longer bendable GRIN lenses to allow deeper imaging and more flexibility. They also want to enhance the mechanical durability of the optical components using a thin polymer coating that won't affect flexibility. + Explore further
