Видеокамера на кончике иглы
Крошечный зонд, который производит различные типы изображений, может сделать операции по лечению рака более эффективными и улучшить результаты.
По отдельности различные инструменты оптической визуализации обычно могут рассказать только часть биомедицинской истории. Но новая технология от команды под руководством Университета Аделаиды (Австралия) может помочь рассказать более полную историю.
«Технологии оптической визуализации чрезвычайно полезны для медицины, но у них есть некоторые существенные ограничения», — говорит Роберт Маклафлин, профессор из Аделаиды, который также является заведующим кафедрой биофотоники и руководителем группы биоинженерной визуализации. Среди недостатков он называет малую глубину проникновения света в тело.
Работая вместе с инженерами-оптиками, химиками и хирургами со всей Австралии и Великобритании, он и его коллеги-исследователи из Университета Аделаиды устраняют это и другие ограничения с помощью крошечного зонда, который одновременно захватывает разные типы изображений.
Новый зонд состоит из очень миниатюрной линзы, прикрепленной к концу оптического волокна — и линза, и волокно имеют диаметр около 125 мкм.
В исследовании, опубликованном в Journal of Biomedical Optics, этот крошечный волоконно-оптический зонд для визуализации был заключен в иглу из нержавеющей стали с внешним диаметром 570 мкм (см. рис. 1). «Это игла примерно того же размера, что и при последней вакцинации», — говорит Маклафлин. «Это позволяет нам вводить датчик изображения глубоко в ткань, не вызывая повреждения».
Через волокно проходит свет, освещающий ткани; в то же время свет собирается через это же волокно (см. рис. 2). Новый датчик визуализации, называемый многорежимной иглой, может получать изображения двух типов: оптическая когерентная томография (ОКТ) и флуоресцентная.
«Мы показали, что датчик визуализации, достаточно маленький, чтобы поместиться внутри небольшой иглы, по-прежнему достаточно чувствителен для обнаружения сигналов ОКТ и флуоресценции от живых тканей», — говорит Маклафлин.
Для изображений ОКТ исследователи направляют свет ближнего ИК-диапазона на ткань, чтобы обнаружить свет, который отражается с разных глубин внутри нее, что в конечном итоге создает изображение общей структуры ткани. Это концептуально похоже на ультразвук, отмечает Маклафлин, но использует световые волны вместо звуковых волн. Это позволяет исследователям получать изображения с разрешением примерно от 10 до 20 мкм, а также просматривать форму и размер групп клеток в ткани.
Улучшенная дифференцировка тканей
ОКТ сама по себе отлично подходит для понимания структуры ткани, но она может не различать разные типы тканей. По его словам, с новой многорежимной иглой исследователи «могут дать врачу более полное представление о том, на что он смотрит».
Для получения флуоресцентных изображений многорежимная игла излучает свет с одной длиной волны, а затем может обнаруживать свет, излучаемый с другой длиной волны. По словам Маклафлина, с помощью флуоресцентной визуализации команда может различать типы тканей, которые в остальном кажутся очень похожими.
Исследователи также разработали флуоресцентный краситель, который может точно маркировать определенные типы раковых клеток. Они создали флуоресцентную версию Тамоксифена, распространенного лекарства от рака, и использовали его для маркировки подмножества различных клеток рака молочной железы.
Одной из основных проблем при операциях, связанных с раком, является удаление всей раковой ткани. По словам Маклафлина, это особенно характерно для хирургии рака молочной железы, так как во время процедуры может быть очень сложно идентифицировать небольшие следы раковой ткани.
«Наша цель — разработать инструменты визуализации, которые помогут хирургам проводить более успешные операции», — говорит он. «Это исследование — шаг к разработке инструментов, позволяющих визуализировать во время операции, чтобы увидеть эти небольшие следы остаточного рака».