Первый в мире зонд для визуализации обнаруживает рак с помощью лазера и звука

Ученые из Ноттингемского университета разработали первый в своем роде датчик изображения, предназначенный для развертывания внутри человеческого тела для построения трехмерных карт клеточных структур.

Прототип устройства, который объединяет лазеры и звуковые волны в оптическом волокне толщиной не больше человеческого волоса, можно использовать вместе со стандартными эндоскопами для выявления аномалий в клетках, указывающих на рак.

Описанный как первый в мире волоконно-оптический ультразвуковой датчик, разработанный командой Ноттингемского университета, был задуман как клиническое решение некоторых недостатков, связанных с визуализацией клеток. В настоящее время для этого требуются большие и сложные научные инструменты в исследовательских лабораториях, а также часто используются флуоресцентные метки, изготовленные с химическими веществами, которые в достаточно больших дозах могут представлять опасность для человеческих клеток.

«Методы, позволяющие измерить жесткость опухолевой клетки, были реализованы с помощью лабораторных микроскопов, но эти мощные инструменты громоздки, неподвижны и не адаптируются к клиническим условиям, в которых находится пациент», — говорит член команды исследователей Сальваторе Ла Кавера.

Новый датчик изображения оснащен парой лазеров, один из которых преобразуется в высокочастотные звуковые частицы, называемые фононами, с помощью металлического слоя на конце волокна. Эти фононы накачиваются в окружающую ткань, что вызывает рассеяние звуковых волн, которые затем сталкиваются со вторым лазером. Анализируя эти столкновения, система может визуально воссоздать форму бегущей звуковой волны, которая может выявить полезные характеристики клеток, через которые она прошла.

Что особенно важно, это включает в себя как геометрию, так и жесткость. Таким образом, команда ученых сравнивает свой новый инструмент с тем, как врачи могут физически ощущать аномалии и жесткость под кожей, которые могут указывать на рак.

Однако новый ультразвуковой датчик может создавать трехмерную карту, показывающую жесткость и пространственные особенности структур, измеренных в наномасштабе, с аналогичными или даже более детальными изображениями, чем у микроскопа.

По словам ученых, крошечное устройство визуализации может быть прикреплено к одному оптическому волокну или интегрировано в пучки из 10 — 20 000 волокон, используемых в обычных эндоскопах. Эти устройства состоят из тонких трубок, оснащенных лампами и камерами, которые можно вставить в тело для поиска признаков заболевания, и команда надеется, что, объединив их со своим новым датчиком, они откроют новые возможности в области клинической диагностики.

«Мы считаем, что способность системы измерять жесткость образца, его биосовместимость и эндоскопический потенциал при доступе к наномасштабу — вот то, что отличает ее от других», — говорят исследователи.  «Эти особенности настраивают технологию для будущих измерений внутри тела; к конечной цели минимально инвазивной диагностики в местах оказания медицинской помощи.»

В настоящее время команда изучает потенциал своего инструмента в области визуализации клеток и тканей, но его также можно использовать для контроля поверхности и определения характеристик материалов.

Исследование было опубликовано в журнале Light: Science & Applications.