Νέο σύστημα laser εντοπίζει όγκους που διαφεύγουν από το μάτι

Μια επαναστατική εξέλιξη στην ιατρική απεικόνιση υπόσχεται να αλλάξει τα δεδομένα στην αντιμετώπιση του καρκίνου. Ερευνητές ανέπτυξαν ένα νέο, συμπαγές σύστημα φασματοσκοπίας Raman, το οποίο διαθέτει την πρωτοφανή ικανότητα να εντοπίζει εξαιρετικά αμυδρά σήματα από καρκινικά κύτταρα, διαχωρίζοντάς τα με ακρίβεια από τον υγιή ιστό. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για φορητές συσκευές που θα χρησιμοποιούνται μέσα στο χειρουργείο, προσφέροντας στους γιατρούς «υπεράνθρωπη» όραση σε πραγματικό χρόνο.

Η σχετική μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο έγκριτο περιοδικό Optica, παρουσιάζει μια τεχνολογία ικανή να ανιχνεύσει μοριακά ίχνη περίπου τέσσερις φορές πιο ασθενή σε σχέση με τα υπάρχοντα εμπορικά συστήματα, κάνοντας τη διάγνωση ταχύτερη και πιο αξιόπιστη.

Η πρόκληση της «αόρατης» απειλής

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη χειρουργική ογκολογία είναι ο καθορισμός των ορίων του όγκου. Συχνά, τα καρκινικά κύτταρα διεισδύουν στον υγιή ιστό και δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, ούτε καν με τα συμβατικά μικροσκόπια κατά τη διάρκεια της επέμβασης. Οι τρέχουσες μέθοδοι διάγνωσης, όπως η βιοψία, είναι χρονοβόρες, καθώς απαιτούν τη λήψη δείγματος, τη χρώση και την εξέτασή του από παθολογοανατόμο.

Εδώ έρχεται να δώσει λύση η ομάδα του καθηγητή Zhen Qiu από το Πανεπιστήμιο της Πολιτείας του Μίσιγκαν (Michigan State University) και το Ινστιτούτο Ποσοτικής Επιστήμης Υγείας και Μηχανικής (IQ). «Ενώ το σύστημά μας δεν θα αντικαταστήσει άμεσα την παθολογοανατομία, θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ένα ταχύτατο εργαλείο προληπτικού ελέγχου για την επιτάχυνση της διάγνωσης», δηλώνει ο Qiu.

Πώς λειτουργεί η τεχνολογία

Το «μυστικό» της επιτυχίας βρίσκεται στον συνδυασμό δύο προηγμένων τεχνολογιών:

1. Λέιζερ σάρωσης πηγής (swept-source laser): Το οποίο αλλάζει μήκος κύματος κατά τη διάρκεια της ανάλυσης.
2. Ανιχνευτής SNSPD (Superconducting Nanowire Single-Photon Detector): Πρόκειται για έναν ανιχνευτή υπεραγώγιμου νανοσύρματος, ο οποίος είναι τόσο ευαίσθητος που μπορεί να «συλλάβει» μεμονωμένα σωματίδια φωτός (φωτόνια) με εξαιρετική ταχύτητα και ελάχιστο θόρυβο.

Η φασματοσκοπία Raman λειτουργεί χαρτογραφώντας τη χημική σύσταση ενός δείγματος, μετρώντας το μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» σκέδασης φωτός των μορίων του. Για να ενισχύσουν αυτό το σήμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ειδικά νανοσωματίδια (SERS), τα οποία λειτουργούν ως «μοριακοί φάροι».

Στοχεύοντας τον καρκίνο σε μοριακό επίπεδο

Στα πειράματά τους, η ομάδα επικάλυψε τα νανοσωματίδια με υαλουρονικό οξύ. Αυτό λειτούργησε ως «δόλωμα», καθώς τα νανοσωματίδια προσδέθηκαν στην πρωτεΐνη CD44, η οποία βρίσκεται σε αφθονία στην επιφάνεια πολλών καρκινικών κυττάρων, όπως αυτά του καρκίνου του μαστού.

Όταν το σύστημα απεικόνισης σαρώνει την περιοχή, «διαβάζει» το σήμα από τα νανοσωματίδια και φωτίζει αυτόματα τα σημεία όπου υπάρχει καρκινικός ιστός. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: Το σύστημα κατάφερε να επιτύχει ευαισθησία σε επίπεδο femtomolar (μια απειροελάχιστη συγκέντρωση), εντοπίζοντας τα καρκινικά κύτταρα με ισχυρό σήμα, ενώ ο υγιής ιστός παρέμεινε «σκοτεινός» (ελάχιστο υπόβαθρο).

«Τα σήματα SERS ήταν έντονα συγκεντρωμένα στα δείγματα όγκου… Αυτό αποδεικνύει τόσο την εξαιρετική ευαισθησία του συστήματος όσο και την ικανότητά του να παρέχει αξιόπιστη αντίθεση μεταξύ όγκου και υγιούς ιστού», τονίζει ο καθηγητής Qiu.

Το μέλλον της χειρουργικής

Η σημασία αυτής της καινοτομίας υπερβαίνει το εργαστήριο. Η συμπαγής φύση του συστήματος και η χρήση οπτικών ινών επιτρέπουν τη μελλοντική σμίκρυνσή του. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσαμε σύντομα να δούμε φορητές συσκευές που θα χρησιμοποιούν οι χειρουργοί μέσα στο χειρουργείο για να ελέγχουν αν έχουν αφαιρέσει ολόκληρο τον όγκο, ή ακόμα και για λιγότερο επεμβατικές μεθόδους παρακολούθησης της νόσου.

Οι ερευνητές εργάζονται ήδη για να κάνουν το σύστημα ακόμα πιο γρήγορο και να το δοκιμάσουν σε ευρύτερη κλίμακα, στοχεύοντας ταυτόχρονα σε πολλαπλούς βιοδείκτες καρκίνου.