Nowatorski czujnik bioobrazujący pozwoli na obrazowanie tkanek głębokich
Wiele rozwiązań biomedycznych opiera się na wykrywaniu światła, jednak stosowane obecnie czujniki światła charakteryzują się niską czułością oraz wysokim poziomem szumu tła. Dodatkowym ograniczeniem jest brak rozdzielczości czasowej w tych rozwiązaniach. Udoskonalone technologie bioobrazowania przyczynią się nie tylko do usprawnienia diagnostyki, ale także pomogą nam lepiej zrozumieć podstawowe procesy biologiczne.
Superwydajny czujnik światła
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SQP opracował czujnik umożliwiający wykrywanie pojedynczych cząstek światła – fotonów. Opracowane przez badaczy urządzenie jest oparte na pasku metalu schładzanego w taki sposób, że staje się nadprzewodnikiem o zerowej oporności. W przypadku pochłonięcia fotonu wzrasta impedancja, którą można zmierzyć. Proces wykrywania fotonu jest niezwykle szybki i sprawny, a jego wydajność znacząco przewyższa wszystkie stosowane dotychczas czujniki wykrywające pojedyncze cząsteczki światła. Badacze skupieni w ramach konsorcjum projektu SQP podjęli się optymalizacji podzespołów oraz opracowania podstawowych technologii do zastosowań w bioobrazowaniu. „Nasze rozwiązania technologiczne mogą znaleźć zastosowanie w mikroskopii lub innych metodach i technikach optycznych wykorzystywanych w nieinwazyjnym obrazowaniu dynamicznych procesów komórkowych w żywych tkankach, takich jak na przykład sygnalizacja wewnątrzkomórkowa”, wyjaśnia Sander Dorenbos, koordynator projektu i dyrektor generalny firmy Single Quantum(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Przykłady zastosowań obejmują między innymi mikroskopię o super rozdzielczości(odnośnik otworzy się w nowym oknie), endoskopy medyczne do diagnostyki w czasie rzeczywistym oraz obrazowanie biomedyczne.
Zastosowania w mikroskopii, spektroskopii i wykrywaniu biomarkerów
Optyczne obrazowanie mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości umożliwiło zbadanie struktur i procesów komórkowych, jednak niejednorodny charakter tkanek ogranicza maksymalną rozdzielczość obrazowania i powoduje powstawanie zakłóceń. Dzięki współpracy z Uniwersytetem Stanforda konsorcjum projektu SQP udało się skutecznie zastosować nowy czujnik światła w mikroskopie, co pozwoliło na przeprowadzenie szeregu eksperymentów w zakresie bioobrazowania w zakresie bliskiej podczerwieni II (1 000-1 700 nm). Badanie mózgu żywej myszy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) przy użyciu czujnika wykrywającego pojedyncze fotony pozwoliło na głębszą penetrację tkanki i mniejsze rozproszenie światła niż w przypadku dotychczasowych rozwiązań. Spektroskopia optyczna(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to kolejna kluczowa dziedzina, w której można zastosować nowatorski czujnik opracowany w ramach projektu SQP. Nieinwazyjne i bezpieczne pomiary widm absorpcyjnych można powiązać z parametrami fizjologicznymi, takimi jak zawartość krwi i nasycenie tlenem. Światło jest dostarczane do tkanki za pomocą światłowodów(odnośnik otworzy się w nowym oknie), a następnie rozpraszane bądź pochłaniane w zależności od składu tkanki. Hemoglobina, oksyhemoglobina, woda i tłuszcz są głównymi elementami pochłaniającymi światło w żywych tkankach i wpływają na mierzone widmo odbicia w bardzo specyficzny sposób. Dzięki temu spektroskopia optyczna pozwala na uzyskanie dokładnego obrazu tkanki, co pozwala na przykład na uzyskiwanie w czasie rzeczywistym informacji na temat granic bezpieczeństwa podczas operacyjnego usuwania guzów nowotworowych. Czujnik opracowany w ramach projektu SQP pozwoli także na usprawnienie istniejących rozwiązań dzięki ograniczeniu zakłóceń związanych z rozpraszaniem światła oraz lepszej penetracji tkanek. Kolejnym potencjalnym obszarem zastosowania nowego rozwiązania są badania biomarkerów oraz diagnostyka. Przewidywanie wyników leczenia wymaga pomiaru określonych biomarkerów – wskaźników, które są skorelowane z określonymi stanami biologicznymi i pozwalają na uzyskanie wielu informacji, w tym dotyczących reakcji tkanek na leki. „Głównym osiągnięciem projektu było uprzemysłowienie technologii, która została opracowana na uczelni wyższej”, wyjaśnia Dorenbos. SQP pracuje nad zwiększeniem mocy produkcyjnych, aby wprowadzić nowatorskie czujniki na rynek, co pozwoli na zastosowanie ich w większej liczbie rozwiązań. Popularyzacja czujników SQP znacznie poprawi diagnostykę opartą na obrazowaniu optycznym i pozwoli na obniżenie kosztów opieki medycznej przy jednoczesnej poprawie jej jakości.
