Wyjaśnienie mechanizmów komórkowych i molekularnych w czasie rzeczywistym
Bieżące rodzaje obrazowania, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), tomografia komputerowa (CT) lub pozytronowa tomografia emisyjna (PET), mogą wykryć stosunkowo małe guzy na poziomie organów lub tkanek. Istnieje jednak potrzeba opracowania technologii obrazowania, która może uzyskać dane z poziomu komórkowego i molekularnego in vivo w celu zapobiegania, wykrywania i ukierunkowanego leczenia raka. W ramach projektu CARS EXPLORER nawiązano mutidyscyplinarną współpracę na poziomie UE, której celem było opracowanie metodologii obrazowania NLO służącej wykrywaniu raka skóry. Podczas badań wykorzystano modele czerniaka myszy i człowieka (rak skóry ), zarówno do celów referencyjnych jak i walidacyjnych. W tym celu naukowcy dokonali analizy technik mikroskopowych NLO, takich jak mikroskopia CARS (koherentne antyStokesowskie rozpraszanie Ramana), fluorescencja dwufotonowa (2PEF) oraz generacja druga harmoniczna (SHG), na potrzeby wizualizacji subkomórkowej w próbkach biologicznych. Naukowcy wykorzystali kształtowanie impulsów w celu optymalizacji kontrastu NLO, mocy fali padającej, głębokości penetracji oraz rozchodzenia się sygnału w mikroskopach i endoskopach używanych do głębokiego obrazowania tkanek. Krystaliczne włókna fotoniczne (PCF) o pustym wnętrzu (HC) zostały użyte do uzyskania impulsów femtosekundowych (10−15 sekund) o dużej mocy w formie solitonów występujących w endoskopach. Solitony stanowią samowzmacniające się pojedyncze pakiety falowe lub impulsy przechodzące ze stałą prędkością i stałym kształcie. Naukowcy z powodzeniem skonfigurowali punktowe mikroskopy skaningowe korzystajcie z kompaktowego lasera tytanowo-szafirowego oraz opcjonalnych oscylatorów parametrycznych. Opracowano niestandardowe oprogramowanie w celu monitorowania systemu oraz przetwarzania danych. Metoda stymulowanej spektroskopii ramanowskiej (SRS) została wykorzystana w celu utworzenia kontrastu obrazu w obrazowaniu tkanek za pomocą mikroskopii nieliniowej. Te informacje zostały opublikowane w magazynie Nature w części poświęconej nowościom. W celu wizualizacji próbek in vivo oraz in situ opracowano prototyp systemu mikroskopu endoskopowego korzystający z sygnału CARS i SRS; system aktualnie oczekuje na opatentowanie. W ramach projektu z powodzeniem utworzono bazy danych, które można wykorzystać do scharakteryzowania oraz rozróżnienia zdrowych i rakowych tkanki skórnej i limfatycznej za pomocą spektroskopii ramanowskiej oraz CARS. Wykonano również bezznacznikowe odwzorowanie kwasów nukleinowych, białek i lipidów we fragmentach tkanki skórnej z czerniakiem. Opracowano modele muszy z ekspresją guzów służące do analizy efektywności tych technik w żywych organizmach. Te nowe technologie ujawniły potencjał w zakresie wczesnego wykrywania i diagnostyki raka i innych chorób poprzez rozpoznanie chorobowych zmian komórkowych w czasie rzeczywistym.