Al agregar la capacidad infrarroja al microscopio óptico estándar y ubicuo, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign esperan llevar el diagnóstico de cáncer a la era digital.
Combinando mediciones infrarrojas con imágenes ópticas de alta resolución y algoritmos de aprendizaje automático, los investigadores crearon biopsias digitales que se correlacionaron estrechamente con las técnicas de patología tradicionales y también superaron los microscopios infrarrojos de última generación.
Dirigido por Rohit Bhargava, profesor de bioingeniería y director del Centro de Cáncer de Illinois, el grupo publicó sus resultados en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"La ventaja es que no se requieren manchas y se puede medir tanto la organización de las células como su química. Medir la química de las células tumorales y su microambiente puede conducir a mejores diagnósticos de cáncer y una mejor comprensión de la enfermedad", dijo Bhargava.
El estándar de oro de la patología del tejido es agregar tintes o manchas para que los patólogos puedan ver las formas y patrones de las células bajo un microscopio. Sin embargo, puede ser difícil distinguir el cáncer del tejido sano o identificar los límites de un tumor, y en muchos casos el diagnóstico es subjetivo.
"Durante más de un siglo, hemos dependido de agregar colorantes a las biopsias de tejido humano para diagnosticar tumores. Sin embargo, la forma y el color inducidos por el tinte proporcionan información muy limitada sobre los cambios moleculares subyacentes que impulsan el cáncer", dijo Bhargava.
Las tecnologías como la microscopía infrarroja pueden medir la composición molecular del tejido, proporcionando medidas cuantitativas que pueden distinguir los tipos de células. Desafortunadamente, los microscopios infrarrojos son caros y las muestras requieren una preparación y manejo especiales, lo que los hace poco prácticos para la gran mayoría de los entornos clínicos y de investigación..
El grupo de Bhargava desarrolló su microscopio híbrido al agregar un láser infrarrojo y una lente de microscopio especializada, llamada objetivo de interferencia, a una cámara óptica. El híbrido infrarrojo-óptico mide datos infrarrojos y una imagen óptica de alta resolución con un microscopio óptico -- el tipo ubicuo en clínicas y laboratorios.
"Construimos el microscopio híbrido a partir de componentes estándar. Esto es importante porque permite a otros construir fácilmente su propio microscopio o actualizar un microscopio existente", dijo Martin Schnell, un becario postdoctoral en el grupo de Bhargava y primer autor deel papel.
Combinando las dos técnicas aprovecha las fortalezas de ambas, dijeron los investigadores. Tiene la alta resolución, gran campo de visión y accesibilidad de un microscopio óptico. Además, los datos infrarrojos se pueden analizar computacionalmente, sin agregar tintes ni manchaseso puede dañar los tejidos. El software puede recrear diferentes manchas o incluso superponerlas para crear una imagen más completa y totalmente digital de lo que hay en el tejido.
Los investigadores verificaron su microscopio mediante la obtención de imágenes de muestras de tejido mamario, tanto sanas como cancerosas, y compararon los resultados de los "tintes" calculados con el microscopio híbrido con los de la técnica de tinción tradicional. La biopsia digital se correlacionó estrechamente con la tradicional.
Además, los investigadores descubrieron que su híbrido óptico-infrarrojo superó el estado del arte en microscopios infrarrojos de varias maneras: tiene una cobertura 10 veces mayor, mayor consistencia y una resolución cuatro veces mayor, permitiendo imágenes infrarrojas de muestras más grandes,en menos tiempo, con detalles sin precedentes.
"La microscopía híbrida óptico-infrarroja es ampliamente compatible con la microscopía convencional en aplicaciones biomédicas", dijo Schnell. "Combinamos la facilidad de uso y la disponibilidad universal de la microscopía óptica con la amplia paleta de contraste molecular infrarrojo y aprendizaje automático. Y al hacerpor lo tanto, esperamos cambiar la forma en que habitualmente manejamos, imaginamos y entendemos la estructura microscópica del tejido ".
Los investigadores planean continuar refinando las herramientas computacionales utilizadas para analizar las imágenes híbridas. Están trabajando para optimizar los programas de aprendizaje automático que pueden medir múltiples longitudes de onda infrarrojas, creando imágenes que distingan fácilmente entre múltiples tipos de células e integren esos datos con elimágenes ópticas detalladas para mapear con precisión el cáncer dentro de una muestra. También planean explorar aplicaciones adicionales para imágenes de microscopio híbrido, como análisis forense, ciencia de polímeros y otras aplicaciones biomédicas.
"Es muy intrigante lo que este detalle adicional puede ofrecer en términos de diagnósticos de patología", dijo Bhargava. "Esto podría ayudar a acelerar la espera de resultados, reducir los costos de los reactivos y las personas para teñir el tejido, y proporcionar un" todo-solución digital para la patología del cáncer "
Los Institutos Nacionales de Salud apoyaron este trabajo. Bhargava está afiliada al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas y al Colegio de Medicina Carle Illinois.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Liz Ahlberg Touchstone. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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