Университет Хьюстона: ручной прототип сканера среднего ИК для картирования химии ткани без красителей

Группа Университета Хьюстона под руководством Рохита Редди создала ручную версию фототермической среднеинфракрасной спектроскопической визуализации (MIRSI), сообщает журнал Optica optica.orgOpticaoptica.orgОткрыть источник ↗. До сих пор такие платформы были громоздкими настольными приборами, ограниченными контролируемыми лабораторными условиями. По словам авторов, это, насколько им известно, первое применение метода за пределами лаборатории. Сканирующий зонд имеет длину 20 см (8 дюймов); образцы костного мозга предоставил патолог из онкологического центра MD Anderson.

Как устроен зонд

Молекулы поглощают среднее инфракрасное излучение на длинах волн, которые задаются их химическими связями, поэтому у белков, жиров и ДНК есть свои характерные спектры. Система направляет два лазера в одну точку. Среднеинфракрасный лазер даёт импульсы 1000 раз в секунду, и там, где молекулы поглощают свет, точка слегка нагревается. Красный лазер регистрирует возникающее изменение, а перемещение точки по образцу даёт карту выбранного вещества без какого-либо красителя.

Сложность состояла в том, чтобы оба луча попадали точно в одно место. Инфракрасное излучение направили по стеклянному волокну, рассчитанному на эти длины волн, а линзы заменили зеркалами; изогнутое зеркало на конце фокусирует оба луча. Лазеры и электроника размещены в базовом блоке площадью менее 1,5 кв. фута (0,14 кв. м), тогда как коммерческие приборы такого типа занимают более 9 кв. футов (0,84 кв. м) оптического стола. Сканер поддерживает настраиваемые режимы: подвижное зеркало внутри зонда или столик, смещающий образец.

Результаты испытаний

На тестовой мишени зонд различил детали размером около 2 микрометров, а изображения близко совпали с результатами коммерческого настольного прибора. На тонких срезах рака шейки матки от двух пациенток и рака яичника ещё от двух ручное и настольное изображения коррелировали на уровне 0,90 при грубом уровне детализации. В ткани рака яичника химические картины согласовались со стандартным лабораторным инфракрасным измерением на уровне 0,935 optica.orgOpticaoptica.orgОткрыть источник ↗.

В костном мозге скан без окрашивания показал коллаген вокруг сосуда, что совпало с синим цветом на соседнем окрашенном срезе. В почке мыши он выявил клубочек с химическими деталями, которых нет на изображении одного красного лазера.

Все образцы были тонкими фиксированными срезами на стекле; живую или свежеудалённую ткань не снимали. Пока не проверено, помогают ли такие сканы отличать рак от здоровой ткани. Редди назвал платформу исследовательским прототипом и заявил, что в перспективе она позволит оценивать ткань во время операции по поводу рака. Исследователи планируют расширить диапазон инфракрасного излучения и ускорить сканирование; воспроизводимость, безопасность и диагностическую эффективность ещё предстоит проверить в клинических условиях.