Cientistas da USC desenvolveram uma nova ferramenta para perscrutar mais profunda e claramente os seres vivos, uma vantagem visual que economiza tempo e ajuda a promover curas médicas.

É o tipo de ciência fundamental que pode ser usada para desenvolver melhores diagnósticos e tratamentos, incluindo a detecção de câncer de pulmão ou danos causados ​​por poluentes. A tecnologia é versátil o suficiente para se tornar um aplicativo de smartphone para uso em medicina remota, segurança alimentar ou detecção de moeda falsificada, disse Francesco Cutrale, autor principal do estudo e professor assistente de pesquisa de engenharia biomédica na Escola de Engenharia de Viterbi da USC.

Cientistas afiliados ao USC Michelson Center for Convergent Bioscience têm trabalhado na tecnologia nos últimos anos. Suas descobertas foram publicadas hoje em Nature Communications .

A técnica se concentra, literalmente, nos blocos de construção da biologia. Quando os biólogos examinam profundamente uma coisa viva - uma célula, um peixe, uma pessoa - nem sempre está claro o que está acontecendo. Células e proteínas estão profundamente entrelaçadas nos tecidos, deixando muitas perguntas sobre as interações entre os componentes. O primeiro passo para curar a doença é ver o problema com clareza, e isso nem sempre foi fácil.

Como funciona esta nova técnica de imagem

Para resolver o problema, os pesquisadores têm contado com uma técnica chamada de imagem hiperespectral de fluorescência (fHSI). É um método que pode diferenciar cores em um espectro, marcar moléculas para que possam ser seguidas, e produzir imagens com cores vivas do interior de um organismo.

Mas as vantagens que o fHSI oferece têm limitações. Não necessariamente revela o espectro de cores. Requer muitos dados, devido à complexidade dos sistemas biológicos, por isso leva muito tempo para reunir e processar as imagens. Muitos cálculos demorados também estão envolvidos, o que é uma grande desvantagem porque os experimentos funcionam melhor quando podem ser feitos em tempo real.

Para resolver esses problemas, os pesquisadores da USC desenvolveram um novo método chamado representações aprimoradas codificadas espectralmente (SEER). Ele fornece maior clareza e funciona até 67 vezes mais rápido e com uma definição 2,7 vezes maior do que as técnicas atuais.

Ele se baseia em cálculos matemáticos para analisar os dados mais rapidamente. Ele pode processar tags fluorescentes vibrantes em todo o espectro de cores para obter mais detalhes. E usa muito menos armazenamento de memória do computador, ainda mais importante com a explosão da pesquisa de big data por trás da pesquisa moderna em biociência convergente. De acordo com o estudo, SEER é um "rápido, forma intuitiva e matemática "de interpretar as imagens à medida que são coletadas e processadas.

"Há uma série de cenários em que essa análise após o fato, embora poderoso, seria tarde demais para a tomada de decisão experimental ou médica, "Cutrale disse." Há uma lacuna entre a aquisição e a análise dos dados hiperespectrais, onde cientistas e médicos desconhecem as informações contidas no experimento. O SEER foi projetado para preencher essa lacuna. "

Desde a detecção de câncer de pulmão até um possível aplicativo para celular

A primeira aplicação da SEER será na área médica e de pesquisa. O algoritmo versátil, de autoria de Wen Shi e Daniel Koo no Translational Imaging Center da USC, será usado para detectar estágios iniciais de doenças pulmonares e danos potenciais de poluentes em pacientes em uma colaboração com médicos do Children's Hospital de Los Angeles. Também, cientistas da área de ciências da vida começaram a adotar o SEER em seus pipelines experimentais em um esforço para melhorar ainda mais a eficiência.

As melhorias nas tecnologias de imagem também podem chegar ao nível do consumidor, portanto, é provável que tecnologias como fHSI e SEER possam ser instaladas em telefones celulares para fornecer ferramentas de visualização poderosas.

O Michelson Center reúne uma rede diversificada de cientistas e engenheiros de primeira linha do USC Dornsife College of Letters, Artes e Ciências, a Escola de Engenharia USC Viterbi e a Escola de Medicina Keck da USC sob o mesmo teto, graças a um generoso presente de US $ 50 milhões do cirurgião ortopédico espinhal, inventor e filantropo Gary K. Michelson e sua esposa, Alya Michelson.