Os cientistas estão reduzindo o tamanho e os custos dos microscópios médicos para que seja possível usá-los de forma mais ampla, e conectá-los a especialistas capazes de diagnosticar uma doença, mesmo de longe.

Ficar doente em uma parte remota do mundo pode significar dificuldade em encontrar os cuidados certos. Mesmo onde a ajuda médica pode estar disponível, pode ser impossível obter um diagnóstico definitivo devido à falta de conhecimento especializado e equipamento de laboratório, como microscópios.

A miniaturização avançada significa que os pacientes podem se beneficiar de um 'microscópio em um chip, "de acordo com o Dr. Angel Dieguez, professor sênior do Departamento de Engenharia Eletrônica e Biomédica da Universidade de Barcelona, Espanha.

Ele dirige um projeto chamado ChipScope, que usa algumas das menores fontes de luz já fabricadas para ultrapassar os limites da óptica convencional, em um dispositivo potencialmente compacto o suficiente para caber no bolso.

"Pode ser possível que um telefone celular modificado tenha imagens do nano-mundo, "Dr. Dieguez disse.

Imagens de sombra

O protótipo da ChipScope ilumina uma amostra de tecido usando uma série de diodos emissores de luz (LEDs) - entre os menores já fabricados - para criar imagens de sombra da amostra. Essas imagens são então capturadas usando um detector sensível o suficiente para detectar fótons individuais e processadas para produzir uma imagem completa.

Por meio do controle muito preciso desses LEDs, que são cerca de 1, 000 vezes menor que o diâmetro de um cabelo humano, o sistema de imagem ChipScope tem uma resolução espacial de pouco menos de 200 nanômetros - que é o limite usual com luz visível.

O microscópio da ChipScope funciona usando alguns dos menores diodos emissores de luz já fabricados para criar imagens de sombra do espécime. Crédito da imagem - TU Braunschweig

'(Ao) acionar esses minúsculos LEDs individualmente, e em sequência, podemos adicionar as imagens de sombra para construir uma imagem da amostra, "Dr. Dieguez disse.

Dada a praticidade de posicionamento de amostras de tecido ou bactérias em um detector tão pequeno, ChipScope está trabalhando em uma pequena ferramenta de análise para posicionar a amostra entre os LEDs e o sensor.

O mecanismo em desenvolvimento usa uma pequena quantidade de líquido e bombas de alta precisão para manipular a amostra através de canais em uma lâmina de plástico e no campo de visão, que tem cerca de 10 mícrons - um pouco abaixo do tamanho de uma célula humana média.

O microscópio também pode ser usado para identificar e estudar patógenos, como a bactéria da tuberculose na expectoração de um paciente.

Mas fora do campo da medicina móvel, ChipScope pode desempenhar um papel no monitoramento ambiental, como na avaliação da qualidade da água ou no exame de partículas no ar poluído, Dr. Dieguez diz.

Ele poderia fornecer prontamente imagens de nanopartículas transportadas pelo ar, incluindo aqueles menores que 2,5 mícrons, considerado o mais perigoso para a saúde humana.

O Dr. Dieguez estima que o microscópio e a eletrônica de controle custam menos de € 1, 000 para o protótipo em desenvolvimento, e que um maior desenvolvimento e economias de escala poderiam reduzir esse valor para apenas € 10 ou mais.

Enquanto o ChipScope reduz as fontes de luz e captura as sombras de um espécime, outro novo sistema, desenvolvido pela Grundium da Finlândia, usa varreduras repetidas com luz colorida para montar uma imagem digital que pode então ser analisada por um especialista ou software de diagnóstico inteligente.

"Qualquer pessoa que possa preparar um slide pode usar a tecnologia."

Mika Kuisma, CEO, Grundium

Vermelho, verde e azul

O microscópio de varredura digital Grundium faz varreduras de alta resolução de uma amostra de tecido - feitas separadamente em vermelho, luz verde e azul, que podem então ser combinadas para analisar amostras em diferentes camadas, além de maximizar a resolução e o nível de detalhes.

As imagens digitais podem ser exibidas em qualquer dispositivo com conexão à Internet e um navegador da web, para análise no local ou compartilhada online para ser estudada em qualquer lugar do mundo. O sistema produz imagens em uma variedade de formatos digitais compatíveis com aplicativos de diagnóstico sofisticados que podem reconhecer padrões de infecção ou assinaturas de doenças, como câncer, o que às vezes pode passar despercebido até mesmo pelo olho humano mais bem treinado.

O diagnóstico inteligente é uma área de grande crescimento na medicina digital, dada a escassez global de patologistas e o aumento da necessidade de análise de tecidos - como demonstrado pela explosão da demanda por esse conhecimento na pandemia global de COVID-19.

A abordagem da Grundium é desenvolver e combinar hardware, óptica e software para trabalharem juntos, o presidente-executivo Mika Kuisma disse, em vez de adaptar um convencional, sistema analógico para o mundo digital.

Ele estima que apenas cerca de 20% dos usuários potenciais, como laboratórios de patologia e clínicas de pequeno ou médio porte, têm acesso a ferramentas de digitalização digital, e que reduzir os custos e o tamanho do equipamento pode abrir mais portas para a patologia digital.

“Estamos tentando democratizar o acesso aos serviços de diagnóstico profissional, "disse Kuisma, engenheiro que trabalhou na empresa de telecomunicações móveis Nokia.

“O potencial é enorme, " ele adicionou, observando que a empresa vê um mercado de cerca de 10, 000 clínicas ou laboratórios de patologia de pequeno e médio porte apenas na Europa e na América do Norte e um mercado global de cerca de € 5 bilhões até 2023.

Assim que as amostras forem digitalizadas e suas imagens salvas e armazenadas, todas as informações necessárias estão disponíveis para o diagnóstico, sem necessidade de preservar ou transportar a amostra original para um laboratório distante.

O microscópio da Grundium produz imagens digitais que podem ser analisadas no local ou compartilhadas online para serem estudadas em qualquer lugar do mundo. Crédito da imagem - Mikko Malmivaara, Grundium Ltd

Quênia

Em um piloto desta abordagem, Grundium trabalha com uma clínica na zona rural do Quênia desde 2018 para diagnosticar câncer cervical. A equipe da clínica usa o microscópio para escanear amostras de tecido e as imagens são então compartilhadas online para ficarem imediatamente disponíveis para exame por um patologista em Helsinque, Finlândia. Ao trabalhar com as autoridades de saúde locais, Kuisma acredita que os resultados ajudarão os pacientes a obter um tratamento melhor.

Os produtos da Grundium estão no mercado por cerca de € 15, 000, mas Kuisma vê isso diminuindo com economias de escala e espera oferecer um produto por menos de € 10, 000 nos próximos anos. Isso se compara aos sistemas existentes que podem custar 20 vezes mais.

Embora isso ainda possa estar fora do alcance de clínicas menores em países em desenvolvimento, A Grundium vê espaço para colaboração nessas circunstâncias com parceiros capazes - e a possibilidade de tarifas especiais onde a tecnologia pode ser benéfica.

A preparação da amostra custa apenas alguns centavos, o mesmo que para qualquer microscópio óptico, e não requer um especialista médico, Kuisma disse, acrescentando que outras aplicações potenciais incluem sistemas para uso em medicina veterinária.

"Qualquer pessoa que possa preparar um slide pode usar a tecnologia, " ele adicionou.

Ao colocar a tecnologia ao alcance de clínicas e hospitais de pequeno ou médio porte, ele vê potencial para conectar pacientes a diagnósticos inteligentes e especialização médica que, de outra forma, estariam fora de alcance.