Um sistema de "imagem química" que usa um tipo especial de feixe de laser para penetrar profundamente no tecido pode levar a tecnologias que eliminem a necessidade de tirar sangue para análises, incluindo testes de drogas e detecção precoce de doenças como câncer e diabetes.

O sistema, chamado microscopia de projeção Raman estimulada e tomografia, torna possível a "imagem volumétrica" ​​sem o uso de corantes fluorescentes que podem afetar as funções biológicas e prejudicar a precisão, disse Ji-Xin Cheng, um professor da Escola Weldon de Engenharia Biomédica da Universidade de Purdue, Departamento de Química e Centro de Nanotecnologia Birck.

"A imagem química volumétrica permite uma melhor compreensão da composição química de sistemas biológicos complexos tridimensionais, como células, " ele disse.

A tecnologia usa um tipo de feixe de laser denominado feixe de Bessel, que mantém o foco por uma distância maior do que um "feixe gaussiano" tradicional usado em outras tecnologias de imagem, tornando possível penetrar profundamente no tecido. A espectroscopia Raman estimulada elimina a necessidade de corantes fluorescentes. A tecnologia produz dados mais precisos do que outros métodos, porque permite a geração de imagens de toda a célula, "adicionando" os sinais produzidos a partir do feixe de varredura, Disse Cheng.

Como o feixe de Bessel torna possível a imagem de tecidos profundos, pode levar a sistemas que eliminam a necessidade de coletar sangue para análises, como testes de drogas e detecção de biomarcadores para o diagnóstico precoce não invasivo de doenças, Disse Cheng.

"Este é um objetivo de longo prazo, "ele disse." Enquanto isso, muito mais pesquisas são necessárias para melhorar o sistema. "

Os pesquisadores provaram o conceito ao criar imagens de armazenamento de gordura em células vivas. Os resultados são detalhados em um artigo de pesquisa publicado em 24 de abril no jornal Nature Communications .

A tecnologia relatada produz informações sobre a composição química, coletar uma série de imagens enquanto gira a amostra e reconstrói a estrutura 3-D por meio de algoritmos de reconstrução de imagem.

O feixe de Bessel é produzido usando um par de lentes "axicon" em forma de cone e é combinado com uma objetiva de microscópio. Seu uso para imagens de fluorescência volumétrica foi demonstrado anteriormente pelo físico Eric Betzig, que ganhou o Prêmio Nobel de Química em 2014 por sua contribuição pioneira para a microscopia de fluorescência de super-resolução. A tecnologia de super-resolução permite que os pesquisadores resolvam características estruturais muito menores do que o comprimento de onda da luz visível, contornando o "limite de difração" que normalmente impede a geração de imagens de características menores do que cerca de 250 nanômetros, que é grande em comparação com certas moléculas e estruturas biológicas nas células.

Contudo, microscopia de fluorescência geralmente requer o uso de marcadores fluorescentes, que pode interferir com os processos biológicos e dificultar a precisão para determinar a estrutura química.

Pesquisas futuras incluirão trabalhos para aumentar a sensibilidade de detecção do sistema e melhorar a qualidade e velocidade da imagem.

"Há muito espaço para melhorias, "Cheng disse." O sistema é baseado em um laser de femtossegundo volumoso e relativamente caro, o que limita seu potencial para amplo uso e tradução clínica. No entanto, prevemos que essa limitação pode ser contornada por meio de inovações de engenharia para reduzir o custo e o tamanho de nossa tecnologia. Notamos também que o feixe de Bessel pode ser produzido usando fibras, o que poderia simplificar o sistema e permitir aplicações endoscópicas. "

O artigo foi escrito por Xueli Chen, um professor visitante da Universidade Xidian na China; Chi Zhang, associado de pesquisa de pós-doutorado da Purdue; Os alunos de doutorado de Purdue, Peng Lin e Kai-Chih Huang; Os pesquisadores da Universidade Xidian, Jimin Liang e Jie Tian; e Cheng.