Uma nova abordagem para imagens ópticas torna possível monitorar de forma rápida e econômica várias interações moleculares em uma grande área de tecido vivo - como um órgão ou um pequeno animal; tecnologia que poderia ter aplicações em diagnósticos médicos, cirurgia guiada, ou teste de drogas pré-clínico. O método, que é detalhado em Nature Photonics , é capaz de rastrear simultaneamente 16 cores de informações espacialmente conectadas em uma área que mede vários centímetros, e pode capturar interações que ocorrem em meros bilionésimos de segundo.

"Desenvolvemos uma maneira inteligente de adquirir uma grande quantidade de informações em um curto período de tempo, "disse Xavier Intes, professor de engenharia biomédica no Rensselaer Polytechnic Institute. "Nossa abordagem é mais rápida e menos cara do que a tecnologia existente, sem comprometer a precisão dos dados que adquirimos."

Como o próprio nome indica, a imagem óptica usa luz para investigar um alvo. Em aplicações biomédicas, a imagem óptica tem muitas vantagens sobre técnicas como ressonância magnética e PET, que usam magnetismo e emissões de pósitrons para adquirir imagens dentro de tecidos vivos.

O método desenvolvido pelo laboratório Intes usa técnicas avançadas de imagem óptica - imagem de fluorescência emparelhada com transferência de energia de ressonância estimulante - para revelar o estado molecular dos tecidos. Na imagem de fluorescência vitalícia (FLIM), moléculas de interesse são marcadas com moléculas "repórter" fluorescentes que, quando excitado por um feixe de luz, emitem um sinal de luz com uma determinada cor ao longo do tempo que é indicativo de seu ambiente imediato. As moléculas do repórter podem ser ajustadas para oferecer informações sobre fatores ambientais, como viscosidade, pH, ou a presença de oxigênio. FLIM é ideal para os tecidos grossos de um corpo porque depende de informações de tempo, ao invés da intensidade da luz, que se degrada significativamente à medida que viaja pelo tecido. Os pesquisadores também usaram a transferência de energia de ressonância Forster (FRET), que determina a proximidade entre duas moléculas marcadas de forma semelhante - como uma droga e seu alvo - com base em uma transferência de energia que ocorre apenas quando as moléculas marcadas são entregues nas células doentes para eficácia terapêutica máxima.

Contudo, enquanto o método FLIM-FRET gera um sinal rico em informações, coletar esse sinal de forma rápida e econômica é problemático. Os métodos atuais dependem de câmeras caras, que pode visualizar apenas um repórter de cada vez, e examinar o objeto pode levar horas, pois a câmera coleta informações de todo o seu campo de visão.

Para superar esse obstáculo, os pesquisadores dispensaram as câmeras e, em vez disso, usaram um método de detecção de pixel único combinado com uma técnica de amostragem matemática (baseada em uma transformada de Hadamard) que lhes permitiu coletar informações relevantes suficientes em 10 minutos para construir uma imagem precisa. O método de detecção pode coletar informações em 16 canais espectrais simultaneamente, e três dispositivos de detecção posicionados em torno da amostra forneceram informações espaciais usadas para construir uma imagem tridimensional.

"Esta é uma nova plataforma, uma nova opção em macroscopia, e achamos que terá tração em várias aplicações na área biomédica, "disse Intes.

A pesquisa do Intes é possibilitada pela visão do The New Polytechnic, um paradigma emergente para o ensino superior que reconhece que os desafios e oportunidades globais são tão grandes que não podem ser enfrentados de forma adequada mesmo pela pessoa mais talentosa que trabalha sozinha. Rensselaer serve como uma encruzilhada para a colaboração, trabalhando com parceiros em todas as disciplinas, setores, e regiões geográficas - para enfrentar desafios globais complexos, usando as ferramentas e tecnologias mais avançadas, muitos dos quais são desenvolvidos em Rensselaer. A pesquisa em Rensselaer aborda alguns dos desafios tecnológicos mais urgentes do mundo - desde a segurança energética e o desenvolvimento sustentável até a biotecnologia e a saúde humana. O Novo Politécnico é transformador no impacto global da pesquisa, em sua pedagogia inovadora, e na vida dos alunos da Rensselaer.