A imagem por fluorescência é amplamente usada para visualizar tecidos biológicos, como a parte de trás do olho, onde sinais de degeneração macular podem ser detectados. Também é comumente usado para gerar imagens de vasos sanguíneos durante a cirurgia reconstrutiva, permitindo que os cirurgiões se certifiquem de que os vasos estão devidamente conectados.

Para esses procedimentos, bem como outros agora em ensaios clínicos, como tumores de imagem, pesquisadores usam uma parte do espectro de luz conhecido como infravermelho próximo (NIR) - 700 a 900 nanômetros, um pouco além do que o olho humano pode detectar. Um corante que fica fluorescente neste comprimento de onda é administrado ao corpo ou tecido e, em seguida, fotografado com uma câmera especializada. Os pesquisadores mostraram que a luz com comprimentos de onda maiores que 1, 000 nanômetros, conhecido como infravermelho de ondas curtas (SWIR), oferece imagens muito mais claras do que NIR, mas não há corantes de fluorescência aprovados pela FDA com emissão de pico na faixa SWIR.

Uma equipe de pesquisadores do MIT e do Hospital Geral de Massachusetts deu um grande passo para tornar a imagem SWIR amplamente disponível. Eles mostraram que um aprovado pela FDA, corante disponível comercialmente agora usado para imagens de infravermelho próximo também funciona muito bem para imagens de infravermelho de ondas curtas.

"O que descobrimos é que este corante, que foi aprovado desde 1959, é realmente o melhor, o fluoróforo mais brilhante que conhecemos neste ponto para imagens no infravermelho de onda curta, "diz Moungi Bawendi, o Lester Wolf Professor de Química no MIT. "Agora os médicos podem começar a tentar imagens de ondas curtas para suas aplicações, porque eles já têm um fluoróforo aprovado para uso em humanos."

A obtenção de imagens desse corante com uma câmera que detecta luz infravermelha de ondas curtas pode permitir que médicos e pesquisadores obtenham imagens muito melhores de vasos sanguíneos e outros tecidos do corpo para diagnóstico e pesquisa.

Bawendi e o ex-cientista pesquisador do MIT Oliver Bruns são os autores seniores do estudo, que aparece no Proceedings of the National Academy of Sciences . Os principais autores do artigo são os alunos de pós-graduação do MIT, Jessica Carr e Daniel Franke.

Cortando a névoa

O corante que os pesquisadores usaram neste estudo, conhecido como indocianina verde (ICG), fluoresce mais fortemente em torno de 800 nanômetros, que se enquadra na faixa do infravermelho próximo. Quando injetado no corpo, ele viaja pela corrente sanguínea, tornando-o ideal para angiografia (a visualização do sangue fluindo através dos vasos). Alguns sistemas cirúrgicos assistidos por robô incorporaram imagens de fluorescência NIR para ajudar a visualizar os vasos sanguíneos e outras características anatômicas.

A equipe do MIT descobriu a utilidade do ICG para imagens SWIR de forma um tanto acidental. Como parte de um experimento de controle para outro artigo, eles testaram a saída de fluorescência de pontos quânticos contra a saída de fluorescência de ICG no infravermelho de ondas curtas. Eles esperavam que o ICG não tivesse saída, mas ficamos surpresos ao descobrir que, na verdade, produziu um sinal muito forte.

O laboratório de Bawendi e outros pesquisadores estão interessados ​​em desenvolver fluoróforos para imagens SWIR porque o SWIR oferece melhor contraste e clareza do que o NIR. A luz com comprimentos de onda mais curtos tende a se espalhar de imperfeições nos objetos que atinge, mas à medida que os comprimentos de onda se tornam mais longos, a dispersão é bastante reduzida.

"No infravermelho próximo, muitos dos recursos que você vê no tecido podem parecer nebulosos, e quando você passa para o infravermelho de ondas curtas, a imagem fica mais nítida e tudo fica mais nítido, "Bruns diz.

O infravermelho de ondas curtas também pode penetrar mais profundamente no tecido, embora calcular exatamente o quão longe seja um processo complicado, os pesquisadores dizem, porque depende do tamanho da estrutura que está sendo visualizada e do campo de visão do microscópio. No novo estudo, os pesquisadores foram capazes de ver várias centenas de micrômetros no tecido usando um microscópio de fluorescência normal. Normalmente, esta profundidade pode ser alcançada apenas com microscopia de dois fótons, um tipo de imagem muito mais complicado e caro.

"Descobrimos que o infravermelho de ondas curtas é particularmente útil para a geração de imagens de pequenos objetos que estão em cima de um fundo grande, então, quando você quer fazer angiografia de pequenos vasos, ou capilares, que é significativamente mais fácil no infravermelho de ondas curtas do que no infravermelho próximo, "Franke diz.

Um sinal forte

Em seu estudo, os pesquisadores exploraram ainda mais o ICG e mostraram que ele dá um sinal mais forte do que outros corantes SWIR agora em desenvolvimento. Estudos anteriores do ICG focaram em sua emissão em torno de 800 nanômetros, onde torna a fluorescência mais brilhante, portanto, ninguém havia observado que o corante também produzia um sinal forte em comprimentos de onda mais longos. Embora não tenha fluorescência eficiente na faixa do infravermelho de ondas curtas, ICG absorve tanta luz que, mesmo que uma pequena porcentagem seja emitida como luz fluorescente, o sinal é mais brilhante do que o produzido por outros corantes SWIR.

Os pesquisadores também descobriram que o ICG é brilhante o suficiente para produzir imagens rapidamente, o que é importante para capturar o movimento.

"Se você não tiver um sinal forte o suficiente, diminui o tempo que leva para tirar a imagem, então você não pode usá-lo para imagens de movimento, como o sangue fluindo ou o coração batendo, "Carr diz.

Os pesquisadores também testaram outro corante que funciona no infravermelho próximo. Esta tintura, chamado IRDye 800CW, é semelhante ao ICG e pode ser anexado a anticorpos que visam proteínas, como as encontradas em tumores. Eles descobriram que o IRDye 800CW também apresenta fluorescência intensa na luz infravermelha de ondas curtas, pensei não tão brilhantemente como o ICG, e mostraram que podiam usá-lo para criar imagens de um tumor cancerígeno no cérebro de camundongos.

Para fazer imagens infravermelhas de ondas curtas, laboratórios de pesquisa e hospitais precisariam trocar as câmeras de silício agora usadas para imagens NIR por uma câmera de arsenieto de gálio e índio (InGaAs). Até recentemente, essas câmeras são proibitivamente caras, mas os preços vêm caindo nos últimos anos.

A equipe de pesquisa agora está investigando por que o ICG funciona tão bem para imagens infravermelhas de ondas curtas, e está tentando identificar o comprimento de onda ideal para seu uso, que eles esperam que os ajude a determinar as melhores aplicações para este tipo de imagem. Eles também estão trabalhando com outros laboratórios para desenvolver corantes semelhantes ao ICG e que possam funcionar ainda melhor.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.