Para um paciente, a análise de uma amostra de biópsia de tecido para verificar se há algo como câncer pode parecer um processo relativamente simples, mesmo que signifique abrir mão de um pequeno pedaço de carne para ser testado. A amostra segue para um laboratório, o paciente vai para casa, e em vários dias o médico liga com os resultados.

Na realidade, muito trabalho é necessário para preparar uma amostra de tecido e avaliá-la em busca de sinais de doença. Para ser visto em um microscópio, a amostra precisa ser cortada em fatias extremamente finas, que podem ter apenas algumas células de espessura. E para ajudar na visualização, o técnico pode empregar uma variedade de corantes para marcar proteínas ou estruturas celulares específicas.

"É necessário um processamento extensivo da amostra, "diz Lihong Wang, Professor Bren da Caltech de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas. "Você só pode rotular um determinado número de moléculas de cada vez, e você tem que fazer uma lavagem entre as etiquetagens. E algumas moléculas não absorvem os corantes e não são marcadas de forma alguma. "

Uma nova técnica que está sendo desenvolvida no laboratório de Wang visa tornar esse processo muito mais simples e menos invasivo. Em vez de usar tinturas, a técnica usa pulsos de luz laser para obter a imagem de uma amostra.

Esta nova abordagem, chamada microscopia fotoacústica de infravermelho médio localizada no ultravioleta, ou ULM-PAM, desenvolve imagens das estruturas microscópicas encontradas em um pedaço de tecido, bombardeando a amostra com luz laser infravermelha e ultravioleta.

Uma amostra a ser obtida é primeiro atingida por um pulso de luz laser ultravioleta. Essa luz faz com que as moléculas dentro da amostra vibrem. Sensores colocados contra a amostra captam esses sinais de vibração e os passam para um computador que os processa.

Na próxima etapa, a amostra é atingida por um pulso de luz laser infravermelha. Este pulso aquece a amostra ligeiramente, mas não uniformemente. Alguns materiais da amostra, como proteínas ou DNA, vão aquecer mais do que outros porque absorvem mais energia do laser.

Imediatamente após o pulso de aquecimento, a amostra é novamente atingida por um pulso de luz laser ultravioleta. Como antes, a luz UV faz com que as moléculas dentro da amostra vibrem, e esses sinais são repassados ​​para o computador. Ao comparar os sinais das amostras antes e depois de serem aquecidas, o computador cria uma imagem na qual as estruturas podem ser identificadas por suas assinaturas de calor. Uma vez que as células cancerosas expressam proteínas e DNA de forma diferente das células saudáveis, eles podem ser diferenciados desta forma.

Para entender melhor como funciona, imagine se você recebesse duas folhas de papel - uma branca e outra preta - e pedisse para determinar qual era qual sem olhar para elas.

Uma maneira de fazer isso seria colocar as duas folhas de papel ao sol, espere alguns minutos, e depois mede a temperatura. Como os objetos pretos absorvem mais luz do que os objetos brancos, o lençol preto ficaria mais quente do que o branco. A luz do sol neste exemplo é análoga ao laser infravermelho usado na técnica ULM-PAM, e o termômetro é análogo ao laser UV.

Junhui Shi, um pós-doutorado em engenharia médica no laboratório de Wang, liderou o esforço de dois anos para desenvolver o ULM-PAM e diz que o projeto enfrentou alguns obstáculos significativos.

"Como a luz ultravioleta e o infravermelho têm propriedades diferentes, tivemos que encontrar espelhos e vidros especiais que pudessem focalizar ambos, "diz ele." E porque não existe nenhuma câmera que possa ver os dois, tivemos que desenvolver maneiras de ver se eles estavam focados corretamente. "

Embora Wang e Shi tenham mostrado que ULM-PAM funciona, sua técnica permanece no estágio de prova de conceito. Ainda leva muito tempo para ser útil em um ambiente clínico - embora a atualização dos lasers permita varreduras mais rápidas de amostras de tecido, eles dizem.

Uma meta de longo prazo é desenvolver a tecnologia em algo que possa ser usado em tecidos enquanto eles ainda estão no corpo do paciente, Wang diz.

"Quero passar para in vivo. Quero usar isso para criar imagens de células cancerosas durante a cirurgia, "ele diz." Esse seria o sonho. "

O artigo que descreve a técnica, intitulado "Alta resolução, imagem de infravermelho médio de alto contraste de amostras biológicas frescas com microscopia fotoacústica localizada no ultravioleta, "aparece na edição de 13 de maio da Nature Photonics .