p A maioria das doenças, desde câncer e aterosclerose até distúrbios neurodegenerativos e ortopédicos, são acompanhadas por alterações na rigidez do tecido. A medicina clínica há muito confia na palpação manual das regiões suspeitas para detectar a rigidez do tecido para o diagnóstico. Modalidades de imagem, como ultrassom, A ressonância magnética e a OCT também podem medir com eficácia a rigidez do tecido. A reologia do laser speckle (LSR) oferece um novo, abordagem óptica sem contato. O LSR usa um laser barato semelhante a um apontador laser comum para iluminar o tecido - além de uma câmera para imagens de padrões de manchas refletidas por partículas de dispersão de luz na amostra. p Professor associado de dermatologia da Harvard Medical School Seemantini Nadkarni, cujo laboratório no Wellman Center for Photomedicine desenvolveu LSR, explica o papel dos padrões de manchas de laser na comunicação da rigidez do tecido:" espécime compatível, partículas de dispersão de luz se movem rapidamente, fazendo com que o padrão de manchas flutue em uma taxa mais rápida. Em contraste, em um espécime rígido, uma densa rede de fibras restringe esses movimentos, dando origem a um piscar lento de manchas de manchas. "Ao medir a taxa de flutuações de manchas, O LSR permite a medição das propriedades complexas de materiais dos tecidos.

p Reologia do laser speckle, um tutorial

p Um tutorial publicado recentemente por Nadkarni e sua colega Zeinab Hajjarian em acesso aberto, revisado por pares Journal of Biomedical Optics (JBO), fornece uma revisão oportuna e visualmente rica de métodos ópticos em mecânica de tecidos, com um foco específico em LSR. O tutorial discute várias aplicações clínicas para traduzir a plataforma LSR para aplicações em pesquisa básica e medicina clínica. É baseado em uma série de palestras apresentadas por Nadkarni no dia 9 ^º Escola Internacional de Pós-Graduação de Verão, Biophotonics '19, em Hven, Suécia.

p O editor-chefe da JBO, Brian Pogue, Professor MacLean de Ciências da Engenharia na Dartmouth College Thayer School of Engineering, diz, "O tutorial combina os aspectos críticos dos métodos experimentais em como as medições do campo de manchas são projetadas e usadas, com uma apreciação das necessidades da célula, matriz, e a caracterização biológica do tecido. ”Os autores revisam as aplicações in vitro e as imagens de tecido in vivo antes de resumir a história do campo e para onde ele parece estar indo.

p Com o objetivo de estender o alcance da plataforma LSR à investigação e diagnóstico de doenças humanas de uma perspectiva biomecânica, a equipe de pesquisa desenvolveu vários dispositivos que alavancam a plataforma LSR para aplicações em hematologia, cardiologia intervencionista, e pesquisa do câncer.

p Sensor de coagulação sanguínea do tamanho da palma da mão

p Um tema principal de investigação envolve o uso de LSR para detectar sangramento e distúrbios trombóticos em pacientes no local de atendimento. A equipe desenvolveu um sensor de coagulação do sangue do tamanho da palma da mão, denominado iCoagLab, que usa algumas gotas de sangue para medir vários parâmetros para avaliar o estado de coagulação de um paciente em minutos.

p "As deficiências de coagulação acontecem quando o sangue coagula muito lentamente ou muito rapidamente, e o coágulo resultante é muito solto ou muito firme, causando sangramento ou eventos trombóticos, "disse Nadkarni." Medindo e monitorando a rigidez da coagulação do sangue usando LSR, podemos identificar defeitos de coagulação com risco de vida e provavelmente orientar estratégias de transfusão de sangue em pacientes com sangramento ou informar a dosagem de anticoagulantes em pacientes com condições trombóticas. "

p Mapeamento da rigidez do tecido dentro dos vasos sanguíneos

p O LSR também pode ser realizado por meio de feixes de fibra óptica de pequeno diâmetro incorporados aos endoscópios, cateteres ou agulhas para avaliar tecidos internos dentro do corpo que podem ser inacessíveis para testes mecânicos tradicionais. Por exemplo, infarto do miocárdio, a principal causa de morte em todo o mundo, ocorre devido à ruptura de placas mecanicamente fracas dentro da parede do vaso.

p "Nossa equipe de pesquisa desenvolveu a tecnologia de cateter LSR intravascular para produzir o mapa de rigidez de paredes de vasos inteiros e detectar placas de gordura mecanicamente instáveis ​​implicadas em ataques cardíacos. Testamos a tecnologia de cateter LSR em artérias coronárias de cadáveres humanos e em modelos de animais vivos, e estão avançando a tecnologia para configurações pré-clínicas e clínicas, "disse Nadkarni.

p Novo microscópio LSR para auxiliar na pesquisa do câncer

p Vários estudos de mecanobiologia fundamentais ao longo dos anos enfatizaram a importância dos aspectos micromecânicos do tecido e da doença e exigiram novas ferramentas para medir essas propriedades. Os autores deste tutorial também desenvolveram um novo microscópio LSR que permite o mapeamento da rigidez de tecidos e materiais em escalas de comprimento ao longo de algumas dezenas de mícrons.

p "O novo esquema de microscópio LSR captura o mapa de distribuição de rigidez ao longo de vários centímetros de uma amostra de tecido em apenas alguns segundos. Em comparação, medições semelhantes obtidas com técnicas tradicionais de microindentação podem levar várias horas, "disse o co-autor Hajjarian, assistente de engenharia elétrica no Wellman Center for Photomedicine, e instrutor de dermatologia na Harvard Medical School. "Demonstramos os pontos fortes exclusivos desta tecnologia em fantomas microfabricados, modelos in vitro de malignidades do câncer, e amostras de tumor coletadas de pacientes. "

p Os autores tocam nos aspectos técnicos de como esses princípios físicos conduzem diferentes aspectos de processamento da série speckle frame para quantificar parâmetros mecânicos importantes para a natureza ou função do tecido. Pogue acha este esquema notável:"Em particular, a abordagem dos autores para desenvolver um fluxograma dos algoritmos de processamento e fundamentos teóricos fornece os fundamentos necessários para entender o que é medido. "

p Ao apresentar o LSR no contexto mais amplo de técnicas ópticas concorrentes e fornecer uma discussão comparativa dos atributos específicos de cada tecnologia, os autores atenderam aos interesses da comunidade de engenharia óptica biomédica. De acordo com Pogue, "Sua dissecação dos métodos ópticos concorrentes usados, como elastografia de coerência óptica, microscopia de força de tração, o espalhamento de luz dinâmico e a espectroscopia de onda de difusão ajudam a colocar os métodos de reologia de laser speckle em um melhor contexto, no arsenal de ferramentas. "