Misurare la febbre è di solito piuttosto semplice:posiziona un termometro sotto la lingua di un paziente e ottieni una lettura accurata della temperatura entro 30 secondi. Ma quella semplicità non si traduce quando si tratta di misurare le temperature di tessuti specifici in profondità all'interno del corpo.

Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno dimostrato come l'imaging fotoacustico può rilevare la temperatura dei tessuti profondi in modo più rapido e preciso rispetto alle tecniche attuali. Questa scoperta dovrebbe svolgere un ruolo importante nel progresso delle terapie termiche per curare il cancro. La ricerca appare il 12 febbraio sulla rivista ottica .

Il monitoraggio della temperatura dei tessuti interni è essenziale per molti studi biomedici e terapie termali dei tumori, spesso influenzando l'efficienza di un trattamento o gli effetti collaterali.

"Se usiamo la risonanza magnetica o gli ultrasuoni, stiamo esaminando la temperatura relativa e operiamo partendo dal presupposto che il paziente abbia una temperatura di base di 98 gradi Fahrenheit, che non è sempre così, " disse Junjie Yao, assistente professore di ingegneria biomedica alla Duke. "Abbiamo trovato un modo per misurare la temperatura assoluta utilizzando l'imaging fotoacustico per sondare la memoria termica del tessuto".

Come il nome suggerisce, l'imaging fotoacustico consente ai ricercatori di combinare le proprietà della luce e del suono. Questa tecnica consente ai ricercatori di convertire la luce irradiata attraverso i tessuti in onde ultrasoniche che possono quindi essere analizzate per creare immagini ad alta risoluzione.

"In pratica si tratta di comprimere un secondo di luce solare estiva a mezzogiorno su un'unghia in un singolo nanosecondo, " disse Yao, che ha lavorato con la tecnologia per quasi un decennio. "Quando il laser colpisce una cellula, l'energia fa sì che si scaldi un pochino e si espanda istantaneamente, creando un'onda ultrasonica. È come suonare un campanello per farlo suonare".

Secondo Yao, i ricercatori hanno voluto utilizzare l'imaging fotoacustico per misurare la temperatura per lungo tempo, ma hanno costantemente sperimentato blocchi tecnici.

"L'efficienza di conversione tra luce e suono dipende dalla temperatura, quindi sappiamo che è possibile misurare la temperatura ascoltando le onde sonore generate dalla luce, " Yao ha detto. "Tuttavia, in precedenza non siamo stati in grado di misurare la temperatura assoluta perché il processo stesso ha bisogno di sapere quanti fotoni stanno raggiungendo il tessuto, che è tecnicamente impegnativo."

Per aggirare queste informazioni mancanti, Yao sta lavorando con Pei Zhong, un professore nel dipartimento di ingegneria meccanica e scienza dei materiali che ha generato il riscaldamento dei tessuti profondi utilizzando ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU). Il loro team ha ideato un nuovo approccio chiamato termometria fotoacustica basata sull'energia termica, o TENTARE, che utilizza l'imaging fotoacustico per misurare la "memoria termica" del tessuto.

Con TENTARE, i ricercatori effettuano una lettura della temperatura di base prima di bombardare il tessuto con una raffica di impulsi laser della durata di nanosecondi. Gli impulsi aumentano temporaneamente la temperatura del tessuto, che viene quindi misurato utilizzando un altro impulso fotoacustico.

Il team di ricerca è stato in grado di utilizzare queste misurazioni e un modello matematico per stimare la temperatura assoluta senza sapere quanti fotoni sono stati consegnati.

La capacità di misurare con maggiore precisione la temperatura dei tessuti in profondità nel corpo ha importanti implicazioni per il trattamento del cancro con l'ablazione termica, che comporta il riscaldamento delle cellule tumorali utilizzando HIFU o onde radio fino alla loro morte. Sebbene la termoterapia sia un nuovo arrivato nella battaglia contro il cancro, i ricercatori sono molto entusiasti di questo trattamento perché non provoca i gravi effetti collaterali associati alla radioterapia e alla chemioterapia.

"Una delle sfide con la termoterapia è che dobbiamo mantenere la temperatura nell'intervallo più efficiente, " Yao ha detto. "Se la temperatura è troppo alta, possiamo danneggiare i tessuti circostanti, e se è troppo basso, non stiamo causando abbastanza danni al tumore. La tecnologia TEMPT potrebbe essere incorporata nei trattamenti per perfezionare la temperatura perfetta".

Yao ha affermato che i ricercatori sono desiderosi di esplorare l'intervallo di temperatura più preciso per uccidere in modo efficiente le cellule tumorali. Al di là del potenziale terapeutico, Yao ei suoi collaboratori stanno anche esaminando come il loro lavoro possa essere applicato ad altre questioni fondamentali di ricerca.

"Stiamo già formando nuove collaborazioni, sia con medici che ingegneri, per continuare a far progredire questa nuova tecnologia in laboratorio e oltre, " Yao ha detto. "Questo è molto eccitante perché può essere potenzialmente tradotto in impatti clinici e benefici per i malati di cancro".