I ricercatori hanno creato una sonda di imaging endoscopica flessibile simile ad un ago in grado di acquisire immagini microscopiche 3D di tessuti. La piegabilità è possibile grazie a una nuova lente flessibile con indice graduato (GRIN) sviluppata dai ricercatori.

Le lenti GRIN, originariamente sviluppate per l'industria delle telecomunicazioni, sono comunemente utilizzate per eseguire approcci di microscopia a fluorescenza in grado di visualizzare immagini in profondità nei tessuti. Tuttavia, il fatto che siano componenti rigidi ne ha limitato l'uso clinicamente.

"Quando viene eseguita una biopsia tradizionale, rappresenta un singolo momento nel tempo e possono essere necessari giorni per ottenere i risultati dal laboratorio", ha affermato il capo della ricerca Guigen Liu della Harvard Medical School. "Le nostre sonde di imaging pieghevoli potrebbero ridurre il tempo di attesa a pochi minuti e consentire nuovi approcci che utilizzano l'imaging per monitorare dinamicamente i cambiamenti dei tessuti, ad esempio il modo in cui i tumori reagiscono ai trattamenti nel tempo".

In Optics Express , i ricercatori descrivono la loro nuova lente GRIN, che hanno incorporato in una sonda endoscopica. Gli esperimenti hanno dimostrato che le proprietà di imaging della sonda vengono mantenute anche quando è piegata.

"La natura pieghevole di queste sonde GRIN rende le misurazioni su soggetti viventi, come animali o pazienti umani, molto più snelle e pratiche", ha affermato Liu. "Potrebbe essere utile per il posizionamento preciso e minimamente invasivo guidato dalla microscopia di aghi e cateteri per biopsie tissutali e ablazione del tumore, ad esempio."

Imaging attraverso una lente piegata

Le lenti GRIN sono barre di vetro di silice con un indice di rifrazione in continuo cambiamento che focalizza la luce che passa attraverso l'asta senza richiedere una lente di focalizzazione separata. Dal loro sviluppo circa 50 anni fa, si è generalmente pensato che gli obiettivi GRIN potessero essere utilizzati solo come sonde di imaging rigide. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno deciso di sfidare questa nozione scoprendo se fosse possibile acquisire immagini attraverso un obiettivo GRIN piegato.

I ricercatori hanno progettato su misura una lente GRIN con un diametro di 500 micron e una lunghezza di circa 100 mm. La forma lunga e sottile dell'obiettivo e la sua mancanza di un involucro esterno rigido gli conferiscono la flessibilità di piegarsi di circa 10 gradi senza rompersi. Hanno quindi incorporato la nuova lente GRIN in una sonda di imaging endoscopica e l'hanno testata eseguendo l'imaging a fluorescenza 3D a due fotoni attraverso di essa.

Per simulare la flessione del mondo reale che verrebbe sperimentata in profondità nei tessuti, la lente è stata posizionata verticalmente e spinta per introdurre il tipo di deflessione del raggio che si verificherebbe se la sonda fosse utilizzata nel canale di lavoro di un ago utilizzato per una biopsia.

L'esperimento ha mostrato che la risoluzione e il livello del segnale non si deterioravano ovviamente quando un'estremità della sonda veniva spostata lateralmente di 6 mm. "Quando l'obiettivo è piegato, le corsie di segnalazione che trasportano l'immagine attraverso l'asta si adattano sinergicamente spostandosi lateralmente, proprio come un'auto tende a spostarsi verso l'esterno di una strada curva e scivolosa", ha affermato Liu. "Sebbene le corsie del segnale si distorcano leggermente durante lo spostamento, in gran parte mantengono le loro proprietà come ordine e forma. Ciò consente di mantenere la maggior parte della risoluzione e del livello del segnale."

Un nuovo modo per eseguire lo screening dei farmaci antitumorali

Sebbene siano necessari ulteriori sviluppi e test per portare l'endoscopio nella clinica, il dispositivo sta già trovando applicazioni nella ricerca biomedica. Il capo del team e coautore Oliver Jonas e colleghi stanno accoppiando l'endoscopio con un nuovo tipo di microdispositivo per testare un metodo per valutare rapidamente l'efficacia di varie terapie contro il cancro.

I nuovi microdispositivi del team sono progettati per essere impiantati direttamente in un tumore e trasportare piccole quantità fino a 20 farmaci. To measure the effectiveness of the various drugs without removing any tumor tissue, the researchers insert a GRIN-based endoscope directly into the microdevice where it can be used to image fluorescence signals inside the tumor. Although this setup is currently being studied in mice, it could eventually be used in patients to quickly figure out which treatment options are best for fighting each patient's specific tumor.

To move the probes toward clinical application, the researchers are also working to develop longer bendable GRIN lenses to allow deeper imaging and more flexibility. They also want to enhance the mechanical durability of the optical components using a thin polymer coating that won't affect flexibility. + Explore further

Pencil-beam scanning catheter for intracoronary optical coherence tomography