Un nuovo metodo della Rice University per l'imaging medico utilizza una forte luce proveniente da un array di LED e un rilevatore di fotodiodi a valanga per individuare la posizione dei tumori che sono stati contrassegnati da nanotubi di carbonio mirati agli anticorpi. Il metodo è in grado di rilevare la fluorescenza da nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) fino a 20 millimetri di tessuto. Credito:Weisman Lab/Rice University
Fare il bagno a un paziente con la luce a LED potrebbe un giorno offrire un nuovo modo per localizzare i tumori, secondo i ricercatori della Rice University.
Il sistema di triangolazione spettrale sviluppato dal chimico della Rice Bruce Weisman e dai suoi colleghi ha lo scopo di individuare i tumori del cancro mirati etichettati con nanotubi di carbonio legati agli anticorpi. È descritto in un articolo sulla rivista della Royal Society of Chemistry Nanoscala .
Poiché l'assorbimento della luce infrarossa a onde corte nei tessuti varia con la sua lunghezza d'onda, l'analisi spettrale della luce che passa attraverso la pelle può rivelare la profondità del tessuto attraverso il quale è passata quella luce. Ciò consente di dedurre le coordinate tridimensionali del segnale di nanotubi da un piccolo insieme di misurazioni ottiche non invasive.
La tecnica Rice si basa sul fatto che i nanotubi di carbonio a parete singola emettono naturalmente fluorescenza a lunghezze d'onda infrarosse a onde corte quando eccitati dalla luce visibile. Un rivelatore altamente sensibile chiamato fotodiodo da valanga InGaAs (arseniuro di indio e gallio) ha permesso di leggere segnali deboli da nanotubi fino a 20 millimetri di profondità nel tessuto simulato utilizzato per i test di laboratorio.
"Stiamo usando un rilevatore insolitamente sensibile che non è mai stato applicato a questo tipo di lavoro prima, " ha detto Weismann, un pioniere riconosciuto per la sua scoperta e interpretazione della fluorescenza nel vicino infrarosso da nanotubi a parete singola.
"Questo fotodiodo da valanga può contare i fotoni nell'infrarosso a onde corte, che è una gamma spettrale impegnativa per i sensori di luce. L'obiettivo principale è vedere quanto bene possiamo rilevare e localizzare l'emissione da concentrazioni molto piccole di nanotubi all'interno dei tessuti biologici. Questo ha potenziali applicazioni nella diagnosi medica".
L'uso di diodi emettitori di luce per eccitare i nanotubi è efficace e poco costoso, ha detto Weismann. "È relativamente non convenzionale utilizzare i LED, " ha detto. "Invece, i laser sono comunemente usati per l'eccitazione, ma i raggi laser non possono essere focalizzati all'interno dei tessuti a causa della dispersione. Immergiamo la superficie del campione in una luce LED sfocata, che si diffonde attraverso i tessuti ed eccita i nanotubi all'interno."
I ricercatori della Rice University hanno creato un nuovo modo per individuare la posizione dei tumori del cancro utilizzando una forte luce a LED, un rivelatore unico e nanotubi mirati. Da sinistra:Bruce Weisman, Michele Vu, Kathleen Beckingham, Ching-Wei Lin e Sergei Bachilo. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Una piccola sonda ottica montata sul telaio di una stampante 3D segue uno schema programmato al computer mentre la sonda tocca delicatamente la pelle per effettuare letture in punti della griglia distanziati di pochi millimetri.
Prima di raggiungere il rilevatore, la luce dei nanotubi viene in parte assorbita dall'acqua mentre attraversa i tessuti. Weisman e il suo team lo usano a proprio vantaggio. "Una ricerca bidimensionale ci dice le coordinate X e Y dell'emettitore ma non Z:la profondità, " ha detto. "Questa è una cosa molto difficile da dedurre da una scansione di superficie."
La triangolazione spettrale supera il limite. "Sfruttiamo il fatto che diverse lunghezze d'onda dell'emissione di nanotubi vengono assorbite in modo diverso passando attraverso il tessuto, " Weisman ha detto. "L'acqua (nel tessuto circostante) assorbe le lunghezze d'onda più lunghe provenienti dai nanotubi molto più fortemente di quanto non faccia le lunghezze d'onda più corte.
"Se rileviamo nanotubi vicino alla superficie, le emissioni a lunghezza d'onda lunga e corta sono relativamente simili in intensità. Diciamo che lo spettro è imperturbabile.
"Ma se la fonte di emissione è più profonda, l'acqua in quel tessuto assorbe le lunghezze d'onda più lunghe preferenzialmente alle lunghezze d'onda più corte, " ha detto. "Quindi l'equilibrio tra le intensità delle lunghezze d'onda corte e lunghe è un metro per misurare la profondità della sorgente. È così che otteniamo la coordinata Z."
Il rivelatore è ora in fase di test nel laboratorio del dottor Robert Bast, un esperto di cancro ovarico e vicepresidente per la ricerca traslazionale presso l'MD Anderson Cancer Center dell'Università del Texas.
"Ci dà la possibilità di vedere i nanotubi più in profondità all'interno dei tessuti perché così poca della luce emessa dai nanotubi arriva in superficie, " ha detto Weisman. "Siamo stati in grado di rilevare più in profondità nei tessuti di quanto penso che chiunque altro ha segnalato."
