Sistema de imagem endoscópica inovador pode detectar vários traçadores fluorescentes

Para pacientes com cânceres sólidos, a cirurgia endoscópica é uma das principais opções de tratamento para remover tumores. No entanto, existe um alto risco de recorrência do câncer se mesmo um pequeno número de células cancerígenas for deixado para trás após a ressecção cirúrgica. Para evitar que isso aconteça, os pesquisadores desenvolveram a cirurgia guiada por fluorescência (FGS). Na FGS, os pacientes são injetados com uma sonda fluorescente que se liga preferencialmente às células tumorais, permitindo que os cirurgiões identifiquem facilmente as lesões com a ajuda de endoscópios especializados que emitem a luz de excitação necessária.

Infelizmente, os tumores podem ser altamente heterogêneos e uma única sonda fluorescente não é suficiente para detectá-los todos. Assim, uma das fronteiras da FGS é usar coquetéis de múltiplas sondas fluorescentes (também conhecidas como “rastreadores”) para detectar uma gama mais ampla de tumores, bem como reduzir falsos positivos e negativos. Apesar de algum progresso nessa direção, os endoscópios clinicamente aprovados são todos otimizados para detectar apenas um único traçador. Além disso, os instrumentos multitraçadores atualmente em desenvolvimento são volumosos porque requerem vários sensores de imagem e componentes ópticos.

Em um estudo recentemente publicado na Jornal de Óptica Biomédica (JBO), uma equipe de pesquisa da University of Illinois Urbana–Champaign relatou um novo sistema de imagem endoscópica cujo design pode acelerar bastante a adoção da FGS com múltiplos traçadores.

No centro deste projeto está um inovador sensor de imagem bioinspirado hexacromático (BIS), que os pesquisadores modelaram com base no sistema visual do camarão mantis. O sensor consiste em três camadas de fotodetectores empilhados verticalmente cobertos com um arranjo semelhante a um tabuleiro de damas de dois filtros diferentes; um filtra a luz visível e o outro filtra a luz infravermelha próxima (NIR).

O resultado é uma câmera de chip único que pode capturar efetivamente a luz em seis canais espectrais diferentes, tornando-a capaz de detectar até mesmo as diferenças mais sutis na emissão de fluorescência do tecido que está sendo fotografado. Para colocar seu desempenho em perspectiva, este BIS pode diferenciar rastreadores fluorescentes com picos de emissão separados por apenas 20 nanômetros (nm). Tal feito não é possível com os atuais instrumentos de imagem clinicamente aprovados.

Para poder usar o BIS de forma eficaz, os pesquisadores também tiveram que projetar uma fonte de luz de excitação apropriada para ativar os marcadores fluorescentes. Para isso, eles usaram fibras ópticas bifurcadas personalizadas conectadas a três fontes de luz independentes – um LED branco e dois lasers NIR em 665 e 785 nm. Os pesquisadores acoplaram a saída combinada das fibras no início do endoscópio rígido. Dessa forma, usando um único sensor de imagem e uma única entrada de luz, eles tornaram o dispositivo menos volumoso do que outros sistemas de imagem com vários rastreadores.

Os pesquisadores realizaram testes de caracterização e benchmarking para determinar a resolução espacial e a sensibilidade do dispositivo. Além disso, eles realizaram na Vivo experimentos em um modelo de camundongo para câncer de mama. Esses camundongos foram injetados com um marcador de 680 nm, um marcador de 800 nm ou uma mistura igual dos dois. O sistema proposto poderia diferenciar claramente entre as assinaturas de fluorescência produzidas pelos traçadores individuais e pela mistura.

Com o objetivo de mostrar o potencial clínico de seu endoscópio, os pesquisadores o usaram para visualizar nódulos de câncer de pulmão que haviam acabado de ser removidos de pacientes. Embora esses pacientes tivessem sido injetados apenas com um marcador fluorescente, o dispositivo proposto ainda era capaz de distinguir com precisão nódulos malignos de tecido saudável.

No geral, os pesquisadores alcançaram importantes avanços de engenharia que abrirão o caminho para a adoção do FGS multitraçador. Graças à sua maior resolução espacial e sua notável capacidade de detectar pequenas variações na emissão de fluorescência, o sistema de imagem endoscópica proposto ajudará os médicos a detectar tumores menores ou ocultos com mais facilidade.