Real-time, macroscopic shortwave infrared Raman imaging for surgical and pre-clinical applications
Questo articolo introduce l'imaging Raman a infrarossi a onde corte (SWIR) macroscopico in tempo reale, una tecnica priva di etichette che supera i limiti tradizionali dell'autofluorescenza per fornire una visualizzazione chimica ad alto contrasto, simile alla Risonanza Magnetica (MRI), della dinamica dei tessuti, dei marcatori di malattie e delle strutture anatomiche critiche per un migliore orientamento chirurgico e la diagnosi preclinica.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo
Immagina di cercare di trovare un amico specifico in una stanza affollata e nebbiosa. Se accendi semplicemente una torcia normale, la nebbia (che è come il bagliore naturale del tuo stesso corpo) si mette in mezzo, facendo apparire tutti come una macchia luminosa e sfocata. Non riesci a distinguere chi indossa un cappello rosso e chi uno blu. Questo è un grande problema per i medici che cercano di vedere l'interno del corpo umano o per gli scienziati che studiano minuscole creature viventi. Hanno bisogno di un modo per vedere i "vestiti chimici" di diversi tessuti — come sapere se una macchia è grasso, acqua o osso — senza usare coloranti o aghi.
Per molto tempo, gli scienziati hanno usato una tecnica chiamata scattering Raman, che è come ascoltare il "ronzio" o la vibrazione unica delle molecole per identificarle. Ma questo ronzio è solitamente molto debole, e nella luce visibile che usiamo ogni giorno, il bagliore naturale del corpo (autofluorescenza) è così forte da sommergere il segnale. È come cercare di sentire un sussurro a un concerto rock. Tuttavia, esiste una parte speciale dello spettro luminoso chiamata "infrarosso a onde corte" (SWIR). Pensa a questa come a una frequenza segreta dove la nebbia si dirada e il corpo diventa molto più trasparente. Combinando questa finestra limpida con la capacità di ascoltare le vibrazioni molecolari, i ricercatori potrebbero finalmente essere in grado di vedere la composizione chimica dei tessuti in tempo reale, direttamente in sala operatoria.
Questo è esattamente ciò che il team guidato da Oliver Bruns e Bernardo Arús ha ottenuto. Hanno costruito un nuovo tipo di "telecamera chimica" che utilizza la luce infrarossa a onde corte per scattare foto alle vibrazioni chimiche all'interno degli esseri viventi. Invece di vedere solo forme, questa telecamera vede di cosa sono fatte le cose. Hanno scoperto che, facendo risplendere una luce con lunghezze d'onda comprese tra 892 e 1064 nanometri, potevano silenziare completamente il bagliore naturale del corpo. Questo ha permesso loro di ascoltare chiaramente il "sussurro" delle molecole, anche attraverso la pelle e su grandi aree, senza dover iniettare alcun colorante speciale.
I ricercatori hanno testato questa telecamera magica su topi, mani umane e persino all'interno di una sala operatoria con maiali e un corpo umano donatore. Hanno scoperto che la telecamera poteva individuare istantaneamente la differenza tra tessuto adiposo e tessuto acquoso. Ad esempio, potevano vedere i depositi di grasso brillare di verde e i muscoli o i linfonodi brillare di blu, semplicemente guardando le loro firme chimiche. In un topo vivente, hanno osservato il grasso scomparire quando l'animale digiunava e riapparire quando mangiava di nuovo, tutto senza toccare l'animale. Hanno anche utilizzato la telecamera su campioni di tessuto umano per trovare la malattia del fegato grasso e per individuare pericolosi depositi di calcio nelle arterie ostruite, cose che di solito sono difficili da vedere senza tagliare il tessuto e colorarlo.
Ancora più eccitante, hanno trasformato questo in uno strumento in tempo reale per i chirurghi. In sala operatoria, hanno dimostrato che la telecamera poteva trovare linfonodi nascosti e nervi che erano invisibili sotto la normale luce bianca perché sepolti nel grasso. La telecamera agiva come un super raggi X che non aveva bisogno di una grande macchina o di magneti; aveva solo bisogno di luce. Poteva mostrare a un chirurgo esattamente dove era nascosto un nervo in un mare di grasso, aiutandolo ad evitarne il taglio accidentale. Il sistema funziona velocemente, scattando una foto ogni secondo, il che è abbastanza rapido da guidare la mano di un chirurgo mentre lavora.
L'articolo suggerisce che questa tecnologia potrebbe cambiare il modo in cui vengono eseguiti gli interventi chirurgici. Fornendo ai medici una "mappa chimica" del corpo in tempo reale, potrebbero prendere decisioni migliori su cosa tagliare e cosa salvare. Sebbene i ricercatori siano molto sicuri delle loro misurazioni — mostrando chiare differenze chimiche in topi, maiali e campioni umani — presentano questo come uno strumento potente che è pronto per essere testato in vere operazioni chirurgiche, piuttosto che come un prodotto finito che risolve istantaneamente ogni problema medico. Hanno dimostrato che funziona per vedere cose che prima erano invisibili, aprendo la porta a un futuro in cui la chirurgia è guidata dalla verità chimica del tessuto stesso.
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