Nowe urządzenie diagnostyczne może wcześnie ostrzegać m.in. o chorobach oczu i nowotworach skóry. Nie wymaga przeprowadzania biopsji, dlatego korzystnie wpływa na samopoczucie pacjenta, a także na szybkość diagnozowania, prowadząc do skuteczniejszego leczenia.

Według Eurostatu każdego roku około 13 miliona Europejczyków umiera przez nowotwory. Co więcej oczekuje się że u jednego na 30 obywateli Europy dojdzie do utraty wzroku. Obie te przypadłości znacząco obciążają nie tylko zdrowie dotkniętych nimi osób ale także dla europejską infrastrukturę opieki zdrowotnej.

Poprzez realizację finansowanego przez UE projektu LASER-HISTO nowoczesna niemiecka firma JenLab jako jedyna na świecie opracowała i przetestowała nieinwazyjne urządzenie diagnostyczne działające w oparciu o promieniowanie lasera femtosekundowego które umożliwia wykonanie wirtualnej biopsji skóry i oka.

Natychmiastowa wczesna diagnoza

Urządzenie LASER-HISTO to innowacyjny rodzaj tomografu, dzięki któremu z komórek wewnątrz skóry i rogówki można uzyskać obrazy o ultrawysokiej rozdzielczości. Jest to możliwe, dzięki szybkiemu sekcjonowaniu optycznemu opartemu na technologii niemalże podczerwonego lasera femtosekundowego. Podejście to wykorzystuje dwa fotony o niskiej energii do wzbudzenia fluorescencji w głębokich warstwach tkanki, zamiast bardziej typowego zastosowania jednego fotonu o wysokiej energii z laserów o długich impulsach, dzięki czemu nie dochodzi do tak głębokiej penetracji świetlnej.

W tomografach klinicznych wytwarzanych jest 80 milionów niezwykle krótkich impulsów laserowych na sekundę, przy przeciętnej mocy 20 miliwatów i czasie działania rzędu mikrosekund na woksel tkanki. Zagrożenie uszkodzeniem DNA skalkulowano, jako odpowiednik 15-minutowej ekspozycji na działanie słonecznych promieni UV.

Ponieważ tomografy te umożliwiają mikroskopię autofluorescencyjną o wysokiej rozdzielczości, mikroskopię Ramana, mikroskopię obrazowania czasów życia fluorescencji (ang. Fluorescence Lifetime Imaging microscopy, FLIM) i mikroskopię z efektem generowania drugiej harmonicznej (ang. Second Harmonic Generation, SHG), pacjenci nie muszą już dostarczać do badań barwionych wycinków tkankowych, dzięki czemu omija ich ból, nie pozostają im blizny i krócej czekają na wyniki.

Poza dostarczaniem trójwymiarowych danych morfologicznych w skali submikronowej, obrazowanie to dostarcza także informacji o metabolizmie i występujących wewnątrz tkanki związkach chemicznych, które są dla lekarzy cennymi wskazówkami pozwalającymi wykrywać choroby przed wystąpieniem ich widocznych oznak.

A ponieważ technologia ta wykorzystuje biomarkery endogenne, pozyskane przy jej pomocy obrazy dowolnej tkanki nie wymagają podania markerów zewnętrznych. Podejście to wykorzystuje zjawisko emitowania przez ludzkie komórki słabych sygnałów świetlnych po ekspozycji na promieniowanie femtosekundowego, niemal podczerwonego światła laserowego, które można zmierzyć metodą zliczania pojedynczych fotonów (ang. single photon counting, SPC) i wykorzystać do obliczenia czasu życia fluorescencji w przeliczeniu na piksel. Czas życia fluorescencji komórek nowotworowych i komórek objętych stanem zapalnym jest różny od czasu życia fluorescencji zdrowych komórek.

Jak podsumowuje koordynator projektu, dr Karsten König: „Osiągnęliśmy swój cel, którym była diagnostyka skóry i oka bez skalpela i znakowania, za to z wynikami dostępnymi w kilka minut. Dla porównania: obecne metody diagnozowania nowotworów skóry w Europie opierające się na biopsji skóry, mikroskopach i doświadczeniu patodermatologów pozwalają na uzyskanie wyników w tydzień”.

Od astronautów po anti-aging

Tomograf multifotonowy może znaleźć szereg innych zastosowań. Dr König przytacza obiektywne testy skuteczności produktów przeciwstarzeniowych poprzez pomiar stosunku elastyny do kolagenu i metabolizmu komórek w jednym. Wspomina także, że możliwe byłyby testy jakości ludzkiej rogówki przed transplantacją i podjęciem, dosłownie, daleko idących działań.

„Marzy mi się dostarczenie astronautom ultrakompaktowych tomografów multifotonowych, które zabraliby ze sobą na misję na Marsa”, dodaje. „Nasze ostatnie badania na trzech astronautach wykazały niespotykane dotąd zjawisko zmniejszania grubości skóry podczas sześciu miesięcy prac w międzynarodowym laboratorium kosmicznym, więc moglibyśmy to monitorować”.

Tymczasem na Ziemi, w szpitalach w Kalifornii i Niemczech rozpoczną się w tym roku badania kliniczne nad wykrywaniem nowotworów skóry przy pomocy urządzenia LASER-HISTO. Zespół badawczy pracuje nad pozyskaniem medycznego dopuszczenia do sprzedaży do końca 2019 r., a na 2020 r. zaplanowano rozpoczęcie produkcji.

© Unia Europejska, [2019] | źródło: CORDIS