Widzieć co dzieje się we wnętrzu chorego - marzenie to od wieków towarzyszyło praktykującym lekarzom. Dawniej, z powodów zakażeń, każde otwarcie powłok ciała było równoznaczne ze śmiercią pacjenta. Dziś możliwość wykonywania tego typu operacji wydaje się nam niewystarczająca. Chcemy pójść o krok dalej i maksymalnie ograniczyć ilość niepotrzebnych zabiegów.
Podstawą współczesnej medycyny staje się tak zwana diagnostyka obrazowa. Dzięki jej różnorodnym technikom, np. ultrasonografii (USG), promieniom rentgenowskim (RTG), czy też tomografii komputerowej (TK), możemy skutecznie i nieinwazyjnie rozpoznawać wiele chorób.
Jedną z takich szybko rozwijających się metod jest obrazowanie molekularne. Polega ono na wprowadzeniu do organizmu specjalnych znaczników, które łączą się z określonymi cząsteczkami lub elementami tkanek i umożliwiają dokonanie oceny ich struktury oraz zachodzących w nich procesów. Przykładowo zastosowanie wyznakowanych fluorescencyjnie sond pomaga dokładnie określić granice guzów nowotworowych i ułatwia tym samym ich doszczętne wycięcie bez konieczności naruszania zdrowych części narządu.
Nasze tkanki nie są jednak przezroczyste i w związku z tym obrazowanie pozostaje skuteczne jedynie na głębokości nie przekraczającej 1 mm. Pokonanie tej granicy stanie się możliwe dzięki nowej metodzie opracowanej przez naukowców z Caltech.
W swojej wcześniejszej pracy jeden ze współautorów badania - Changhuei Yang, postanowił wykorzystać informację zawartą w świetle rozproszonym przez tkankę i uznawanym do tej pory za niepotrzebne zakłócenia. Utrwalał je na specjalnym nośniku holograficznym, który rejestruje więcej informacje o fali świetlnej niż fotografia i pozwala dzięki temu na wykonywanie trójwymiarowego obrazu wybranych obiektów. Puszczając taki zapis od końca, można było pozbyć się zamazującego efektu rozproszenia i prześledzić tym samym drogę przebytą przez falę.
Aby znaleźć zastosowanie w medycynie, metoda ta musiałaby jednak skupiać światło we wnętrzu nieprzezroczystego medium. W niezależnym badaniu naukowcy z Washington University in St. Louis (WUSTL) udowodnili, że można tego dokonać dzięki użyciu ultradźwięków, czyli fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości. Mają one tą pożyteczną właściwość, że nie są rozpraszane przez tkankę, a dodatkowo wchodzą również w interakcje ze światłem i nieznacznie zmieniają jego barwę.
Połączenie obu metod przyniosło upragnione rezultaty. Na małym obszarze wewnątrz wycinka tkanki skupiono fale ultradźwiękowe, a następnie skierowano światło do wnętrza próbki. Tak jak wcześniej uległo ono rozproszeniu, jednak dzięki zmianie barwy można było rozróżnić fale przechodzące przez wybrany obszar, zarejestrować je i odwrócić uzyskując tym samym obraz bez zakłóceń.
Zespół zademonstrował również w jaki sposób metoda ta może zostać użyta w medycynie. Płat żelu z wypisanym fluorescencyjnie „Cit” osadzono wewnątrz wycinka tkanki. Próbkę przeskanowano skupionymi promieniami światła, które pobudziły i uwidoczniły fluorescencyjny wzór. Technikę przetestowano również fotografując guzy wyznakowane odpowiednimi barwnikami.
A zatem nowa metoda może być używana do nieinwazyjnego diagnozowania niektórych chorób. Prawdopodobnie znajdzie ona także zastosowanie w tzw. fotochemioterapii (ang. photodynamic therapy, PDT), podczas której pacjentom aplikuje się leki przeciwnowotworowe aktywowane pod wpływem światła. Ze względu na rozproszenie promieni, leczenie to jest obecnie skuteczne jedynie na powierzchni tkanek. Nowa technika powinna więc umożliwić zwalczanie także głębiej położonych guzów.
Na tym jednak nie koniec. Jak mówi Changhuei Yang “ Promienie lasera skupione punktowo wewnątrz tkanki będą mogły zostać użyte jako skalpel, który pozostawi skórę nienaruszoną”
Oznacza to, że będzie można wykonywać operacje bez otwierania powłok ciała.
Na tego typu zabiegi będziemy musieli jednak trochę poczekać. Na razie naukowcy zdołali sięgnąć na głębokość 2,5 mm i choć wydaje się, że jest to niewiele, to jednak stanowi milowy krok dla technik obrazowania. Dwukrotnie przekroczono bowiem dotychczasowy wynik, a co więcej, odkryto sposób na pokonanie większych odległości. Już za parę lat, dzięki kolejnym ulepszeniom sprzętu optoelektrycznego używanego do nagrań i odtwarzania światła, fale będzie można wprowadzać do ciała na głębokość ok. 10 cm. Taki bowiem limit narzucają nam ultradźwięki.
Autor: Anna Kurcek
Literatura:
Seeing Inside Tissue for No-Cut Surgeries: Researchers Develop Technique to Focus Light Inside Biological Tissue http://www.sciencedaily.com/
Deep-tissue focal fluorescence imaging with digitally time-reversed ultrasound-encoded light
Zastosowanie sond i barwników fluorescencyjnych w chirurgii onkologicznej
KOMENTARZE