Forskere udvikler den næste generation af endoskopiteknologi

Bioteknologer, fysikere, og medicinske forskere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har udviklet teknologi til mikroskopisk billeddannelse i levende organismer. Et miniaturiseret multi-foton mikroskop, som kunne bruges i et endoskop i fremtiden, exciterer kroppens egne molekyler til at belyse og gør det muligt at afbilde celler og vævsstrukturer uden brug af syntetiske kontrastmidler. Resultaterne er nu blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Avanceret Videnskab .

Laser bruges til at belyse molekyler

Det er ofte nødvendigt at undersøge vævsprøver under mikroskop for at diagnosticere sygdomme. Dette involverer at tage sådanne prøver ved hjælp af koloskopi, for eksempel, og anvendelse af kontrastmidler for effektivt at skelne forskellige typer væv. Bioteknologer, fysikere og medicinske forskere på FAU har nu udviklet en proces, der i høj grad kan forenkle undersøgelser af tyktarmen og andre organer. De har miniaturiseret multi-fotonmikroskopi i en sådan grad, at den kan bruges i endoskoper. "Et multi-fotonmikroskop udsender fokuserede laserimpulser med meget høj intensitet i en ekstremt kort periode, " forklarer Prof. Dr. Dr. Oliver Friedrich fra Chair of Medical Biotechnology. "Under denne proces, to eller flere fotoner interagerer samtidigt med visse molekyler i kroppen, som så får molekylerne til at lyse."

Multi-fotonmikroskopi giver afgørende fordele i forhold til konventionelle metoder. Patienter behøver ikke at tage syntetiske kontrastmidler til billeddannelse af dele af bindevæv, da kroppens egne markører lyser på grund af excitation af fotoner. Ud over, multi-foton laseren trænger dybt ind i cellerne, for eksempel ind i tyktarmens vægge, og giver højopløselige tredimensionelle billeder af levende væv, hvorimod konventionel koloskopi er begrænset til billeder af overfladen af ​​tyktarmen. Proceduren kan supplere biopsier eller endda gøre dem overflødige i nogle tilfælde.

Multi-foton teknologi i en bærbar enhed

Multi-foton mikroskoper er allerede i brug i medicinske applikationer, især på overfladen af ​​huden. For eksempel, hudlæger bruger dem til at lede efter malignt melanom. Udfordringen ved at bruge disse mikroskoper til endoskopiske undersøgelser er størrelsen af ​​de tekniske komponenter. Det er nu lykkedes forskere ved FAU at huse hele mikroskopet og femtosekundlaseren i en kompakt, bærbar enhed. Objektivlinsen er anbragt i en kanyle, der er 32 millimeter lang og har en diameter på 1,4 millimeter. Brændpunktet kan justeres elektronisk for at variere den optiske penetration. Et prisme er placeret på spidsen af ​​nålen, hvilket tillader et sideværts udsyn ind i tyktarmen, hvilket betyder, at forskellige rotationsbilleder af vævet kan laves fra samme position.

I aktuelle forsøg på små dyr, lyset, der udsendes fra laseren, transmitteres via et stift system. Mere forskning er nødvendig for at integrere systemet i et endoskop. "Særlige fotoniske krystalfibre er nødvendige for at styre laserimpulserne, " siger Friedrich. "Desuden, ud over objektivlinsen, hele scanningsmekanismen skal miniaturiseres, så den kan integreres i et fleksibelt endoskop."

Multi-foton organatlas og patologier

Multi-foton mikroendoskopi er ikke kun nyttig til at undersøge tyktarmen. Det kan også bruges i andre områder af kroppen, såsom i munden og svælget eller i blæren. Formålet med den nye metode er at sætte lægen i stand til at opdage, om organceller og dele af cellevæggen har ændret sig på mikrometerskalaen. Komplekse farvningsprocesser og tidskrævende biopsier kan således begrænses. Prof. Friedrichs team sigter mod at forsyne læger med en billeddatabase, der giver et multi-foton 'atlas' af organer og forskellige sygdomme.