Biotekniker, fysiker, och medicinska forskare vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har utvecklat teknik för mikroskopisk avbildning i levande organismer. Ett miniatyriserat multifotonmikroskop, som kan användas i ett endoskop i framtiden, exciterar kroppens egna molekyler att lysa upp och gör det möjligt att avbilda celler och vävnadsstrukturer utan användning av syntetiska kontrastmedel. Resultaten har nu publicerats i den berömda tidskriften Avancerad vetenskap .

Laser som används för att belysa molekyler

Det är ofta nödvändigt att undersöka vävnadsprover under mikroskopet för att diagnostisera sjukdomar. Detta innebär att man tar sådana prover med hjälp av koloskopi, till exempel, och applicera kontrastmedel för att effektivt skilja olika typer av vävnader. Biotekniker, fysiker och medicinska forskare vid FAU har nu utvecklat en process som i hög grad kan förenkla undersökningar av tjocktarmen och andra organ. De har miniatyriserad multifotonmikroskopi i en sådan utsträckning att den kan användas i endoskop. "Ett multifotonmikroskop avger fokuserade laserpulser med mycket hög intensitet under en extremt kort tidsperiod, "förklarar professor Dr. Dr. Oliver Friedrich från ordföranden för medicinsk bioteknik." Under denna process, två eller flera fotoner interagerar samtidigt med vissa molekyler i kroppen som sedan får molekylerna att lysa. "

Multifotonmikroskopi har avgörande fördelar jämfört med konventionella metoder. Patienter behöver inte ta syntetiska kontrastmedel för avbildning av delar av bindväv eftersom kroppens egna markörer lyser på grund av excitation av fotoner. Dessutom, multifotonlasern tränger djupt in i celler, till exempel i väggarna i tjocktarmen, och ger högupplösta tredimensionella bilder av levande vävnad, medan konventionell koloskopi är begränsad till bilder av ytan av tjocktarmen. Förfarandet kan komplettera biopsier eller till och med göra dem överflödiga i vissa fall.

Multi-foton teknik i en bärbar enhet

Multifotonmikroskop används redan i medicinska applikationer, särskilt på hudens yta. Till exempel, hudläkare använder dem för att leta efter malignt melanom. Utmaningen för att använda dessa mikroskop i endoskopiska undersökningar är storleken på de tekniska komponenterna. Forskare vid FAU har nu framgångsrikt lyckats rymma hela mikroskopet och femtosekundlasern i en kompakt, bärbar enhet. Objektivlinsen är inrymd i en kanyl som är 32 millimeter lång och har en diameter på 1,4 millimeter. Brännpunkten kan justeras elektroniskt för att variera den optiska penetrationen. Ett prisma är beläget på spetsen av nålen så att du kan se i sidled in i tjocktarmen, vilket innebär att olika rotationsbilder av vävnaden kan göras från samma position.

I nuvarande experiment med små djur, ljuset från lasern överförs via ett styvt system. Mer forskning behövs för att integrera systemet i ett endoskop. "Särskilda fotoniska kristallfibrer krävs för att styra laserpulserna, "säger Friedrich." Dessutom, förutom objektivet, hela skanningsmekanismen måste vara miniatyriserad för att den ska kunna integreras i ett flexibelt endoskop. "

Orgelatlas och patologier med flera foton

Multi-foton mikroendoskopi är inte bara användbart för att undersöka kolon. Det kan också användas i andra delar av kroppen, såsom i munnen och halsen eller i urinblåsan. Syftet med den nya metoden är att göra det möjligt för läkaren att upptäcka om organceller och delar av cellväggen har förändrats på mikrometerskalan. Komplexa färgningsprocesser och tidskrävande biopsier kan således begränsas. Professor Friedrichs team syftar till att förse läkare med en bilddatabas som tillhandahåller en multi-foton "atlas" av organ och olika sjukdomar.