Detectarea mai timpurie a cancerului depinde adesea de metode care să scoată în evidenţă rapid diferenţele dintre ţesutul tumoral şi cel sănătos. Un nou sistem imagistic ultrasensibil propune o abordare care poate evidenţia zonele suspecte prin semnale luminoase, cu obiectivul de a accelera identificarea leziunilor şi de a face imagistica moleculară mai uşor de utilizat dincolo de laboratoarele specializate.
Oamenii de ştiinţă au creat un sistem Raman compact care poate diferenţia clar ţesutul tumoral de cel normal. Dispozitivul este conceput să detecteze semnale extrem de slabe generate de nanoparticule pentru spectroscopia Raman amplificată la suprafaţă (SERS), proiectate să se lege de markeri tumorali. După aplicarea nanoparticulelor pe o probă sau pe zona examinată, sistemul citeşte semnalul Raman şi marchează automat zonele care au o probabilitate mai mare de a conţine ţesut tumoral.
„Metodele tradiţionale pentru diagnosticul legat de cancer consumă timp şi sunt laborioase, deoarece necesită colorarea probelor de ţesut şi evaluarea lor de către un anatomopatolog pentru a identifica eventuale anomalii. Deşi sistemul nostru nu ar înlocui anatomopatologia, ar putea servi ca instrument de triaj rapid pentru a accelera diagnosticul”, a declarat coordonatorul echipei de cercetare, Zhen Qiu, de la Institute for Quantitative Health Science and Engineering (IQ), din cadrul Universităţii de Stat din Michigan, citat într-un comunicat.
Rezultatele, publicate în revista Optica (Optica Publishing Group), pe 18 decembrie, arată că sistemul poate separa celulele canceroase de cele sănătoase şi poate detecta semnale Raman de aproximativ patru ori mai slabe comparabil cu un sistem comercial.
Creşterea sensibilităţii a fost obţinută prin combinarea unui laser care îşi schimbă lungimea de undă în timpul analizei, cu un detector foarte sensibil, denumit SNSPD - un detector cu nanofir supraconductor capabil să înregistreze fotoni individuali.
Această tehnologie ar putea, în cele din urmă, să permită dispozitive portabile sau intraoperatorii care să ajute medicul să detecteze cancerele în stadii mai precoce, să îmbunătăţească precizia recoltării biopsiilor şi să monitorizeze progresia bolii prin testare mai puţin invazivă. În final, astfel de progrese ar putea îmbunătăţi rezultatele pentru pacienţi şi ar putea reduce întârzierile diagnostice, accelerând drumul de la depistare la tratament.
Echipa a folosit sistemul Raman pentru a vizualiza celule de cancer de sân incubate cu nanoparticule SERS acoperite cu acid hialuronic, care determină nanoparticulele să se lege de o proteină de suprafaţă exprimată în multe celule tumorale. În această configuraţie, semnalele SERS au fost incluse într-o hartă de distribuţie şi corelate cu imaginea celulelor, iar cercetătorii au comparat semnalul Raman în zone ţintite versus regiuni de fundal.
Laboratorul investighează modalităţi de utilizare a detectorilor SNSPD pentru a îmbunătăţi diferite platforme imagistice. SNSPD-urile se bazează pe un fir supraconductor care poate înregistra particule individuale de lumină, permiţând captarea rapidă a semnalelor optice foarte slabe, cu zgomot foarte redus.
În acest studiu, echipa a urmărit să folosească un SNSPD pentru a detecta semnale Raman mult sub nivelul măsurabil de sistemele tipice. Imagistica Raman evidenţiază compoziţia chimică a unei probe prin citirea „amprentelor” specifice de împrăştiere a luminii produse de molecule, amprente care pot fi intensificate cu ajutorul nanoparticulelor SERS.
„Combinarea acestui detector avansat cu o arhitectură Raman de acest tip, care înlocuieşte o cameră voluminoasă şi colectează lumina mai eficient, a dus la un sistem cu o limită de detecţie mult peste cea a sistemelor comerciale comparabile. De asemenea, cuplarea prin fibră şi designul compact facilitează miniaturizarea sistemului şi o posibilă tranziţie către utilizare clinică”, a explicat Qiu.
Pentru a evalua performanţa, cercetătorii au utilizat nanoparticule SERS acoperite cu acid hialuronic, care ajută particulele să se lege de CD44, o proteină de suprafaţă întâlnită pe multe celule tumorale. Mai întâi au testat soluţii simple care conţineau nanoparticule şi au constatat că sistemul poate atinge sensibilitate la nivel femtomolar. Ulterior, platforma a fost testată pe celule de cancer de sân cultivate în laborator, tumori la şoareci şi ţesuturi sănătoase.
„Semnalele SERS au fost puternic concentrate în probele tumorale, iar în ţesutul sănătos a fost detectat doar un nivel foarte scăzut de semnal nespecific. Acest lucru demonstrează atât sensibilitatea excepţională a sistemului, cât şi capacitatea sa de a oferi un contrast fiabil între tumoral şi sănătos. Mai mult, prin ajustarea sau înlocuirea moleculei de ţintire, metoda ar putea fi adaptată şi pentru alte tipuri de cancer”, a explicat Qiu.
Autorii subliniază că, înainte ca sistemul să poată fi folosit în clinică, va fi necesară o citire mai rapidă a semnalului şi o validare pe scară mai largă a acestuia.
Pentru creşterea vitezei, echipa explorează surse laser alternative, precum VCSEL - lasere cu emisie verticală, şi testează dacă limitarea domeniului de lungimi de undă pe care laserul îl parcurge în timpul scanării poate accelera citirea semnalului.
De asemenea, sunt planificate experimente în care vor fi folosite, în paralel, mai multe tipuri de nanoparticule, pentru a urmări simultan mai mulţi biomarkeri tumorali.
Foto articol: Cercetătorii au dezvoltat un sistem imagistic Raman sensibil, capabil să detecteze semnale extrem de slabe de la nanoparticule SERS (împrăştiere Raman amplificată la suprafaţă) care se leagă de markeri tumorali. Credit: Optica, 18 decembrie 2025.
