Технология эндоскопии нового поколения.

Биотехнологи, физики и медицинские исследователи из Университета Фридриха-Александра-Эрлангена-Нюрнберга (FAU) разработали технологию микроскопической визуализации тканей. Миниатюрный многофотонный микроскоп, который в будущем может быть использован в эндоскопе, активирует собственные молекулы организма для освещения и позволяет отображать клетки и структуры тканей без использования синтетических контрастных веществ. Результаты исследования были опубликованы в известном журнале Advanced Science

Часто необходимо исследовать образцы тканей под микроскопом для диагностики заболеваний. Это включает взятие образцов биоптатов, например, с помощью колоноскопии и применение контрастных веществ для дифференцировки различных типов тканей.

Биотехнологи, физики и медицинские исследователи в FAU в настоящее время разработали технологию, которая может значительно упростить исследования толстой кишки и других органов. В этом случае применяется миниатюрная многофотонная микроскопия, что позволяют использовать ее в эндоскопах. «Многофотонный микроскоп излучает сфокусированные лазерные импульсы с очень высокой интенсивностью в течение чрезвычайно короткого периода времени», - объясняет профессор, доктор д-р Оливер Фридрих из кафедры медицинской биотехнологии. «Во время этого процесса два или более фотонов взаимодействуют одновременно с определенными молекулами в организме, что затем заставляет молекулы освещаться».

Многофотонная микроскопия имеет решающие преимущества по сравнению с традиционными методами. Пациентам не нужно принимать синтетические контрастные вещества для визуализации частей соединительной ткани, поскольку собственные маркеры организма освещаются из-за возбуждения фотонами. Кроме того, многофотонный лазер проникает глубоко в клетки, например, в стенки толстой кишки, и обеспечивает трехмерное изображение живой ткани с высоким разрешением, тогда как, обычная колоноскопия ограничивается изображениями поверхности толстой кишки. Процедура может дополнить биопсию или даже сделать ее излишней в некоторых случаях.

Многофотонная технология в портативном устройстве

Многофотонные микроскопы уже используются в медицинских целях, особенно на поверхности кожи. Например, дерматологи используют их для поиска злокачественной меланомы. Сложность использования этих микроскопов в эндоскопических исследованиях заключается в размере технических компонентов. Исследователям из FAU удалось успешно разместить весь микроскоп и фемтосекундный лазер в компактном портативном устройстве. Линза объектива помещается в канюлю длиной 32 миллиметра и диаметром 1, 4 миллиметра. Фокусная точка может быть отрегулирована электронным способом для изменения оптического проникновения. Призма расположена на острие иглы, обеспечивая боковой обзор толстой кишки, что означает, что различные вращательные изображения ткани могут быть сделаны из одного и того же положения.

В современных экспериментах на животных свет, излучаемый лазером, передается через жесткую систему. Необходимы дополнительные исследования для интеграции системы в эндоскоп. «Для направления лазерных импульсов требуются специальные фотонно-кристаллические волокна», - говорит Фридрих. «Кроме того, в дополнение к объективу, весь механизм сканирования должен быть миниатюрным, чтобы его можно было интегрировать в гибкий эндоскоп».

Многофотонный атлас органов и патологии

Многофотонная микроэндоскопия полезна не только для исследования толстой кишки. Он также может быть использован в других областях тела, таких как полость рта, верхние дыхательные пути, ЛОР органы или в мочевом пузыре. Цель нового метода - дать возможность врачу определить, изменились ли клетки органов и части клеточной стенки в микрометровом масштабе. Таким образом, сложные процессы окрашивания и длительные биопсии могут быть ограничены. Команда профессора Фридриха стремится предоставить врачам базу данных изображений, обеспечивающую многофотонный «атлас» органов и различных заболеваний.

По материалам

Label‐Free Multiphoton Endomicroscopy for Minimally Invasive In Vivo Imaging

Advanced Science 25 February 2019

Ashwathama Dilipkumar, Alaa Al‐Shemmary, Lucas Kreiß, Kristian Cvecek, Birgitta Carlé

Ferdinand Knieling, Jean Gonzales Menezes, Oana‐Maria Thoma, Michael Schmidt, … 

FAU researchers develop the next generation of endoscopy technology

April 11, 2019

Prof. Dr. Dr. Oliver Friedrich, Dr. Sebastian Schürmann