Histologia intraoperatória sem rótulo do tecido ósseo por microscopia fotoacústica ultravioleta assistida por aprendizado profundo Das muitas maneiras de tratar o câncer, a mais antiga, e talvez a mais testada e comprovada, é a cirurgia. Mesmo com o advento da quimioterapia, radioterapia e tratamentos mais experimentais, como bactérias que procuram e destroem células cancerígenas, os cânceres, muitas vezes, simplesmente precisam ser cortados do corpo do paciente.

O objetivo é remover todo o tecido canceroso, preservando o máximo possível do material saudável circundante. Mas como pode ser difícil traçar uma linha clara entre tecidos cancerosos e saudáveis, os cirurgiões geralmente erram por precaução e removem o tecido saudável para garantir que tenham retirado todo o tecido canceroso.

Isso é especialmente problemático quando um paciente sofre de um câncer que aflige os ossos; os ossos apresentam desafios únicos durante a cirurgia devido à sua dureza em comparação com outros tecidos e porque eles crescem muito mais lentamente do que outros tipos de tecido.

"É muito difícil crescer osso, então se você cortar o osso, você basicamente o perde", diz Bren Professor de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica Lihong Wang .

Uma nova tecnologia de diagnóstico por imagem desenvolvida por pesquisadores da Caltech está oferecendo aos cirurgiões a capacidade de fazer cortes 10 vezes mais precisos, permitindo que eles preservem até 1.000 vezes mais tecido saudável e facilitem a recuperação dos pacientes.

Os métodos tradicionais usados ??para determinar se um pedaço de osso contém células cancerígenas são demorados. O pedaço de osso é removido e enviado para um laboratório onde sua matriz de cálcio é lentamente dissolvida, deixando apenas as células vivas para trás. O material restante é então fatiado e fotografado. Como o processo pode levar entre um e sete dias para ser concluído, os cirurgiões não podem confiar nele durante a cirurgia para determinar a saúde do osso ao redor e perto de um tumor, e assim removerão ainda mais do que o necessário - e mais do que em tecidos mais moles que podem ser rapidamente biopsiados.

A nova tecnologia de imagem, chamada microscopia fotoacústica ultravioleta de varredura de contorno 3-D em tempo real, ou UV-PAM, pretende substituir o método tradicional de identificação de tecido ósseo canceroso. Como o processo leva apenas alguns minutos, ele fornece ao cirurgião a capacidade de diferenciar osso saudável de osso canceroso enquanto opera.

Como outras tecnologias de imagem fotoacústica desenvolvidas por Wang, o UV-PAM funciona usando luz laser para fazer com que as moléculas do tecido vivo vibrem. Essas vibrações acontecem em frequências ultrassônicas e podem ser usadas para criar imagens de tecidos e órgãos da mesma forma que o ultrassom é usado para visualizar um feto em desenvolvimento.

O UV-PAM usa comprimentos de onda ultravioleta de luz laser sintonizada para fazer com que as moléculas de DNA e RNA vibrem. Como as células cancerosas são estruturadas de forma diferente, empacotadas de forma mais densa e contêm muito mais DNA do que as células saudáveis, uma área de tecido canceroso absorverá mais luz UV e, portanto, fornecerá um sinal ultrassônico mais forte do que o tecido saudável, tornando possível para o cirurgião para identificar claramente as áreas de osso que precisam ser removidas.

"Podemos fornecer resultados em 11 minutos, para que eles saibam exatamente onde cortar", diz Wang.

A tecnologia fornece aos médicos uma imagem do osso que eles escanearam e é formatada para se parecer com as imagens criadas por meio de técnicas tradicionais de biópsia.

"Acabamos de apresentar imagens aos patologistas", diz Wang. "Eles usam o mesmo padrão de reconhecimento em seu próprio cérebro para determinar o que é canceroso e o que é saudável. Esse é o treinamento deles."

No momento, a tecnologia está sendo demonstrada apenas em um ambiente de laboratório. Wang diz que espera levá-lo para o mundo real, onde pode ser usado em pacientes, mas primeiro planeja fazer algumas melhorias.

"Gostaríamos de dar uma resolução espacial ainda mais fina e maior velocidade de imagem para que pudéssemos ver alguns dos detalhes dentro do núcleo da célula mais rapidamente", diz ele. "Podemos ir além da patologia padrão? Estamos trabalhando nisso."