Un sistem inovator de imagistică termică pentru depistarea melanomului în etape incipiente
Detectarea melanomului înainte de a deveni vizibil reprezintă o provocare majoră în dermatologie.
Cercetători de la Université de Montréal, împreună cu oameni de știință de la Institut national de la recherche scientifique (INRS) al Universității din Quebec, au dezvoltat o soluție promițătoare.
Sistemul, numit SMEAR-ULM, este o tehnologie de înaltă precizie capabilă să detecteze cancerele de piele în cele mai timpurii stadii, prin măsurarea variațiilor minuscule de temperatură la suprafața pielii. Studiul a fost condus de profesorul Jinyang Liang de la INRS, iar rezultatele cercetării au fost publicate în revista Nature Sensors.
Proiectul a fost realizat în colaborare strânsă cu mai multe echipe de cercetare, inclusiv cele conduse de profesorul Fiorenzo Vetrone de la INRS și profesorii David Brambilla și Sylvain Meloche de la UdeM.
Impactul potențial al acestei lucrări este considerabil, spun oamenii de știință.
Incidența melanomului continuă să crească în Canada, iar diagnosticarea precoce este esențială pentru îmbunătățirea ratelor de supraviețuire. Tehnicile actuale de diagnosticare se bazează pe examinarea vizuală, urmată de biopsii, proceduri invazive și uneori inutile.
Prin facilitarea evaluării rapide, directe și neinvazive a leziunilor cutanate suspecte, această tehnologie ar putea reduce biopsiile inutile, îmbunătăți acuratețea diagnosticării timpurii și susține luarea deciziilor clinice.
„Scopul nostru este de a oferi un instrument minim invaziv pentru a detecta melanome foarte mici, dar totuși agresive”, a declarat Liang, autorul principal al studiului, specializat în imagistica ultrarapidă și biophotonica la INRS.
„Din cauza dimensiunii lor mici, (melanoamele) sunt de obicei excluse din inspecția vizuală clinică, lăsând astfel amenințarea fără supraveghere. Vrem să le detectăm, astfel încât intervenția să poată fi realizată cât mai curând posibil.”
„Deși acest studiu a fost realizat pe șoareci, acest model animal replică modificările genetice observate în melanomele umane și ar putea, prin urmare, să beneficieze pacienții”, a adăugat Meloche, cercetător la Institutul de Cercetare în Imunologie și Cancer al UdeM și coautor al studiului.
Această abordare redefinește, de asemenea, rolul temperaturii în detectarea cancerului. Deși tumorile sunt cunoscute pentru că generează mai multă căldură din cauza activității lor metabolice mai ridicate, acest semnal a fost, în mod tradițional, prea imprecis pentru a fi folosit ca marcaj diagnostic. SMEAR-ULM schimbă acest lucru prin transformarea variațiilor termale subtile într-un semnal extrem de sensibil și măsurabil.
La baza sistemului se află un plasture cu microace indolore care depune nanoparticule specializate chiar sub piele. Aceste nanoparticule formează un „tatuaj inteligent” temporar care funcționează ca un ansamblu de termometre microscopice.
Când sunt iluminate cu lumină aproape infraroșie, nanoparticulele emit lumină vizibilă. Durata de emisie a acestei lumini – cât timp durează – depinde direct de temperatura locală. Deoarece celulele canceroase consumă mai mult oxigen și nutrienți decât celulele sănătoase, ele produc căldură suplimentară, care poate fi detectată prin acest semnal optic.
Folosind un sistem de imagistică ultrarapidă, SMEAR-ULM captează toate aceste informații într-o singură fotografie de înaltă viteză, generând o hartă termală detaliată cu o rezoluție spațială submilimetrică și o sensibilitate la temperatură de sub un grad.
„Capturăm toate informațiile necesare pentru o hartă instantanee a temperaturii într-o singură fotografiere, ceea ce face metoda rapidă și robustă pentru a monitoriza continuu răspunsurile termale anormale în melanomele mici – chiar și în condiții complexe in vivo”, a spus Yingming Lai, primul autor al studiului, student absolvent la INRS.
Cu această abordare, cercetătorii au reușit să detecteze micro-melanoame încă de la vârsta de patru zile – o etapă la care de obicei sunt mult prea mici pentru a fi identificate prin tehnici de imagistică convenționale.
Pe de altă parte, metodele convenționale de imagistică termică se bazează pe tehnologii infraroșii care suferă de o rezoluție spațială limitată și de niveluri ridicate de zgomot. Drept urmare, acestea detectează de obicei tumori mai mari de 5 milimetri – leziuni deja vizibile cu ochiul liber.
În plus, tehnicile existente bazate pe microace necesită măsurători repetate, limitându-le utilizarea în subiecți vii.
Tehnologia SMEAR-ULM depășește aceste limitări prin combinarea codificării cu microace, nanoparticule dopate cu pământuri rare și imagistica optică ultrarapidă într-un sistem capabil de cartografiere termală în timp real, dintr-o singură captare in vivo.
Această descoperire transformă efectiv temperatura pielii dintr-un indicator secundar într-un biomarker de diagnostic precis pentru melanomul în stadiu incipient, spun cercetătorii.
Pe lângă detectarea cancerului de piele, platforma lor ar putea fi adaptată pentru a cartografia alți parametri fiziologici – cum ar fi pH-ul sau concentrațiile de ioni – deschizând noi posibilități în imagistica biomedicală și diagnostice.
