Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο βρήκαν έναν ασυνήθιστο σύμμαχο στην προσπάθειά τους να κάνουν τη διάγνωση του καρκίνου ταχύτερη, ακριβέστερη και πιο προσιτή παγκοσμίως: την πεταλούδα Morpho.
Γνωστή για τα λαμπερά μπλε φτερά της, η πεταλούδα Morpho οφείλει τη λάμψη της όχι σε χρωστικές ουσίες αλλά σε μικροσκοπικές δομές που μεταβάλλουν το φως. Τώρα, οι ερευνητές αξιοποιούν τις ίδιες αυτές δομές για να αποκτήσουν λεπτομερή εικόνα της ινώδους σύνθεσης των δειγμάτων βιοψίας καρκίνου - χωρίς την ανάγκη χημικής χρώσης ή ακριβού εξοπλισμού απεικόνισης.
Τα ευρήματα περιγράφονται λεπτομερώς σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε στο Advanced Materials.
Η ίνωση, η συσσώρευση ινώδους ιστού, αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό πολλών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των νευροεκφυλιστικών διαταραχών, των καρδιακών παθήσεων και του καρκίνου. Στην ογκολογία, η αξιολόγηση της έκτασης της ίνωσης σε ένα δείγμα βιοψίας μπορεί να βοηθήσει να προσδιοριστεί αν ο καρκίνος ενός ασθενούς βρίσκεται σε πρώιμο ή προχωρημένο στάδιο.
«Η μεγάλη πρόκληση, ωστόσο, είναι ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ αυτών των σταδίων με τις τρέχουσες κλινικές μεθόδους», δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Lisa Poulikakos, καθηγήτρια στο Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικών Μηχανικών της Σχολής Μηχανικών Jacobs του UC San Diego.
Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται στη χρώση των ιστών για την ανάδειξη των βασικών δομών στη βιοψία του όγκου, αλλά τα αποτελέσματα μπορεί να είναι υποκειμενικά - ένας παθολόγος μπορεί να ερμηνεύσει ένα δείγμα διαφορετικά από έναν άλλο. Και ενώ υπάρχουν πιο εξελιγμένες τεχνικές απεικόνισης που μπορούν να παρέχουν πλουσιότερες λεπτομέρειες, απαιτούν ακριβό, εξειδικευμένο εξοπλισμό που πολλές κλινικές απλώς δεν διαθέτουν.
Σε αυτό το σημείο έρχεται η πεταλούδα Morpho. Η Πουλικάκος και η ομάδα της ανακάλυψαν ότι τοποθετώντας ένα δείγμα βιοψίας πάνω στο φτερό μιας πεταλούδας Morpho και βλέποντάς το κάτω από ένα τυπικό μικροσκόπιο, μπορούν να εκτιμήσουν αν η δομή ενός όγκου υποδεικνύει καρκίνο σε πρώιμο ή προχωρημένο στάδιο - χωρίς να χρειάζονται χρώσεις ή δαπανηρά μηχανήματα απεικόνισης.
«Μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτή την τεχνική χρησιμοποιώντας τυποποιημένα οπτικά μικροσκόπια που ήδη διαθέτουν οι κλινικές», δήλωσε ο Πουλικάκος. «Και είναι πιο αντικειμενική και ποσοτικά χρήσιμη από ό,τι είναι σήμερα διαθέσιμη».
Η ιδέα για τη μέθοδο αυτή προήλθε από την Paula Kirya, μεταπτυχιακή φοιτήτρια μηχανολογίας στο UC San Diego και πρώτη συγγραφέα της μελέτης. Η Kirya είχε προηγουμένως μελετήσει τα φτερά της πεταλούδας Morpho και τις οπτικές τους ιδιότητες όταν ήταν προπτυχιακή φοιτήτρια-ερευνήτρια στο Pasadena City College. Όταν μεταφέρθηκε στο UC San Diego και εντάχθηκε στο εργαστήριο της Πουλικάκου - όπου οι ερευνητές κατασκευάζουν συνθετικές νανοδομές για την απεικόνιση βιολογικών ιστών - αναγνώρισε μια ευκαιρία.
«Είχα απεικονίσει φτερά πεταλούδας, μελετώντας πώς αντιδρούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα», είπε. «Και όταν είδα τι έκανε το εργαστήριο, σκέφτηκα: «Η Morpho έχει φυσικά αυτή την ιδιότητα -- γιατί να μην τη χρησιμοποιήσουμε;»».
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μικρο- και νανοδομές του φτερού ανταποκρίνονται έντονα στο πολωμένο φως -- ένα είδος φωτός που διαδίδεται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι ίνες κολλαγόνου -- οι οποίες αποτελούν βασικό δομικό συστατικό του ινωτικού ιστού -- αλληλεπιδρούν επίσης με το πολωμένο φως, αλλά τα σήματά τους είναι αδύναμα. Τοποθετώντας ένα δείγμα βιοψίας πάνω από ένα κομμάτι του φτερού μιας πεταλούδας Morpho, οι ερευνητές ενίσχυσαν αυτά τα σήματα, καθιστώντας ευκολότερη την ανάλυση της πυκνότητας και της διάταξης των ινών κολλαγόνου.
Τα προκύπτοντα σήματα μπορούν στη συνέχεια να μεταφραστούν ως δείκτες της πυκνότητας και της οργάνωσης των ινών κολλαγόνου στο δείγμα βιοψίας. Για να το κάνουν αυτό, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που συσχετίζει την ένταση του φωτός με την πυκνότητα και την οργάνωση των ινών κολλαγόνου, παρέχοντας μία μέτρηση για την αξιολόγηση της ίνωσης εντός του ιστού.
Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση, οι ερευνητές ανέλυσαν δείγματα βιοψίας ανθρώπινου καρκίνου του μαστού τόσο με πυκνό όσο και με αραιό κολλαγόνο. Τα αποτελέσματά τους προέκυψε ότι μπορούσαν να συγκριθούν με αξιώσεις τόσο με τις συμβατικές μεθόδους χρώσης όσο και με μια προηγμένη, υψηλού κόστους μέθοδο απεικόνισης.
«Είμαστε ενθουσιασμένοι που θα αξιοποιήσουμε αυτή την τεχνική για όλα τα είδη διαγνωστικών εξετάσεων ιστών», δήλωσε η Πουλικάκος. "Ήταν πραγματικά εκπληκτικό να διαπιστώνουμε πόσο καλά η φύση είχε ήδη σχεδιάσει μια λύση μέσω του φτερού της πεταλούδας Morpho και των φυσικών μικρο- και νανοδομών της."
