تصویربرداری سریع‌تر و ارزان‌تر از سرطان با الهام از بال پروانه‌ها

پروانه‌ها با ساختارهای پیچیده بال و رنگ‌های پر جنب و جوش، به عنوان نمادی برای نوآوری‌های فناورانه متعدد، از حسگرها گرفته تا پوشش‌های جدید عمل کرده‌اند.

بال‌های آبی زیبای «پروانه مورفو» دارای ساختار منحصر به فردی است که دانشمندان اکنون از آن برای ایجاد یک انقلاب در تشخیص سرطان استفاده می‌کنند.

جالب اینجاست که رنگ آبی پر جنب و جوش این گونه پروانه، نه از رنگدانه‌ها، بلکه از ساختارهای میکروسکوپی دستکاری کننده نور بر روی بال‌های آن می‌آید.

تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو کشف کرده است که این ساختارهای میکروسکوپی روی بال‌ها می‌توانند برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های بیوپسی سرطان استفاده شوند. بهتر از همه، این یک رویکرد سریعتر و ساده‌تر در مقایسه با روش‌های فعلی است.

لیزا پولیکاکوس(Lisa Poulikakos)، نویسنده ارشد و استاد دپارتمان مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو می‌گوید: واقعاً شگفت‌انگیز بود که ببینیم طبیعت تا چه حد از طریق بال پروانه مورفو و ساختارهای میکرو و نانو طبیعی آن یک راه‌حل را طراحی کرده است.

وی افزود: ما می‌توانیم این تکنیک را با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری استانداردی که کلینیک‌ها از قبل دارند، به کار ببریم و این عینی‌تر و کمّی‌تر از آن چیزی است که در حال حاضر موجود است.

یک روش ساده برای تشخیص

تجمع بیش از حد بافت همبند فیبری، فیبروز را مشخص می‌کند. در انکولوژی (سرطان‌شناسی)، مقدار بافت فیبری در بیوپسی تومور، شاخص کلیدی مرحله سرطان است.

محققان دریافته‌اند که استفاده از بال پروانه مورفو با میکروسکوپ استاندارد به آنها امکان می‌دهد مراحل سرطان را از نمونه‌برداری‌ها ارزیابی کنند.

ساختارهای میکرو و نانو در بال پروانه‌های مورفو به شدت به نور قطبی شده واکنش نشان می‌دهند. فیبرهای کلاژن (جزئی از بافت فیبروتیک) با این نور پلاریزه شده اما ضعیف، تعامل دارند.

استفاده از بال این پروانه، سیگنال کلاژن حاصل از بیوپسی را تقویت می‌کند و تجزیه و تحلیل تراکم و آرایش الیاف را آسان‌تر می‌کند.

سیگنال‌های نوری تقویت‌شده از نمونه‌برداری، پس از تعامل با بال پروانه برای اندازه‌گیری چگالی و سازماندهی رشته‌های کلاژن استفاده می‌شوند.

محققان با استفاده از حساب دیفرانسیل و انتگرال، یک مدل ریاضی برای پیوند شدت نور با ویژگی‌های فیبر کلاژن ایجاد کردند که امکان ارزیابی کمی فیبروز را فراهم می‌کرد.

آنها برای آزمایش، بیوپسی سرطان پستان با تراکم کلاژن متفاوت را تجزیه و تحلیل کردند. کار این به آنها اجازه داد تا مرحله سرطان را بدون هیچ گونه رنگ‌آمیزی تعیین کنند.

جالب توجه است که این روش جدید، نتایج قابل مقایسه با رنگ‌آمیزی سنتی و تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته و گران‌قیمت را به همراه داشت.

روش‌های فعلی برای تجزیه و تحلیل بیوپسی سرطان محدودیت‌های قابل توجهی دارند. تکنیک‌های رنگ‌آمیزی سنتی می‌توانند ذهنی باشند و منجر به تفسیرهای متناقض شوند، در حالی که روش‌های تصویربرداری پیشرفته‌تر، اگرچه جزئیات بیشتری ارائه می‌دهند، اغلب بسیار گران هستند و در دسترس نیستند.

پائولا کریا(Paula Kirya)، از محققان این مطالعه می‌گوید: اساساً ما در تلاش هستیم این روش‌ها را طوری گسترش دهیم که به چیزی بیش از یک میکروسکوپ نوری استاندارد و یک تکه از بال پروانه مورفو نیاز نداشته باشد.

وی افزود: در بسیاری از نقاط جهان، غربالگری اولیه سرطان به دلیل محدودیت منابع، یک چالش است. اگر بتوانیم ابزار ساده‌تر و در دسترس‌تری ارائه کنیم، می‌توانیم به بیماران بیشتری کمک کنیم تا قبل از اینکه سرطان آنها به مراحل تهاجمی برسد، تشخیص داده شوند.

ایده استفاده از بال‌های پروانه‌ مورفو برای تشخیص سرطان از ذهن پائولا کریا سرچشمه گرفته است که قبلاً ویژگی‌های نوری بال‌ها را مطالعه کرده بود.

محققان بر این باورند که این روش برای طیف گسترده‌ای از بیماری‌های فیبروتیک و نه فقط سرطان پستان، کاربرد دارد.

منابع محدود مانع غربالگری زودهنگام سرطان در بسیاری از مناطق می‌شود. یک ابزار تشخیصی ساده‌تر و در دسترس‌تر می‌تواند میزان تشخیص زودهنگام را بهبود بخشد و درمان را مؤثرتر کند.

این یافته‌ها در مجله Advanced Materials گزارش شده است.