UCLA-onderzoekers die met een team van Verily Life Sciences werken, hebben een mobiele microscoop ontworpen die fluorescerende biomarkers in de huid kan detecteren en bewaken met een hoge mate van gevoeligheid, een belangrijk hulpmiddel bij het volgen van verschillende biochemische reacties voor medische diagnostiek en therapie.

Dit nieuwe systeem weegt minder dan een tiende van een pond, waardoor het klein en licht genoeg is voor een persoon om rond hun biceps te dragen, onder andere delen van hun lichaam. In de toekomst, technologie als deze zou kunnen worden gebruikt voor continue patiëntbewaking thuis of op point-of-care-instellingen.

Het onderzoek, die in het tijdschrift werd gepubliceerd ACS Nano , werd geleid door Aydogan Ozcan, UCLA's Chancellor's Professor of Electrical Engineering and Bioengineering en associate director van het California NanoSystems Institute en Vasiliki Demas van Verily Life Sciences (voorheen Google Life Sciences).

Fluorescerende biomarkers worden routinematig gebruikt voor het opsporen van kanker en het afleveren en vrijgeven van medicijnen naast andere medische therapieën. Onlangs, biocompatibele fluorescerende kleurstoffen zijn ontstaan, het creëren van nieuwe mogelijkheden voor niet-invasieve detectie en meting van biomarkers via de huid.

Echter, het detecteren van kunstmatig toegevoegde fluorescerende objecten onder de huid is een uitdaging. collageen, melanine en andere biologische structuren zenden natuurlijk licht uit in een proces dat autofluorescentie wordt genoemd. Er zijn verschillende methoden geprobeerd om dit probleem te onderzoeken met behulp van verschillende detectiesystemen. De meeste zijn vrij duur en moeilijk klein en kosteneffectief genoeg te maken om te worden gebruikt in een draagbaar beeldvormingssysteem.

Om de mobiele microscoop te testen, onderzoekers ontwierpen eerst een weefselfantoom - een kunstmatig gemaakt materiaal dat de optische eigenschappen van de menselijke huid nabootst, zoals autofluorescentie, absorptie en verstrooiing. De beoogde fluorescerende kleurstofoplossing werd geïnjecteerd in een microputje met een volume van ongeveer een honderdste microliter, dunner dan een mensenhaar, en vervolgens geïmplanteerd in het weefselfantoom op een halve millimeter tot 2 millimeter van het oppervlak - wat diep genoeg zou zijn om in de praktijk bloed en andere weefselvloeistoffen te bereiken.

Om de fluorescerende kleurstof te meten, de draagbare microscoop gemaakt door Ozcan en zijn team gebruikte een laser om de huid onder een hoek te raken. Het fluorescerende beeld aan het oppervlak van de huid werd vastgelegd via de draagbare microscoop. De afbeelding werd vervolgens geüpload naar een computer waar het werd verwerkt met behulp van een op maat ontworpen algoritme, digitaal scheiden van het beoogde fluorescentiesignaal van de autofluorescentie van de huid, op een zeer gevoelig detectieniveau per miljard.

"We kunnen verschillende minuscule biosensoren naast elkaar in de huid plaatsen, en via ons beeldvormingssysteem, we kunnen ze uit elkaar houden, " zei Ozcan. "We kunnen al deze ingebouwde sensoren in de huid parallel monitoren, begrijp zelfs mogelijke verkeerde uitlijningen van de draagbare imager en corrigeer deze om continu een panel van biomarkers te kwantificeren."

Dit computationele beeldvormingskader kan in de toekomst ook worden gebruikt om verschillende chronische ziekten continu door de huid te volgen met behulp van een implanteerbare of injecteerbare fluorescerende kleurstof.