تصویربرداری سریع‌تر و ارزان‌تر از سرطان با الهام از بال پروانه‌ها

پروانه‌ها با ساختارهای پیچیده بال و رنگ‌های پرجنب‌وجوش، الهام‌بخش نوآوری‌های فناورانه متعددی بوده‌اند، از حسگرها گرفته تا پوشش‌های نوین.

بال‌های آبی زیبای «پروانه مورفو» دارای ساختاری منحصر‌به‌فرد است که دانشمندان اکنون از آن برای ایجاد تحولی در تشخیص سرطان بهره می‌برند. نکته جالب اینجاست که رنگ آبی پرجنب‌وجوش این گونه پروانه، نه از رنگدانه‌ها، بلکه از ساختارهای میکروسکوپی دستکاری‌کننده نور بر روی بال‌هایش ریشه می‌گیرد.

🔗 بیشتر بخوانید: سیگار الکترونیکی و خطر بیماری مزمن ریه: نتایج پژوهش جدید

تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو کشف کرده که این ساختارهای میکروسکوپی روی بال‌ها می‌توانند برای تجزیه‌وتحلیل نمونه‌های بیوپسی سرطان به کار روند. مهم‌تر از همه، این رویکردی سریع‌تر و ساده‌تر در مقایسه با راه‌حل‌های موجود است.

لیزا پولیکاکوس، 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 طبیعی‌اش راه‌حلی را طراحی کرده است.

🔗 بیشتر بخوانید: جهش در محاسبات و رایانه‌های کوانتومی؛ ماده شگفت در گرافن کشف شد_آینده

او افزود: ما می‌توانیم این تکنیک را با بهره‌گیری از میکروسکوپ‌های نوری استانداردی که کلینیک‌ها از قبل دارند، پیاده‌سازی کنیم و این روش عینی‌تر و کمی‌تر از آن چیزی است که در حال حاضر در دسترس است.

یک روش ساده برای تشخیص

تجمع بیش از حد بافت همبند فیبری، فیبروز را آشکار می‌کند. در آنکولوژی (سرطان‌شناسی)، میزان بافت فیبری در بیوپسی تومور، شاخص کلیدی تعیین مرحله سرطان است.

🔗 بیشتر بخوانید: «اینشتین» و نظریه نسبیت اش، باز هم ناکامی نخورد_آینده

محققان دریافته‌اند که بهره‌گیری از بال پروانه مورفو با میکروسکوپ استاندارد، به آن‌ها امکان می‌دهد مراحل سرطان را از روی نمونه‌برداری‌ها بررسی کنند.

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

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

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

محققان با بهره‌گیری از حساب دیفرانسیل و انتگرال، یک مدل ریاضی برای پیوند شدت نور با ویژگی‌های فیبر کلاژن تدوین کردند که امکان بررسی کمی فیبروز را فراهم می‌کند.

آن‌ها برای آزمایش، بیوپسی سرطان پستان با تراکم کلاژن متفاوت را تجزیه‌وتحلیل کردند. این کار به آن‌ها اجازه داد تا مرحله سرطان را بدون هیچ‌گونه رنگ‌آمیزی تعیین کنند.

نکته مهم این است که این روش نوین، نتایجی قابل مقایسه با رنگ‌آمیزی سنتی و تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته و گران‌قیمت به همراه داشت.

راه‌حل‌های موجود برای تجزیه‌وتحلیل بیوپسی سرطان محدودیت‌های قابل‌توجهی دارند. تکنیک‌های رنگ‌آمیزی سنتی می‌توانند ذهنی باشند و منجر به تفسیرهای متناقض شوند، در حالی که راه‌حل‌های تصویربرداری پیشرفته‌تر، اگرچه جزئیات بیشتری ارائه می‌دهند، بسیار گران‌تر و کم‌دسترس هستند.

پائولا کریا، از محققان این مطالعه می‌گوید: در اصل ما در تلاش هستیم این راه‌حل‌ها را طوری گسترش دهیم که به چیزی فراتر از یک میکروسکوپ نوری استاندارد و یک تکه از بال پروانه مورفو نیاز نداشته باشند.

او گفت: در تعداد زیادی از نقاط جهان، غربالگری اولیه سرطان به دلیل محدودیت منابع، چالشی است. اگر بتوانیم ابزاری ساده‌تر و دردسترس‌تر ارائه کنیم، می‌توانیم بیماران بیشتری را پشتیبانی کنیم تا قبل از اینکه سرطان آن‌ها به مراحل تهاجمی برسد، تشخیص داده شوند.

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

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

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

این یافته‌ها در مجله Advanced Materials گزارش شده است.