Von Mantis Shrimps inspirierte Kamera zur Erkennung von Tumoren während der Operation
Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign haben eine hexachromatische Kamera entwickelt, die die Tumorbildgebung während der chirurgischen Entfernung unterstützen kann. Das Gerät wurde von der Fangschreckenkrebse inspiriert, die zwölf Farben erkennen kann, im Vergleich zu drei Farben, die das menschliche Auge erkennen kann. Die neue Kamera kann Tumore im Körper während der Operation sichtbar machen, wenn Patienten mit Nahinfrarot-Sonden zur Markierung von Krebszellen eingesetzt werden. Durch die Betrachtung des gesamten Tumors und die genaue Entfernung an den Rändern sollte es möglich sein, chirurgische Revisionen zu minimieren und die Wahrscheinlichkeit eines Wiederauftretens des Krebses zu verringern.
Krebsgewebe kann dem umgebenden gesunden Gewebe sehr ähnlich sein, was es schwierig macht zu wissen, welches Material entfernt werden soll. Das Entfernen von zu viel gesundem Gewebe kann Konsequenzen für Patienten haben, insbesondere bei der Entfernung von Hirntumoren, aber das Zurücklassen von Krebsgewebe führt zu einem Wiederauftreten des Tumors, was Chirurgen vor Rätsel stellt.
Grafiken von Steven Drake, Beckman Institute.
"Ingenieure verbringen unglaublich viel Zeit und Geld damit, Bildsensoren in Mobiltelefonen zu entwickeln", sagt Viktor Gruev, ein an der Studie beteiligter Forscher. „Wenn wir in der Stadt sind, können diese Geräte großartige Bilder für soziale Medien machen, aber Ärzte kümmern sich nicht darum, wie gut die Aufnahme bei der Untersuchung von Patienten aussieht – sie kümmern sich darum, wie gut das Bild die Realität einfängt. Die treibende Kraft im Kameramarkt ist mit der für die medizinische Diagnostik benötigten Technologie völlig inkompatibel."
Das Facettenauge der Fangschreckenkrebse war die Inspiration für diese Spitzentechnologie. "Mantis-Garnelen haben diese unglaublichen Augen", sagte Steven Blair, ein weiterer Forscher, der an der Studie beteiligt war. "Der Mensch nimmt drei Farben wahr - Rot, Grün und Blau - aufgrund einer einzigen Schicht lichtempfindlicher Zapfenzellen, die unsere Netzhaut umgeben, aber die Fangschreckenkrebse erkennt dank der Stapel lichtempfindlicher Zellen an der Spitze bis zu 12 Farben Raum."
Die hexachromatische Kamera verwendet optische Filter und Halbleiter, um nahezu dreifarbiges Infrarotlicht einzufangen, das normalerweise für einen Kliniker nicht sichtbar wäre. In Kombination mit Nahinfrarot-Sonden, die an Patienten appliziert und vorzugsweise in Krebszellen deponiert werden können, kann die Kamera dem Chirurgen helfen, zu erkennen, welche Gewebebereiche krebsartig sind.
"Die Kombination aus dieser bioinspirierten Kamera und neuen, auf Tumore abzielenden Medikamenten wird sicherstellen, dass Chirurgen keine Krebszellen im Körper eines Patienten hinterlassen", sagte der Chirurg Goran Kondov, der die Technologie getestet hat. „Dieser zusätzliche Augensatz wird dazu beitragen, ein Wiederauftreten der Krankheit zu verhindern und den Patienten einen schnelleren und einfacheren Weg zur Genesung zu ermöglichen. Da das Gerät so einfach ist, kann es möglicherweise zu geringen Kosten hergestellt und für Krankenhäuser auf der ganzen Welt zugänglich gemacht werden.
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