El camarón mantis es conocido principalmente por su golpe de bala, que ha inspirado tanto materiales compuestos súper fuertes para futuras armaduras corporales como un cómic viral en la web sobre el curioso crustáceo. Pero resulta que los ojos del animal son tan interesantes como sus garras.
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Un grupo de investigadores ha estado trabajando en una forma de modelar los ojos compuestos del camarón mantis y la visión polarizada para crear una cámara que pueda detectar diversas formas de cáncer. Ahora tienen un sensor de cámara de prueba de concepto que es más pequeño, más simple y más preciso que los intentos anteriores de imágenes polarizadas.
El grupo interdisciplinario, que incluye un neurobiólogo de la Universidad de Queensland, Australia, un ingeniero informático de la Universidad de Washington en St. Louis y otros de la Universidad de Maryland, el condado de Baltimore y la Universidad de Bristol en Inglaterra, publicaron recientemente el trabajo en las actas del IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) .
El camarón mantis, como algunos insectos, calamares y otros cefalópodos, puede ver las diferencias en la luz polarizada, es decir, la luz que irradia en diferentes planos de dirección, de manera similar a la que podríamos ver el contraste entre una pared negra y una blanca. mesa. Los animales usan esta habilidad para detectar presas, encontrar una pareja y evitar ser comidos.
Pero la luz polarizada también se puede usar para ver cosas que el ojo humano no puede ver, como las células cancerosas. La investigación del equipo muestra que su sensor tiene la capacidad de detectar lesiones cancerosas antes de que las células se vuelvan lo suficientemente numerosas como para aparecer como tumores visibles.
El sensor de imágenes de polarización, similar a los tipos de sensores de imágenes que ya se usan en los teléfonos inteligentes, es lo suficientemente pequeño como para tomar imágenes de cáncer dentro del cuerpo humano. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, profesor asociado de ciencias de la computación e ingeniería en la Universidad de Washington, cuyo laboratorio trabajó en la construcción del sensor, dice que las células cancerosas son fáciles de ver bajo luz polarizada porque sus estructuras desorganizadas e invasivas dispersan la luz de manera diferente a las células normales del cuerpo.
Si bien los investigadores han creado dispositivos de imágenes polarizadas en el pasado, tienden a ser grandes, con múltiples sensores y complejos, ya que requieren expertos en óptica, ingeniería y física para funcionar correctamente. Eso, por supuesto, también significa que los instrumentos son muy caros.
Pero al combinar los avances en nanotecnología, los pequeños sensores CMOS (semiconductores de óxido de metal complementarios) comunes en los teléfonos inteligentes y los fundamentos de cómo funciona el sistema de visión del camarón mantis, el equipo pudo hacer un sensor de imágenes mucho más simple. Más pequeño que un centavo, el sensor es muy sensible y puede detectar células cancerosas antes de los intentos previos de imágenes polarizadas, utilizando imágenes fijas y video. Gruev dice que su estudiante graduado, Timothy York, el autor principal del artículo, hizo gran parte del trabajo con la cámara y sus posibles aplicaciones médicas.
En esta imagen endoscópica de un colon de ratón, el sensor muestra el tejido tumoral en azul, mientras que el tejido sano se muestra en amarillo. (IEEE) (IEEE) Con el cáncer de colon, por ejemplo, un médico normalmente usaría un endoscopio para buscar cualquier tejido que se vea canceroso y luego tomar una biopsia. Pero el cáncer tiene que estar en una determinada etapa de desarrollo antes de que se vea diferente al ojo humano. Las imágenes polarizadas pueden detectar células cancerosas mucho antes, pero los dispositivos de imágenes anteriores han sido demasiado grandes para ser utilizados de esta manera antes.
"Hemos pasado de tener varias cámaras a una solución de un solo chip", dice Gruev. “Es difícil colocar varias cámaras en un endoscopio y tomar fotos. Con nuestro dispositivo, todos los filtros están en la cámara y van de algo que se encuentra en su banco óptico a uno que va al final de un endoscopio ".
La cámara podría reducir drásticamente la necesidad de biopsias, pero hasta que no se refine la tecnología, la medida en que lo hará no está clara.
Justin Marshall, neurobiólogo de la Universidad de Queensland y otro de los autores del artículo, aportó su experiencia en camarones mantis al proyecto. Lleva más de 25 años investigando la visión del camarón. Tanto él como Gruev están de acuerdo en que uno de los próximos desafíos será encontrar una manera de incorporar también la visión de color tradicional en el sensor. Tal como está ahora, el sensor puede ver diferencias en la polarización, pero no los colores que vemos. Ese es un problema para los médicos que algún día pueden usar este tipo de sensor, porque generalmente usan señales visuales para guiarlos durante los procedimientos delicados. Pero los camarones también podrían proporcionar algo de ayuda en ese frente.
"[Los camarones mantis] parecen ser muy particulares sobre la forma en que recopilan información, tanto en términos de color como de polarización", dice Marshall. “Agitan los ojos para empujar su sensor por todo el mundo, un poco como un escaneo satelital. Puede haber algunos trucos que también podemos tomar prestados ”.
Marshall cree que el sensor puede usarse primero para detectar cáncer de colon en los pacientes, ya que esa es un área específica en la que su equipo ha estado trabajando y en la que el tamaño y la complejidad de otras cámaras de imágenes polarizadas han sido un problema en el pasado. Ya se están utilizando alcances de polarización más simples para detectar cáncer de piel en Australia, donde dos de cada tres personas son diagnosticadas con la enfermedad antes de los 70 años. Los investigadores también están experimentando con el uso de luz polarizada para aumentar el contraste de los tejidos para ayudar a los médicos a saber dónde comience y pare el corte durante la cirugía.
Debido a que el chip inspirado en los camarones es tan compacto y fácil de usar, la tecnología podría llegar a dispositivos portátiles e incluso teléfonos inteligentes. Si lo hace, dice Marshall, algún día las personas podrían autocontrolarse para detectar cánceres y reducir la carga sobre los sistemas de salud sobrecargados.
Si bien existe un gran potencial en la tecnología de imágenes polarizadas, Gruev dice que aún queda mucho trabajo por hacer, tanto para incorporar la detección de color como para refinar la sensibilidad de la detección de polarización para aumentar la resolución y mejorar aún más la detección de graves enfermedades tempranas.
"Estamos rascando la superficie de cómo podemos mirar la biología y construir sistemas de imágenes que pueden ayudar en el diagnóstico de cáncer y otras enfermedades", dice.
