W przypadku pacjentów z nowotworami litymi chirurgia endoskopowa jest jedną z podstawowych opcji leczenia w celu usunięcia guzów. Istnieje jednak wysokie ryzyko nawrotu raka, jeśli po resekcji chirurgicznej pozostanie nawet niewielka liczba komórek nowotworowych. Aby temu zapobiec, naukowcy opracowali chirurgię sterowaną fluorescencją (FGS). W FGS pacjentom wstrzykuje się sondę fluorescencyjną, która preferencyjnie wiąże się z komórkami nowotworowymi, umożliwiając chirurgom łatwą identyfikację zmian za pomocą specjalistycznych endoskopów, które emitują niezbędne światło wzbudzające. Niestety, guzy mogą być bardzo niejednorodne, a pojedyncza sonda fluorescencyjna nie wystarcza do wykrycia ich wszystkich. Dlatego jednym z pionierskich rozwiązań w FGS jest stosowanie koktajli wielu sond fluorescencyjnych (tzw. "znaczników") w celu wykrycia szerszego zakresu guzów, a także zmniejszenia liczby wyników fałszywie dodatnich i ujemnych. Pomimo pewnych postępów w tym kierunku, wszystkie zatwierdzone klinicznie endoskopy są zoptymalizowane do wykrywania tylko jednego znacznika. Co więcej, obecnie opracowywane instrumenty z wieloma znacznikami są nieporęczne, ponieważ wymagają wielu czujników obrazowania i komponentów optycznych. W badaniu opublikowanym niedawno w Journal of Biomedical Optics (JBO), zespół badawczy z University of Illinois Urbana-Champaign zgłosił nowy endoskopowy system obrazowania, którego konstrukcja może znacznie przyspieszyć przyjęcie FGS z wieloma znacznikami. Sercem tego projektu jest innowacyjny heksa-chromatyczny bioinspirowany czujnik obrazowania (BIS), który naukowcy modelowali w oparciu o system wizualny krewetki modliszki. Czujnik składa się z trzech warstw pionowo ułożonych fotodetektorów pokrytych szachownicowym układem dwóch różnych filtrów; jeden filtruje światło widzialne, a drugi filtruje światło bliskiej podczerwieni (NIR). Rezultatem jest jednoukładowa kamera, która może skutecznie przechwytywać światło w sześciu różnych kanałach spektralnych, dzięki czemu jest w stanie wykryć nawet najbardziej subtelne różnice w emisji fluorescencji z obrazowanej tkanki. Aby spojrzeć na jej wydajność z odpowiedniej perspektywy, BIS może rozróżniać znaczniki fluorescencyjne o pikach emisji oddalonych od siebie o zaledwie 20 nanometrów (nm). Taki wyczyn nie jest możliwy przy użyciu obecnie zatwierdzonych klinicznie instrumentów do obrazowania. Aby móc skutecznie korzystać z BIS, naukowcy musieli również zaprojektować odpowiednie źródło światła wzbudzającego do aktywacji znaczników fluorescencyjnych. W tym celu wykorzystali niestandardowe rozwidlone światłowody podłączone do trzech niezależnych źródeł światła - białej diody LED i dwóch laserów NIR o długości fali 665 i 785 nm. Naukowcy połączyli połączone wyjście światłowodów na początku sztywnego endoskopu. W ten sposób, dzięki zastosowaniu pojedynczego czujnika obrazowania i pojedynczego wejścia światła, urządzenie stało się mniej nieporęczne niż inne systemy obrazowania z wieloma znacznikami. Naukowcy przeprowadzili testy charakterystyki i testy porównawcze w celu określenia rozdzielczości przestrzennej i czułości urządzenia. Ponadto przeprowadzili eksperymenty in vivo na mysim modelu raka piersi. Myszom tym wstrzyknięto znacznik 680 nm, znacznik 800 nm lub równą mieszaninę tych dwóch. Proponowany system mógł wyraźnie rozróżnić sygnatury fluorescencji wytwarzane przez poszczególne znaczniki i mieszaninę. Mając na celu zaprezentowanie potencjału klinicznego swojego endoskopu, naukowcy wykorzystali go do obrazowania guzków raka płuc, które zostały właśnie usunięte od pacjentów. Chociaż pacjentom tym wstrzyknięto tylko jeden znacznik fluorescencyjny, proponowane urządzenie nadal było w stanie dokładnie odróżnić złośliwe guzki od zdrowej tkanki. Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy osiągnęli ważne przełomy inżynieryjne, które utorują drogę do przyjęcia FGS z wieloma znacznikami. Dzięki wyższej rozdzielczości przestrzennej i niezwykłej zdolności do wykrywania niewielkich zmian w emisji fluorescencji, proponowany system obrazowania endoskopowego pomoże lekarzom łatwiej wykrywać mniejsze lub w inny sposób ukryte guzy. Przy odrobinie szczęścia poprawi to długoterminowe przeżycie pacjentów z operowalnym rakiem.