Visualização de micro

Oct 18, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13375 (2022) Citar este artigo

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Técnicas de microscopia óptica são uma escolha popular para visualizar microagentes. Eles geram imagens com resolução espaço-temporal relativamente alta, mas não revelam informações codificadas para distinguir microagentes e arredores. Este estudo apresenta a microscopia de fluorescência multicolorida para identificação codificada por cores de microagentes móveis e ambientes dinâmicos por desagregação espectral. Relatamos o desempenho da microscopia multicolorida visualizando a ligação de microagentes únicos e de cluster a esferoides cancerígenos formados com células HeLa como uma prova de conceito para demonstração de entrega de drogas direcionadas. Um chip microfluídico é desenvolvido para imobilizar um único esferoide para o anexo, fornecer um ambiente estável para microscopia multicolorida e criar um modelo de tumor 3D. Para confirmar que a microscopia multicolor é capaz de visualizar micro-agentes em ambientes vascularizados, redes vasculares in vitro formadas por células endoteliais e membrana corioalantóide de galinha ex ovo são empregadas como modelos experimentais. A visualização completa de nossos modelos é obtida pela excitação sequencial dos fluoróforos de maneira round-robin e aquisição de imagem individual síncrona de três bandas de espectro diferentes. Demonstramos experimentalmente que a microscopia multicolor decompõe espectralmente microagentes, corpos orgânicos (esferoides cancerígenos e vasculaturas) e meios circundantes utilizando fluoróforos com características de espectro bem separadas e permite a aquisição de imagens com 1280 \(\times\) 1024 pixels até 15 quadros por segundo. Nossos resultados mostram que a microscopia multicolorida em tempo real fornece maior compreensão pela visualização codificada por cores em relação ao rastreamento de microagentes, morfologia de corpos orgânicos e distinção clara da mídia circundante.

O campo da microrobótica abriu novos caminhos para diversas aplicações na medicina graças aos avanços nas tecnologias de micro/nanofabricação1,2,3. Uma das aplicações mais destacadas é a administração direcionada de medicamentos, que é uma técnica inovadora para aumentar a taxa de sucesso do tratamento, atenuar os efeitos colaterais dos medicamentos e reduzir o tempo de recuperação do paciente4,5. Os microagentes, os efetores finais dos sistemas microrobóticos, são utilizados como transportadores para a entrega de drogas com nanopartículas e direcionados para o tecido de interesse por estímulos externos (por exemplo, campos magnéticos e ondas acústicas)6. Técnicas de imagem são utilizadas para que os microagentes atinjam o tecido-alvo, pois a integração do sensor continua sendo um desafio devido às limitações de tamanho7,8. As imagens adquiridas podem ser consideradas apenas fonte de feedback para identificação do alvo, manipulação dos microagentes e liberação das drogas no local desejado. Portanto, a visualização clara desempenha um papel crucial no processo de entrega.

A ressonância magnética (MRI), a tomografia computadorizada (TC), a fluoroscopia, o ultrassom e a imagem fotoacústica são usadas para visualizar microagentes em condições in vitro e in vivo. A RM é utilizada para atuação e visualização simultânea de microagentes com alta relação contraste/ruído9,10,11. Além disso, as imagens de ressonância magnética contêm detalhes anatômicos com uma alta relação contraste-ruído para direcionamento preciso dos microagentes. No entanto, a baixa taxa de aquisição de imagens da RM a torna inadequada para aplicações de microagentes que requerem visualização em tempo real12. Semelhante à ressonância magnética, a TC fornece imagens de alta resolução de microagentes, mas tem espaço de trabalho limitado para a integração de sistemas de atuação e detecção13. A fluoroscopia é um método de imagem alternativo para a TC para obter um espaço de trabalho maior e alcançar maior taxa de aquisição de imagens14,15. Tanto a TC quanto a fluoroscopia têm efeitos nocivos tanto para os médicos quanto para os pacientes devido à exposição à radiação ionizante16. Entre as modalidades de imagem, as técnicas baseadas em ultrassom não têm efeitos colaterais conhecidos na saúde e são usadas para visualização em tempo real dos microagentes17,18,19,20,21. A ultrassonografia fornece um grande espaço de trabalho para a colocação dos sistemas de atuação, uma vez que as imagens são adquiridas usando uma pequena sonda portátil22,23,24. No entanto, as imagens de ultrassom são inerentemente ruidosas e contêm artefatos, que dificultam a detecção de microagentes. A imagem fotoacústica supera a limitação na imagem de ultrassom pelo aumento do contraste de microagentes. A absorção da luz aquece os microagentes contendo materiais metálicos e as ondas acústicas subsequentes são geradas pela expansão térmica25. As ondas acústicas geradas fazem com que os microagentes atinjam uma relação sinal-ruído maior do que a ultrassonografia e sejam resolvidos a partir do ambiente26,27,28.