×

MICE – speciální příloha časopisu KOMORA

Středa 7. prosince 2022
Přihlásit se / Zaregistrovat se

Co odhalí endoskop tenký jako vlas?

V přímém přenosu sledovat mozek v průběhu mrtvice či diagnostikovat nádor bez nutnosti biopsie, tedy invazivního odebrání tkáně. To je jen část možného uplatnění endoskopu, který vzniká v Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR v Brně. Protože jeho základem je optické vlákno tenké jako lidský vlas, pronikne prakticky do jakékoliv hloubky, aniž by způsobil výraznější poškození. Zdokonalit ho pomůže nedávno udělený prestižní grant Evropské výzkumné rady ERC, a to v kategorii Proof of Concept. Cílem je technologii vyvinout do komerčně uplatnitelné podoby.

Daniel Mrázek ikona hodiny9. 7. 2022 07:00
Foto: Tomáš Čižmár, ÚPT AV ČR Holografický endoskop dokáže pozorovat děje v myším mozku v reálném čase Foto: Tomáš Čižmár, ÚPT AV ČR

Zvuková reportáž by tentokrát nevznikla bez bílého pláště, přezutí a dezinfekce. Proč? Uslyšíte sami.

Hledali jsme onemocnění, které probíhá v hloubce mozku a které je současnými metodami neprobádatelné. Jako výborná se nám jeví mozková mrtvice,“ líčí bioložka a veterinářka Petra Ondráčková. V Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR v Brně (ÚPT) působí ve výzkumném týmu, který vyvíjí světově unikátní holografický endoskop. Právě jeho technologické zdokonalení ERC grant podpoří.

V praxi výzkum probíhá tak, že se vlákno s průměrem asi desetiny milimetru zavede do mozku laboratorní myši. Ta nic necítí, protože je uspaná. „Díky naší technologii jsme schopní zobrazovat mnohem tenčím nástrojem, než bylo doposud možné, což znamená, že zvířecí model utrpí podstatně menší poškození. To je jednak humánnější přístup, navíc jsou výsledky studie výrazně méně ovlivněny samotným pozorováním. V jakékoli struktuře v mozku dokážeme dosáhnout rozlišení lepšího než jeden mikrometr, což je srovnatelné s nejlepším mikroskopem, který funguje ex vivo, tedy na mrtvé tkáni,“ přidává se vedoucí vědecké skupiny Komplexní fotoniky a držitel ERC grantu profesor Tomáš Čižmár. Ten se zobrazováním pomocí tenkého optického vlákna zabývá už více než deset let.

Brněnští vědci zjednoduší a zefektivní operace srdce

Optické vlákno je komplexní, neboli náhodné médium, které světlo procházející vláknem zamíchá. Tomáš Čižmár ale se svým týmem přišel na to, jak tyto signály rozluštit. U každého vlákna totiž dokáže přesně zjistit, jakým způsobem se v něm světlo šíří. Holografický endoskop, jehož součástí je prostorový (holografický) modulátor světla, funguje tak, že do optického vlákna posílá sekvenci přesně tvarovaných, předmíchaných laserových paprsků. Každý z nich je navržen tak, aby po průchodu optickým vláknem vzniklo dokonalé ohnisko v jedné konkrétní poloze. Celá sekvence pak bod po bodu naskenuje objekt v blízkosti konce vlákna.

To ale samo o sobě nestačí. Laboratorní myši musí být geneticky upravené, konkrétně mají vybrané neuronové buňky fluorescenčně označené. Díky tomu dokážou po osvitu laserovým zdrojem emitovat světlo s odlišnou vlnovou délkou. Optické vlákno tyto signály zachytí a přenese ho zpátky do endoskopu k detekci a rekonstrukci obrazu.

Pomůže při mrtvici i nádorových onemocněních

Cílem projektu podpořeného ERC grantem je přinést nové poznatky ohledně mozkové mrtvice. Holografickým endoskopem totiž půjde sledovat, co během ní dělají jednotlivé neurony a jak děje v mozku během mrtvice spolu souvisí. A nejen to, pomocí endoskopu lze mozkovou mrtvici u zvířete vyvolat. Vědci tak můžou sledovat veškeré události od začátku do konce, a to na kterémkoliv místě v mozku. Věří, že zjištěné poznatky využijí v humánní medicíně. Díky tomu, že děje při mrtvici lépe pochopí, dokážou ji účinněji léčit a zejména jí předcházet.

Tento způsob zobrazování ale nabízí mnohem více možností. Vědci můžou sledovat například i to, jak mozek reaguje na léky, což pomůže při vývoji účinnějších léčiv. Čižmárovým snem pak je pomocí holografického endoskopu pozorovat neuronové vzruchy v myši, která není uspaná a v bdělém stavu reaguje na podněty.

Přestože nejvíce možných aplikací zobrazování pomocí tenkého optického vlákna míří do neurověd, tým Tomáše Čižmára se věnuje i diagnostice nádorů. Ta se dnes provádí pomocí rentgenu, výpočetního tomografu (CT) nebo ultrazvuku. Jde sice o neinvazivní metody, jenže některé detailní informace potřebné pro správnou léčbu prozradit nedokážou. Proto se také přistupuje k biopsii, tedy k operaci, při které se kus nemocné tkáně odebere a následně se zkoumá pod mikroskopem. Cílem výzkumu vědecké skupiny Komplexní fotoniky je, aby klasickou biopsii, při které dochází ke skutečnému a invazivnímu odebrání tkáně z těla (následované histologickým barvením a vyšetřením pod mikroskopem), nahradila optická biopsie, při které je možné diagnostikovat onemocnění z informace získané zobrazováním přímo uvnitř těla zavedením miniaturního endoskopu. V rámci tohoto vyšetření by došlo jen k minimálnímu poškození okolní tkáně.

O komerční využití je zájem zejména v Německu

Tomáš Čižmár působí i na Leibnitzově ústavu fotoniky v Jeně v Německu. „Můj německý tým nedávno získal grant od agentury Exist na komerční využití holografických endoskopů. Máme dva roky na to, abychom vyvinuli komerční prototyp tohoto zařízení a přivedli ho na trh. Naší primární cílovou skupinou budou neurovědci a zobrazovací infrastruktura institucí, které se touto problematikou zabývají, nicméně výhledově bychom rádi představili i první aplikace v lékařství,“ plánuje Čižmár a pochvaluje si dobrou komunikaci a zájem ze strany komerčních partnerů: „Přijde za námi komerční partner, který má konkrétní nápad a pro jeho realizaci by chtěl využít naši technologii. Co se týče Německa, podpora uplatnění vědeckých výsledků v komerční sféře je velice dobrá, v Česku to jde pomaleji. Ale věřím, že se to spraví.“

Z toho, co dokáže tento přístroj, mrazí. Doslova

Zobrazování pomocí optického vlákna se nemusí omezovat jen na medicínu a biologii. Uplatnění může najít i v průmyslu. Technologie by se v budoucnu dala využít třeba při monitorování komplexních výrobních procesů či zjednodušení autonomního řízení dopravních prostředků. „Nejvýznamnějším technologickým problémem zůstává umožnění zobrazování při ohybu vlákna. Pokud je vlákno ohýbáno či krouceno, dochází ke změnám v šíření světla skrze vlákno a obrazová informace se rychle ztrácí. V našem dosahu je však několik možných řešení, která se chystáme zveřejnit v příštím roce,“ uzavírá Čižmár.

Více se o holografickém endoskopu dozvíte v naší zvukové reportáži. Klikněte na lištu v horní části článku.

 

Přístroj, který by uvítal i Iron Man

Nejnovější články

Nezařazené
Rok 2023: průmysl se zastaví, inflace zůstane dvouciferná

Stagnace ekonomiky bude dána především dvěma protisměrnými faktory...

Kompenzační opatření pro podnikatele by mohly být kryty...

Nejistoty ohledně dalšího vývoje české ekonomiky jsou dány...

Aktuality
Jednejte s cizinci bez problémů. Ve svém jazyce

TAP2U je aplikace, která spojuje ty, kteří jsou...

Nápad vzešel z potřeby dorozumět se v rámci...

Expertní pohled
Jak dosáhnout stability cen energií v Česku?

Začátkem třetí dekády tohoto století bude Česká republika...

Komunitní sítě umožňují subjektům nakupovat nebo dodávat elektřinu...

Na trhu je mnoho menších i větších firem,...

Současný vývoj velkoobchodních cen elektřiny a jejich strmý...

Česko má největší poměr výroby elektřiny z uhlí...

Energetická koncepce založená na decentralizaci, zvýšené flexibilitě, inteligenci...

Nejnovější Aktuality

Aktuality
Jednejte s cizinci bez problémů. Ve svém jazyce

TAP2U je aplikace, která spojuje ty, kteří jsou...

Nápad vzešel z potřeby dorozumět se v rámci...

Věda a výzkum
Akademici s firmami budou řešit transformaci energetiky

„Hlavním cílem projektu je vytvoření komplexní strategie, která...

„Vodík je strategická surovina nejen pro oblast energetiky,...

Aktuality
Zapomeňte konečně na papírové normy!

Nový e-shop Agentury ČAS totiž umožňuje – vůbec...

Koupit si potřebnou technickou normu by skutečně mělo...

E-shop je dalším krokem České agentury pro standardizaci...