O camarão mantis é conhecido principalmente por seu ponche de bala, que inspirou tanto materiais compósitos super-fortes para futuras armaduras corporais quanto uma história viral sobre o curioso crustáceo. Mas acontece que os olhos do animal são tão interessantes quanto suas garras.
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Um grupo de pesquisadores vem trabalhando em uma maneira de modelar os olhos compostos e a visão polarizada do camarão mantis para criar uma câmera capaz de detectar várias formas de câncer. Eles agora têm um sensor de câmera de prova de conceito que é menor, mais simples e mais preciso do que as tentativas anteriores de imagens polarizadas.
O grupo interdisciplinar, incluindo um neurobiólogo da Universidade de Queensland, Austrália, um engenheiro de computação na Universidade de Washington em St. Louis, e outros da Universidade de Maryland, Baltimore County, e da Universidade de Bristol, na Inglaterra, publicaram recentemente o trabalho em os Anais do IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) .
O mantis camarão, como alguns insetos, lulas e outros cefalópodes, pode ver diferenças na luz polarizada - que é a luz que está irradiando em diferentes planos de direção - de uma maneira semelhante que podemos ver o contraste entre uma parede preta e uma branca mesa. Os animais usam essa habilidade para detectar presas, encontrar um parceiro e evitar serem comidos.
Mas a luz polarizada também pode ser usada para ver coisas que o olho humano não consegue, como as células cancerígenas. A pesquisa da equipe mostra que seu sensor tem a capacidade de detectar lesões cancerosas antes que as células se tornem numerosas o suficiente para aparecer como tumores visíveis.
O sensor de imagem de polarização, semelhante aos tipos de sensores de imagem já em uso em smartphones, é pequeno o suficiente para tirar imagens de câncer dentro do corpo humano. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, professor associado de ciência da computação e engenharia da Universidade de Washington, cujo laboratório trabalhou na construção do sensor, diz que as células cancerígenas são fáceis de ver sob luz polarizada porque suas estruturas desorganizadas e invasivas dispersam a luz de maneira diferente das células normais do corpo.
Embora os pesquisadores tenham criado dispositivos de imagem polarizados no passado, eles tendem a ser grandes, usando vários sensores, e complexos, pois exigem que especialistas em ótica, engenharia e física funcionem adequadamente. Isso, claro, também significa que os instrumentos são muito caros.
Mas combinando os avanços da nanotecnologia, os pequenos sensores CMOS (complimentary metal-oxide-semiconductor) comuns nos smartphones e os fundamentos de como funciona o sistema de visão do camarão mantis, a equipe conseguiu criar um sensor de imagem muito mais simples. Menor do que um centavo, o sensor é muito sensível e pode detectar células cancerosas mais cedo do que as tentativas anteriores de imagens polarizadas, usando imagens estáticas e vídeo. Gruev diz que seu estudante de pós-graduação, Timothy York, o principal autor do artigo, fez grande parte do trabalho com a câmera e suas possíveis aplicações médicas.
Nesta imagem endoscópica de um cólon de camundongo, o sensor mostra o tecido do tumor em azul, enquanto o tecido saudável aparece como amarelo. (IEEE) (IEEE) Com o câncer de cólon, por exemplo, um médico normalmente usaria um endoscópio para procurar por qualquer tecido que parecesse canceroso, depois fizesse uma biópsia. Mas o câncer tem que estar em um certo estágio de desenvolvimento antes de parecer diferente do olho humano. A imagem polarizada pode identificar as células cancerígenas muito antes, mas os dispositivos de imagem anteriores foram grandes demais para serem usados dessa maneira antes.
“Passamos de várias câmeras para uma solução de chip único”, diz Gruev. “É difícil colocar várias câmeras em um endoscópio e tirar fotos. Com o nosso dispositivo, todos os filtros estão na câmera e vão de algo que fica na sua bancada ótica até um que fica no final de um endoscópio. ”
A câmera pode reduzir drasticamente a necessidade de biópsias - mas até que a tecnologia seja refinada, a extensão para a qual ela será feita não é clara.
Justin Marshall, um neurobiólogo da Universidade de Queensland e outro dos autores do artigo, trouxe sua experiência em camarão mantis para o projeto. Ele vem investigando a visão do camarão há mais de 25 anos. Tanto ele quanto Gruev concordam que um dos próximos desafios será encontrar uma maneira de incorporar a visão de cores tradicional no sensor também. Como está agora, o sensor pode ver diferenças na polarização, mas não nas cores que vemos. Isso é um problema para os médicos que podem um dia usar esse tipo de sensor, porque eles normalmente usam dicas visuais para guiá-los durante procedimentos delicados. Mas camarão poderia fornecer alguma ajuda nessa frente também.
“[Camarão Mantis] parece ser muito particular sobre a forma como eles coletam informações, tanto em termos de cor e polarização”, diz Marshall. “Eles acenam com os olhos ao redor para empurrar o sensor sobre o mundo, um pouco como uma varredura por satélite. Pode haver alguns truques que podemos emprestar também.
Marshall acha que o sensor pode ser usado para rastrear pacientes em busca de câncer de cólon primeiro, já que essa é uma área específica na qual sua equipe vem trabalhando e outra em que o tamanho e a complexidade de outras câmeras de imagem polarizadas foram um problema no passado. Escopos de polarização mais simples já estão sendo usados para verificar o câncer de pele na Austrália, onde duas em cada três pessoas são diagnosticadas com a doença antes dos 70 anos. Os pesquisadores também estão experimentando o uso de luz polarizada para aumentar o contraste dos tecidos. iniciar e parar o corte durante a cirurgia.
Como o chip inspirado em camarão é tão compacto e fácil de usar, a tecnologia pode entrar em dispositivos portáteis e até em smartphones. Em caso afirmativo, diz Marshall, as pessoas poderiam, um dia, monitorar seus cânceres e reduzir a carga sobre os sistemas de saúde sobrecarregados.
Embora exista muito potencial na tecnologia de imagens polarizadas, Gruev diz que ainda há muito trabalho a ser feito, tanto na incorporação do sensor de cor quanto no refinamento da sensibilidade da detecção de polarização para aumentar a resolução e torná-lo ainda melhor na detecção de graves doenças precocemente.
"Estamos apenas começando a entender como podemos olhar para a biologia e construir sistemas de imagens que podem ajudar no diagnóstico de câncer e outras doenças", diz ele.
