Een innovatieve beeldtechniek voor dynamische optische nanothermometrie

Een nieuwe beeldvormingstechniek, ontwikkeld door de teams van professoren Jinyang Liang en Fiorenzo Vetrone van het Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), kan de temperatuur in 2D meten, zonder contact. Deze nauwkeurige realtime temperatuurdetectie kan op een dag de fotothermische therapie verbeteren en helpen bij de vroege diagnose van huidkanker.

Deze technologie, bekend als single-shot photoluminescence lifetime imaging thermometry (SPLIT), is gebaseerd op de luminescentie van nanodeeltjes die zijn gedoteerd met zeldzame aardionen. “Deze nanodeeltjes worden beschouwd als nanothermometers omdat hun lichtgevende eigenschappen veranderen met de temperatuur van de omgeving. Ze zijn ook biocompatibel”, zegt professor Vetrone.

In plaats van de luminescentie punt voor punt af te beelden, wat tijdrovend is, gebruikt SPLIT een nieuwe ultrahogesnelheidscamera om bij te houden hoe snel de luminescentie van deze nanodeeltjes in elk ruimtelijk punt vervalt. De temperatuur kan dan worden gemeten door te controleren hoe snel het uitgestraalde licht vervaagt. Omdat het in realtime is, kan SPLIT het fenomeen volgen terwijl het zich voordoet.

Voor het eerst maakt het luminescentiethermometrie mogelijk met behulp van de levensduur van het nanodeeltje met een bewegend monster. “Vergeleken met bestaande thermometrietechnieken is SPLIT sneller en heeft een hogere resolutie. Dit maakt een nauwkeurigere temperatuurmeting mogelijk met zowel een geavanceerde als economische oplossing”, zegt professor Liang.

Professoren Liang en Vetrone zijn van mening dat SPLIT-technologie onder andere het vermogen om huidkanker op te sporen en te behandelen kan vergroten. Op dit moment is de capaciteit om melanomen, en meer specifiek micromelanomen, op te sporen nog beperkt. Bestaande diagnostische benaderingen worden beperkt door hun invasiviteit, resolutie en nauwkeurigheid, wat leidt tot een groot aantal onnodige biopsieën.

Optische thermometrie zou dus kunnen worden gebruikt om kankercellen te detecteren, waarvan het snelle metabolisme leidt tot een hogere temperatuur dan die van normaal weefsel, waardoor ze beter zichtbaar worden met SPLIT.

Om melanoom te detecteren, kunnen klinieken een thermische camera gebruiken, maar de resolutie is laag. “SPLIT markeert een belangrijke stap in de technische ontwikkeling. Met een hoge resolutie zou de technologie kunnen worden gebruikt om de kankerachtige moedervlek nauwkeurig te lokaliseren, "zei professor Liang.

Naast detectie zou deze technologie ook kunnen worden gebruikt om de lichtdosis tijdens bepaalde soorten behandelingen te controleren. Fotothermische therapie valt bijvoorbeeld kankercellen aan door de warmte die wordt gegenereerd door blootstelling aan nabij-infrarood licht. “We willen de kanker uitroeien, maar niet het omliggende weefsel, dus als de temperatuur te hoog is, kan de behandeling worden afgebouwd of een tijdje worden stopgezet. Als het te laag is, kunnen we het licht verhogen om de juiste dosis te krijgen, "zei Vetrone.