Teljesen új alapokra szeretnék helyezni a bőrgyógyászati diagnosztikát a Wigner FK falai között zajló kutatásban dr. Kiss Norbert orvos és dr. Szipőcs Róbert lézerfizikus. Az általuk fejlesztett képalkotó eljárások célja, hogy jelentősen lerövidüljön a bőrelváltozások diagnosztizálásának ideje, és akár valós időben lehessen szövettani képeket készíteni bőrminta kimetszése nélkül. Ezzel nem csak időt, de pénzt is spórolhatna az egészségügy.
A 2019. november 8-án és 9-én rendezték meg Berlinben a Falling Walls nemzetközi tudományos és innovációs versenyt, melyen dr. Kiss Norbert képviselte Magyarországot (a verseny magyar fordulójáról itt számoltunk be, a versenyről bővebb információ a www.falling-walls.com linken olvasható). A versenyen Norbert „virtuális bőrbiopszia” témájú, angol nyelvű előadásának igen pozitív fogadtatása volt, a téma fontosságát a zsűri több tagja is megjegyezte. (Az előadás itt megtekinthető.) Norbert orvosként csatlakozott Szipőcs Róbert fizikus „Femtoszekundumos lézerek a nemlineáris mikroszkópiában” kutatócsoportjához, az ő vezetésével szerezte meg idén októberben tudományos fokozatát. A kutatócsoport többi tagjával, dr. Fésűs Luca orvossal, Krolopp Ádámmal mechatronikai mérnökkel és Dr. Wikonkál Norbert bőrgyógyász szakorvossal valamint további, a Semmelweis Egyetem bőrklinikáján dolgozó szakorvossal, Ph.D. hallgatóval együtt olyan új, festékjelölés mentes, valósidejű mikroszkópiás képalkotó eljárások kifejlesztésén dolgoznak, amelyek forradalmasíthatják a bőrgyógyászati diagnosztikát. Ma több mint 3000 féle bőrbetegség ismert, és amennyiben egy orvos nem tudja eldönteni egy elváltozásról, hogy milyen eredetű, kimetszéssel mintát vesz a bőrből, és azt laboratóriumi körülmények között vizsgálják meg. A szövettani feldolgozást során paraffinba ágyazzák, metszik, majd megfestik a szövetmintákat, ezt követően pedig egy patológus (szövettanász) szakorvos leletezi az elkészült metszeteket. Ez utóbbi eljárás lényegében 150 éve változatlan, ráadásul hosszú időbe telhet, mire az eredmény megszületik, addig pedig a célzott kezelést sem lehet elkezdeni. Az új fejlesztés célja, hogy a diagnózis idejét jelentősen lecsökkentsék, ráadásul ne legyen szükség bőrminta kimetszésére. Utóbbi, még ha kis beavatkozásról van is szó, mindenképpen megterhelő a beteg számára és szövődményekkel járhat. A cél, hogy a megfelelő mikroszkóp és lézerrendszer kialakításával valós időben legyenek láthatóak a képek, ráadásul az előállított „molekuláris térképek” hasonlítsanak a hagyományos szövettani festési eljárással alkotott képhez.
dr. Kiss Norbert a Falling Walls Lab berlini döntőjén, előadás közben
Az eljárás során a bőrfelületet lézerfénnyel világítják meg, ami – az alkalmazott hullámhosszaktól függően - kb. 0.2-0.5 milliméter mélységig hatol be a bőrbe. A képalkotáshoz két megfelelő hullámhosszon szinkron működő impulzuslézer (ú.n. pumpa és Stokes lézerek) segítségével rezgésbe hozzák a szöveteket alkotó molekulák egyes kémiai kötéseit. A gerjesztés során létrejön egy ún. anti-Stokes jel, melynek optikai detektálásával, majd a kapott képek feldolgozásával megszületik a két-, esetleg háromdimenziós molekuláris térkép.
Ex vivo humán és egérbőr mintákról különböző CARS módszerekkel felvett szövettani képek. A) Bazalióma típusú bőrdaganat mintáról DVRF CARS módszerrel készített kép, ahol a "fehérje" és "zsír" beállításokhoz egy Mai Tai lézer hullámhosszát 790 és 798 nanométerre állították, majd az így felvett két CARS képet utólag feldolgozták, megfelelően színezték (Kiss et al, PORE 2018). B) IF-CARS módszerrel egérbőrről készült szövettani kép, ahol egy ~10 nm sávszélességű Mai Tai lézer spektrumát egy Michelson-interferométerrel időben úgy modulálták, hogy a spektrum maximuma 792 és 796 nm-re essen (Molnár et al 2018). C) Mai Tai lézerrel felvett DVRF-CARS képek a lézer 796 nm-es beállítása mellett, a két anti-Stokes jel párhuzamos detektálása esetén, utófeldolgozás után. D) Egy új fejlesztésű, ~2 nm sávszélességű, ~20 MHz ismétlési frekvenciájú Ti-zafír lézerrel (FemtoRose 300TUN LC, R&D Ultrafast Lasers Kft.) valós időben felvett, egérbőrről készült DVRF-CARS kép, ahol a zsírokról („-CH2 csoportról”) illetve fehérjékről („-CH3 csoportról”) készült molekuláris térképek felvételéhez a Ti-zafír lézert 800 nm-re hangolták, míg az Yb-lézer erősítő ~ 20 nm széles spektrumát egy Michelson interferométer segítségével megfelelően módosították. Méretvonal minden ábrán: 50 μm.
A dr. Kiss Norbert által bemutatott rendszerrel – amit még 2018-ben publikáltak (Kiss et al, PORE 2018) - kb. 5 percre volt szükség a kép elkészítéséhez egy kb. 0,4 x 0,4 mm2-es területről. A kutatócsoportban Norbert kísérleti munkáját egy éve dr. Fésűs Luca Ph.D. hallgató vette át, akinek segítségével a lézeres képalkotó rendszert úgy alakítják át, hogy az egyes képek felvételéhez és megjelenítéséhez szükséges idő drasztikusan lerövidüljön, vagyis a rendszer valós idejű, in vivo szövettani vizsgálatokra is alkalmas legyen úgy, hogy az alkalmazott lézerek optikai átlagteljesítménye alig haladja meg egy lézer pointer teljesítményét (~16 mW), miközben az egyes, nagyfelbontású (pl. 512x512 pixel) képek felvétele nagyjából 3 másodpercenként történik. Erre azért is van szükség, mert egy látótér méretéhez (0,4 x 0,4 mm2) képest egy bőrelváltozás általában jóval nagyobb kiterjedésű. Luca a nemrégiben a Wigner FK-ban megvalósított valósidejű szövettani képalkotó rendszerről, és egyéb fejlesztésekről is beszámolt a november végén Debrecenben megrendezésre kerülő MDT (Magyar Dermatológus Társulat) éves kongresszusán (ld. az alábbi oldalon) a kísérleti szekcióban, szóbeli előadás formájában (címe: Új, festékjelölés mentes, koherens anti-Stokes Raman szórás -mikroszkópiás képalkotási módszerek fejlesztése valós idejű, in vivo bőrszövettani vizsgálatokhoz), illetve terveink szerint a 2020-as Biomedical Optics kongresszuson az USA-ban (ld. a kongresszus honlapján).
Befejezésül a teljesség kedvéért fontos megjegyezni, hogy a valós idejű szövettani képalkotást célzó fejlesztéseknek már volt előzménye: dr. Szipőcs Róbert Szegeden az SZTE Szervezettani és Idegtudományi Tanszékén idegtudósok számára 2018-ban már épített egy hasonlóan gyors szövettani képalkotásra alkalmas szerkezetet, amiben a pumpa lézer spektrumát modulálták egy piezo-vezérelt interferométer segítségével, viszont ez vagy a képek utófeldolgozását, vagy egy párhuzamosan megépített detektor és adatgyűjtő, megjelenítő rendszer alkalmazását igényelte a megfelelő kémiai kontraszttal rendelkező szövettani képek előállításához. Az IF-CARS-nak keresztelt mérési eljárást szintén egy Biomedical Optics konferencián mutatták be először 2018-ban az USA-ban (ld. az alábbi oldalon).
Összefoglalva: a Wigner FK-ban folyó kutatások célja egy olyan szövettani képalkotó rendszer létrehozása, amely hosszabb távon mind műszaki, biztonságtechnikai, mind anyagi szempontból elérhető a bőrgyógyászati centrumok számára. Persze ehhez az engedélyezési eljárásokon is át kell esni, ehhez pedig a további fejlesztések mellett a megfelelő (lehetőleg szakmai) befektetőket és a jelenleg a kisérletekben alkalmazott, ipari kivetelű femtoszekundumos lézereket fejlesztő és gyártó gyártó R&D Ultrafast Lasers Kft. mellett további, tőkeerős nemzetközi szakmai partnereket is kell találni.
A most bemutatott eredményekről, hírekről nemrégiben a hvg360 instant tudomány rovata is beszámolt egy képes riport formájában.
A Szegedi Tudományegyetemen illetve a Wigner FK-ban használt mérési összeállítások blokkvázlata.
