Pele fica transparente graças a cristal holográfico

Kathy Svitil - Caltech Media Office - 15/02/2008

Diagrama de um tecido de peito de galinha com um cristal foto-refrativo para contrabalançar a dispersão da luz e remover a distorção que ela causa nas imagens.
[Imagem: Caltech Biophotonics Laboratory]

Se os seres humanos tivessem uma pele transparente como as águas-vivas, detectar doenças como o câncer seria algo extremamente simples: bastaria olhar para ver um tumor se formar ou crescer.

Pele transparente

Mas os seres humanos, naturalmente, não são nem remotamente transparentes. "A razão por que uma pessoa não é transparente é que os seus tecidos são dispersores," enviando as ondas de luz lateralmente sobre a superfície da pele, em vez de diretamente através dela, como acontece nos tecidos das águas-vivas, explica Changhuei Yang, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

Essa dispersão, além de nos tornar opacos, torna a detecção de doenças uma questão muito mais complicada, exigindo um conjunto de exames e de procedimentos de diagnóstico. Mas não, talvez, por muito mais por muito tempo, graças a um novo truque óptico desenvolvido por Yang e seus colegas, que neutraliza a dispersão da luz e elimina a distorção que ela cria nas imagens.

Um estudo descrevendo o processo foi publicado no exemplar de Fevereiro do periódico Nature Photonics.

Dispersão da luz nos tecidos

É bem sabido que a dispersão da luz em um material não é exatamente um processo aleatório e imprevisível, como se poderia imaginar. De fato, a dispersão é determinística, o que significa que a rota que um feixe de luz toma quando ele atravessa um pedaço específico de tecido, e bate e rebate nas células individuais, é inteiramente previsível; se você focar novamente a luz sobre o mesmo conjunto de células, ela irá dispersar exatamente da mesma forma.

Marcha-à-ré nos fótons

O processo é até mesmo reversível; se os fótons individuais que se espalharam pelo tecido puderem ser capturados e enviados de volta através do tecido, eles irão rebater de volta ao longo da mesma rota e convergir para o foco original a partir de onde eles foram enviados. "O processo é similar à dispersão das bolas de bilhar em uma mesa de sinuca. Se você puder reverter precisamente as rotas e velocidades das bolas, você poderá fazer as bolas de bilhar reorganizarem-se novamente na estrutura inicial," explica Yang.

Yang, junto com seus colegas da Caltech, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, e do MIT, explorou esse fenômeno para compensar a obscura natureza dos nossos tecidos.

Cristal holográfico

Sua técnica, chamada TSOPC ("turbidity suppression by optical phase conjugation": supressão de turvação por conjugação óptica de fase) é surpreendentemente simples. Os cientistas usaram um cristal holográfico para gravar o padrão de difusão de luz que emerge de um pedaço de pele do peito de uma galinha com 0,46 milímetros de espessura.

Voltando no tempo

Eles então reproduziram holograficamente o padrão de volta através da seção de tecido para recuperar o feixe original de luz. "Isto é semelhante a capturar a direção do fluxo de tempo e revertê-lo; os fótons de tempo reverso devem refazer suas trajetórias através do tecido," diz Yang. "A tarefa é formidavelmente complicada, já que isto é comparável a começar com um conjunto de 10¹⁸ bolas de bilhar (ou fótons), espalhá-los sobre a mesa, e tentar remontá-los na forma do triângulo original."

"Até nós fazermos esta pesquisa, não era clara que o efeito seria observável com tecidos biológicos. Nós ficamos agradavelmente surpresos que o efeito tenha sido prontamente observável e notavelmente robusto," diz Yang. "Este estudo abre numerosas possibilidades no uso da reversão óptica do tempo em biomedicina."

Terapia fotodinâmica

Um possível uso da técnica é na terapia fotodinâmica, na qual um feixe de luz altamente focalizado é dirigido às células cancerosas que absorveram compostos químicos sensíveis à luz e letais para as células. Quando a luz atinge as células, os compostos são ativados e destroem as células.

A terapia fotodinâmica é mais efetiva no tratamento de câncer de pele superficial. A técnica de Yang, entretanto, oferece uma nova forma de concentrar a luz sobre compostos destruidores de câncer localizados mais profundamente no interior dos tecidos.

Cânceres mais profundos

A idéia de Yang é injetar partículas altamente dispersoras de luz, recobertas com drogas destruidoras de câncer ativadas por luz, no interior do tecido. Ao dirigir um feixe de luz sobre o tecido, ele será refletido pelos compostos dispersores à medida em que ele caminha através do tecido. Uma parte da luz dispersa irá retornar para a fonte, onde ela poderá ser gravada na forma de um holograma.

Este holograma conterá informações sobre a rota que a luz dispersada tomou ao longo do tecido e, de fato, descreve a rota ótima de volta em direção à molécula dispersora de luz - e dos compostos que destroem o câncer. Enviando de volta o sinal com um pulso de luz mais forte irá então ativar as drogas terapêuticas, que matarão as células cancerosas.

Energia para implantes miniaturizados

Além disso, a técnica poderá oferecer uma forma de alimentar implantes miniaturizados implantados no interior dos tecidos. "Se você fizer uma rápida pesquisa do que existe hoje, você verá que os implantes são enormes," diz Yang. "Por exemplo, um marca-passos é do tamanho de um telefone celular. Por que eles são tão grandes? Uma grande parte da explicação é que eles precisam conter suas próprias fontes de energia."

A chave para fazer implantes menores então - digamos, do tamanho de uma ponta de caneta - é eliminar as fontes de energia. "Eu acredito que implantes que contenham receptores fotovoltaicos são particularmente promissores," diz ele. "O efeito pode ser aplicado para ajustar mecanismos de envio de luz para canalizar eficientemente a luz através dos tecidos até atingir esses implantes."

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