Ein innovatives Bildgebungsverfahren für die dynamische optische Nanothermometrie

Eine neue Bildgebungstechnik, die von den Teams der Professoren Jinyang Liang und Fiorenzo Vetrone am Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) entwickelt wurde, kann die Temperatur berührungslos in 2D messen. Diese genaue Echtzeit-Temperaturerkennung könnte eines Tages die photothermische Therapie verbessern und bei der Früherkennung von Hautkrebs helfen.

Diese als Single-Shot Photoluminescence Lifetime Imaging Thermometry (SPLIT) bekannte Technologie basiert auf der Lumineszenz von Nanopartikeln, die mit Seltenerdionen dotiert sind. „Diese Nanopartikel gelten als Nanothermometer, weil sich ihre Leuchteigenschaften mit der Umgebungstemperatur ändern. Sie sind auch biokompatibel“, sagte Professor Vetrone.

Anstatt die Lumineszenz zeitaufwändig Punkt für Punkt abzubilden, verfolgt SPLIT mit einer neuartigen Ultrahochgeschwindigkeitskamera, wie schnell die Lumineszenz dieser Nanopartikel in jedem Raumpunkt abklingt. Die Temperatur kann dann erfasst werden, indem überprüft wird, wie schnell das emittierte Licht abklingt. Da es sich um Echtzeit handelt, kann SPLIT das Phänomen verfolgen, während es passiert.

Es ermöglicht erstmals die Lumineszenzthermometrie unter Nutzung der Lebensdauer des Nanopartikels bei bewegter Probe. „Im Vergleich zu bestehenden Thermometrietechniken ist SPLIT schneller und hat eine höhere Auflösung. Dies ermöglicht eine genauere Temperaturerfassung mit einer fortschrittlichen und wirtschaftlichen Lösung“, sagte Professor Liang.

Die Professoren Liang und Vetrone glauben, dass die SPLIT-Technologie unter anderem die Erkennung und Behandlung von Hautkrebs verbessern könnte. Gegenwärtig ist die Fähigkeit, Melanome und insbesondere Mikromelanome zu erkennen, noch begrenzt. Bestehende diagnostische Ansätze sind durch ihre Invasivität, Auflösung und Genauigkeit eingeschränkt, was zu einer großen Anzahl unnötiger Biopsien führt.

Die optische Thermometrie könnte somit verwendet werden, um Krebszellen zu erkennen, deren schneller Stoffwechsel zu einer höheren Temperatur als die von normalem Gewebe führt, wodurch sie mit SPLIT besser sichtbar werden.

Zur Erkennung von Melanomen können Kliniken eine Wärmebildkamera verwenden, aber die Auflösung ist gering. „SPLIT markiert einen wichtigen Schritt in der technischen Entwicklung. Mit hoher Auflösung könnte die Technologie verwendet werden, um den krebsartigen Leberfleck genau zu lokalisieren“, sagte Professor Liang.

Über die Erkennung hinaus könnte diese Technologie auch zur Überwachung der Lichtdosis während bestimmter Behandlungsarten eingesetzt werden. Beispielsweise greift die photothermische Therapie Krebszellen durch die Wärme an, die durch die Einwirkung von Nahinfrarotlicht erzeugt wird. „Wir wollen den Krebs ausrotten, aber nicht das umgebende Gewebe. Wenn die Temperatur also zu hoch ist, könnte die Behandlung verringert oder für eine Weile gestoppt werden. Wenn es zu niedrig ist, könnten wir das Licht erhöhen, um die richtige Dosis zu erhalten“, sagte Vetrone.