Olhos de borboletas inspiram câmera que enxerga o câncer

A visão composta das borboletas permite diferenciar entre células cancerosas e células saudáveis.
[Imagem: Grainger College of Engineering/UIUC]

Visão de borboleta

Existem muitas criaturas em nosso planeta com sentidos mais avançados do que os nossos: As tartarugas sentem o campo magnético da Terra, o camarão louva-a-deus detecta luz polarizada e os elefantes ouvem frequências muito mais baixas do que os humanos.

Mas foi nas borboletas, que podem perceber uma gama mais ampla de cores, incluindo a luz ultravioleta (UV), que Cheng Chen e colegas da Universidade de Illinois (EUA) foram buscar inspiração para criar um novo tipo de sensor de imagem que poderá fazer a diferença no diagnóstico do câncer e nas cirurgias para remoção de tumores.

Imitando o sistema visual aprimorado da borboleta Papilio xuthus, Chen desenvolveu um sensor de imagem capaz de ver a faixa UV, inacessível aos olhos humanos. Isto foi possível usando um novo tipo de semicondutor, conhecido como perovskita, e fotodiodos empilhados, que se juntam para gerar imagens de diferentes comprimentos de onda na faixa UV - o sensor enxerga tons de UV, por assim dizer.

Os humanos têm visão tricromática, com três fotorreceptores, onde cada cor percebida pode ser composta por uma combinação de vermelho, verde e azul. As borboletas, entretanto, possuem olhos compostos, com seis (ou mais) classes de fotorreceptores com sensibilidades espectrais distintas, o que as permite ver pequenas variações no espectro UV, assim como os humanos podem ver tons de azul e verde. O novo semicondutor e o empilhamento dos fotodiodos permitiu imitar essa estrutura.

Utilizando as assinaturas espectrais de marcadores biomédicos, como aminoácidos, a nova tecnologia de imagem conseguiu diferenciar entre células cancerígenas e células normais com 99% de confiança.

Diagrama do sistema de visão da borboleta e do CCD inspirado nesse sistema biológico.
[Imagem: Cheng Chen et al. - 10.1126/sciadv.adk3860]

Câmera que enxerga o câncer

Como as células cancerígenas e saudáveis têm diferentes concentrações de marcadores e, portanto, diferentes assinaturas espectrais, as duas classes de células podem ser diferenciadas com base na sua fluorescência no espectro UV.

A equipe avaliou seu sensor de imagem biomimético quanto à sua capacidade de identificar marcadores relacionados ao câncer e descobriu que ele é capaz de diferenciar células cancerosas de células saudáveis com 99% de confiabilidade.

A expectativa é que este sensor faça a diferença durante as cirurgias de remoção tumoral, já que um dos maiores desafios é saber quanto tecido remover para garantir a eliminação total do tumor.

"Esta nova tecnologia de imagem está nos permitindo diferenciar células cancerosas de células saudáveis e está abrindo novas e interessantes aplicações além da saúde," disse o professor Shuming Nie.