カマキリエビは、癌を検出するための新しいカメラを刺激します| イノベーション| スミソニアン - 記事、イノベーション、テクノロジー、科学、野生生物

カマキリのエビは、主に弾丸のようなパンチで知られています。これは、将来のボディアーマー用の超強力な複合材料と、好奇心の強い甲殻類に関するウイルスのWebコミックの両方を刺激しました。しかし、動物の目は爪と同じくらい面白いことがわかりました。

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研究者グループは、カマキリの複眼と偏光ビジョンをモデル化して、さまざまな形態の癌を検出できるカメラを作成する方法に取り組んでいます。彼らは現在、偏光イメージングの以前の試みよりも小さく、シンプルで、より正確な概念実証カメラセンサーを持っています。

オーストラリアのクイーンズランド大学の神経生物学者、セントルイスのワシントン大学のコンピューターエンジニア、およびボルチモア郡メリーランド大学のほか、イギリスのブリストル大学のその他の学際的なグループは、最近、 IEEEの議事録 （電気電子技術者協会）。

いくつかの昆虫、イカ、その他の頭足類のようなカマキリのエビは、偏光の違い、つまり、異なる方向の面で放射する光の違いを見ることができます。これは、黒の壁と白のコントラストを見るのと同じです。表。動物はこの能力を使用して、獲物を検出し、仲間を見つけ、食べられないようにします。

しかし、偏光は、がん細胞など、人間の目ではできないものを見るためにも使用できます。チームの研究は、そのセンサーが、細胞が目に見える腫瘍として現れるほど多数になる前に、癌性病変を検出する能力があることを示しています。

スマートフォンですでに使用されているタイプのイメージングセンサーと同様の偏光イメージングセンサーは、人体内のがんの画像を撮影するのに十分なほど小さいものです。（ティモシーヨーク、ヴィクトルグルーエフ）

ワシントン大学のコンピューターサイエンスおよびエンジニアリングの准教授であるヴィクトルグルーエフは、その研究室がセンサーの構築に取り組んでおり、癌細胞は、組織化された侵襲的な構造が通常の体細胞とは異なる方法で光を散乱するため、偏光下で見やすいと言います。

研究者は過去に偏光イメージングデバイスを作成しましたが、適切に動作するために光学、工学、物理学の専門家を必要とするため、複数のセンサーを使用して大きく、複雑になる傾向があります。それはもちろん、楽器が非常に高価であることも意味します。

しかし、ナノテクノロジーの進歩、スマートフォンで一般的な小さなCMOS（相補型金属酸化物半導体）センサー、カマキリの視覚システムの動作の基礎を組み合わせることで、チームははるかにシンプルなイメージングセンサーを作成することができました。センサーは1セントよりも小さく、感度が非常に高く、静止画像とビデオの両方を使用して、偏光イメージングの以前の試みよりも早く癌細胞を検出できます。 Gruevは、彼の大学院生であるTimothy Yorkがこの論文の筆頭著者であり、カメラとその潜在的な医療用途で多くの作業を行ったと言います。

このマウス結腸の内視鏡画像では、センサーは腫瘍組織を青色で表示しますが、健康な組織は黄色で表示されます。（IEEE）（IEEE）

たとえば、結腸がんの場合、医師は通常、内視鏡を使用してがんのように見える組織を探し、その後生検を行います。しかし、癌は人間の目には異なって見える前に、特定の発達段階にある必要があります。偏光イメージングは癌細胞をはるかに早く発見することができますが、以前のイメージングデバイスは大きすぎてこの方法で使用することができませんでした。

「複数のカメラからシングルチップソリューションに移行しました」とGruev氏は言います。「内視鏡に複数のカメラを置いて写真を撮るのは難しい。私たちのデバイスでは、すべてのフィルターがカメラに搭載されており、光学ベンチにあるものから内視鏡の端にあるものに進みます。」

このカメラは、生検の必要性を大幅に減らすことができますが、技術が洗練されるまで、それがどの程度行われるかは不明です。

クイーンズランド大学の神経生物学者で論文の著者の1人であるジャスティンマーシャルは、カマキリエビに関する専門知識をプロジェクトにもたらしました。彼は25年以上にわたってエビのビジョンを調査してきました。彼とGruevは、次の課題の1つは、従来の色覚もセンサーに組み込む方法を見つけることであることに同意します。現状では、センサーは偏光の違いを見ることができますが、私たちが見る色は違います。これは、デリケートな処置中に視覚的な手がかりを使用してガイドするので、いつかこのタイプのセンサーを使用する医師にとっては問題です。しかし、エビはその面でもいくつかの助けを提供できます。

「[カマキリエビ]は、色と偏光の両方の点で、情報を収集する方法に非常に細心の注意を払っているようです」とマーシャルは言います。「彼らはセンサーを世界中にプッシュするために目を振り回します。これは衛星スキャンのようなものです。そこから借りることができるいくつかのトリックがあるかもしれません。」

Marshallは、センサーが大腸がんの患者を最初にスクリーニングするために使用される可能性があると考えています。これは、彼のチームが取り組んでいる特定の領域であり、過去に他の偏光イメージングカメラのサイズと複雑さが問題であった領域だからです。オーストラリアでは皮膚がんの検査に、より単純な偏光スコープがすでに使用されています。オーストラリアでは、3人に2人が70歳以前に病気と診断されています。手術中に切断を開始および停止します。

エビにヒントを得たチップは非常にコンパクトで使いやすいため、この技術は携帯機器やスマートフォンにまで発展する可能性があります。もしそうなら、人々はいつかがんを自己監視し、過負荷の医療システムの負担を軽減できるとマーシャルは言う。

偏光イメージングテクノロジーには多くの可能性がありますが、Gruev氏は、カラーセンシングの組み込みと、偏光検出の感度を改善して解像度を高め、深刻な検出をさらに向上させるために、まだやるべきことがたくさんあると言います。病気が早い。

「私たちは、生物学をどのように見て、がんや他の病気の診断に役立つイメージングシステムを構築することができるか、その表面をかき集めているだけです」と彼は言います。