El análisis quirúrgico del margen (AME), que requiere un examen de muestras de tejido bajo un microscopio, es un procedimiento esencial para determinar si todas las células cancerosas se extraen del cuerpo de un paciente en una cirugía de resección1. Por lo tanto, un microscopio que pueda proporcionar rápidamente imágenes histológicas es de vital importancia para que la AME evite cirugías repetidas causadas por la extirpación incompleta de las células cancerosas. Sin embargo, de acuerdo con el método estándar de oro actual basado en microscopía óptica de campo brillante, se requiere que el tejido extirpado se fije en formalina, se incruste en parafina, se seccione en rodajas delgadas (4-7 μm) y luego se tiñe con hematoxilina y eosina (H & E) antes de la obtención de imágenes, lo que lleva mucho tiempo (3-7 días) y es laborioso 2,3 . Una sección congelada es una alternativa rápida para la AME al congelar, cortar y teñir rápidamente el tejido, lo que puede proporcionar imágenes histológicas en 20-30 min4. Sin embargo, las características histológicas a menudo están distorsionadas y requieren un entrenamiento hábil, lo que dificulta la aplicabilidad de la técnica a múltiples tipos de órganos5.
Se han desarrollado técnicas de microscopía óptica que pueden proporcionar imágenes celulares sin o con unos pocos pasos de procesamiento de tejidos para la AME. Sin embargo, cada uno de ellos sufre de diferentes problemas. Por ejemplo, la tomografía de coherencia óptica6 y la microscopía de reflectancia confocal7 sufren de baja especificidad debido a su bajo contraste de dispersión intrínseca. Aunque la microscopía con excitación de superficie ultravioleta8 y microscopíade lámina de luz 9 pueden proporcionar imágenes de alta resolución y alto contraste para la AME, el procedimiento de tinción tóxica y volátil generalmente no se puede realizar en una sala de operaciones, lo que prolonga el tiempo de respuesta. La microscopía multifotónica10 y la microscopía Raman estimulada11 pueden proporcionar información rica para la AME. Sin embargo, el alto costo de los láseres ultrarrápidos requeridos que se utilizan para generar efectos no lineales impide su amplia aplicabilidad.
Recientemente, aprovechando la absorción óptica intrínseca, se ha desarrollado la microscopía fotoacústica ultravioleta sin etiquetas (UV-PAM) para proporcionar imágenes histológicas de alta resolución12. En UV-PAM, la energía de los fotones de la luz UV de excitación (por ejemplo, 266 nm) es absorbida primero por el ADN/ARN en los núcleos celulares13 y luego convertida en calor, induciendo la emisión de ondas acústicas a través de la expansión termoelástica14. Al detectar las ondas acústicas generadas, se pueden obtener imágenes BIDIMENSIONALES (2D) UV-PAM de los núcleos celulares a través de la proyección de máxima amplitud de las señales acústicas, proporcionando información histológica para SMA. Para permitir las aplicaciones clínicas de UV-PAM, se ha desarrollado un UV-PAM de alta velocidad basado en el escaneo de espejos galvanómetros para proporcionar imágenes histológicas para una muestra de biopsia cerebral (5 mm x 5 mm) en 18 min, mostrando un gran potencial en aplicaciones sensibles al tiempo15. Para validar aún más la posibilidad de UV-PAM para imágenes de tejidos gruesos, se propuso un sistema UV-PAM en modo de reflexión con un escáner de sistemas microelectromecánicos impermeable de un eje, demostrando con éxito el examen histopatológico intraoperatorio de tejidos humanos de colon y hígado16. Dado que la imagen UV-PAM original está en escala de grises, mientras que la imagen teñida de H&E estándar de oro está en colores rosa y púrpura, es difícil para los patólogos interpretar las imágenes UV-PAM directamente. Para abordar este problema, se propuso un algoritmo de aprendizaje profundo para transferir imágenes UV-PAM en escala de grises a imágenes virtuales teñidas de H&E casi en tiempo real para que los patólogos puedan comprender las imágenes sin ningún entrenamiento adicional17.
Este trabajo informa de un sistema UV-PAM abierto y de alta velocidad que se puede operar de manera similar a las microscopías ópticas convencionales, proporcionando imágenes histológicas originales en escala de grises e imágenes virtualmente teñidas asistidas por un algoritmo de aprendizaje profundo. El sistema UV-PAM toma imágenes de una rebanada de cerebro de ratón fijada en formalina e incrustada en parafina (FFPE) para demostrar la similitud entre nuestras imágenes UV-PAM prácticamente teñidas y las imágenes estándar teñidas de H&E, mostrando su potencial para aplicaciones de AME.