Группа исследователей из Университета Ка’Фоскари в Венеции и Автономного университета Мадрида разработала инновационную методику, позволяющую создавать трёхмерные карты температуры внутри биологических тканей. Для этого используются невидимый свет и искусственный интеллект.
Подход, опубликованный в Nature Communications
Этот подход, [опубликованный в Nature Communications](https://www.nature.com/articles/s41467-025-59681-7), может изменить методы мониторинга температуры внутри человеческого тела. Это потенциально улучшит раннее обнаружение заболеваний и мониторинг лечения без необходимости использования дорогостоящих или инвазивных технологий визуализации.
«Мы превращаем оптические искажения, которые обычно считаются проблемой, в источник информации», — говорит Риккардо Марин, доцент Университета Ка’Фоскари и один из ведущих авторов исследования. «С помощью этого метода мы можем определить, насколько горячей является ткань и как глубоко она лежит под поверхностью».
Метод основан на люминесцентных нанотермометрах
Метод основан на использовании люминесцентных нанотермометров — сверхмалых частиц из сульфида серебра (Ag₂S), которые светятся в ближнем инфракрасном диапазоне при стимуляции светом. Цвет и интенсивность свечения зависят от температуры частицы и количества биологической ткани, через которую проходит свет.
Чтобы расшифровать эти тонкие спектральные сдвиги, команда обучила двухслойную нейронную сеть на сотнях гиперспектральных изображений, собранных в разных условиях. В результате была создана модель, которая может реконструировать точные трёхмерные тепловые карты тканей даже в биологически сложных сценариях.
Эксперименты по проверке концепции продемонстрировали способность системы обнаруживать температурные градиенты как в искусственных фантомах тканей, так и в реальных биологических образцах. Исследователям также удалось составить карту кровеносных сосудов у [живого животного](https://phys.org/tags/living+animal/), впервые достигнув удалённого трёхмерного теплового изображения высокого разрешения с помощью одного только света.
Преимущества нового оптического метода
В отличие от традиционных методов, таких как фМРТ или ПЭТ-сканирование, требующих дорогостоящего оборудования и специальной подготовки, этот новый оптический метод портативен, безопасен и значительно дешевле. Это может сделать диагностику возможной даже вне больничных условий.
Принципы, лежащие в основе измерения температуры, могут быть адаптированы для измерения других жизненно важных параметров, таких как [концентрация кислорода](https://phys.org/tags/oxygen+concentration/) и pH, путём настройки оптических свойств наночастиц.
«Мы считаем, что это только начало», — добавляет Эрвинг Ксимендес, доцент и научный сотрудник Рамона и Кахала в Автономном университете Мадрида. «Машинное обучение предлагает мощный инструмент для навигации по сложности реальных биологических систем — далеко за пределами возможностей традиционных моделей».
Исследование также подчёркивает ценность международного сотрудничества и циркуляции талантов. Проект был начат во время пребывания Марина в Автономном университете Мадрида и включал Анну Ромелли, студентку Университета Ка’Фоскари по программе Erasmus. Исследование совпадает с возвращением Марина в Ка’Фоскари, его альма-матер, в рамках более широких усилий университета по привлечению выдающихся исследователей и укреплению глобальных исследовательских сетей.
Новый пятилетний проект
Марин недавно получил грант в размере 1,5 миллиона евро для продвижения технологий люминесцентного нанозондирования. Его проект MAtCHLESS будет разрабатывать датчики и системы визуализации следующего поколения для мониторинга ключевых внутриклеточных параметров, таких как температура, pH и кислород, с беспрецедентной скоростью и разрешением.
Проект, осуществляемый в Ка’Фоскари в тесном сотрудничестве с коллегами из Мадрида, будет изучать функции клеток млекопитающих и экстремофильных микробов, микроорганизмов, которые могут выдерживать экстремальные условия. Он направлен на прорыв в медицинской диагностике, биотехнологии и даже астробиологии, углубляя наше понимание жизни в экстремальных условиях на Земле и, возможно, за её пределами.
Предоставлено [Университетом Ка’Фоскари в Венеции](https://phys.org/partners/ca–foscari-university-of-venice/)