Los ingenieros biomédicos ahora pueden tener una visión viva y holística del funcionamiento interno de un animal pequeño con suficiente resolución para ver órganos activos, sangre que fluye, células de melanoma circulante y redes neuronales activadas.
La técnica denominada "tomografía computarizada fotoacústica de un solo impulso SIP-PACT" utiliza lo mejor de la luz y el ultrasonido para mirar dentro de los animales vivos. Investigadores de la Universidad de Duke y CalTech han demostrado que esta tecnología de imagen híbrida rompe la resolución y la velocidad de larga databarreras en imágenes de cuerpo entero de animales pequeños. Proporciona una vista transversal completa de las funciones internas de un animal pequeño en tiempo real.
Los resultados aparecen en línea el 10 de mayo de 2017, en Ingeniería biomédica de la naturaleza .
"Se esperaba que las imágenes fotoacústicas obtengan imágenes de todo el cuerpo en tiempo real de un animal pequeño con rica información funcional", dijo Junjie Yao, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke. "Con este avance, los investigadores pueden observar fácilmentea medida que las drogas se distribuyen a través de un animal y rastrean cómo responden los diferentes órganos "
Las imágenes fotoacústicas combinan una variedad de técnicas de imágenes en una sola plataforma.
La microscopía tradicional basada en la luz proporciona imágenes rápidas y de alta resolución que retienen información funcional importante basada en las longitudes de onda de la luz es decir, los colores que el tejido absorbe, refleja o emite. La cantidad significativa de luz que se dispersa a medida que viajasin embargo, el tejido limita la profundidad de la microscopía óptica a solo unos pocos milímetros.
Las ondas de ultrasonido viajan fácilmente a través del tejido, proporcionando una visión mucho más profunda, pero no tienen la capacidad de leer los componentes químicos del tejido y pierden mucha de la información importante que la luz lleva consigo. La resonancia magnética MRI también puedeve profundamente en el tejido, pero requiere un fuerte campo magnético y, a menudo, lleva de segundos a minutos formar una imagen. Los rayos X y la tomografía por emisión de positrones PET entregan demasiada radiación al sujeto para ser práctico durante largos períodos de tiempo.
Las imágenes fotoacústicas utilizan ráfagas láser potentes pero extremadamente cortas que hacen que las células emitan con seguridad ondas de ultrasonido, que luego viajan sin impedimentos a través del tejido.
"Básicamente está comprimiendo el valor de un segundo de la luz solar del mediodía de verano sobre el área de la uña de un dedo en un solo nanosegundo", dijo Yao, quien ha estado trabajando con la tecnología durante casi una década. "Cuando el láser golpea una célula, la energíahace que se caliente un poquito y se expanda instantáneamente, creando una onda ultrasónica. Es como la diferencia entre empujar algo para moverlo lentamente y golpearlo para causar una vibración ".
El resultado es una técnica de imagen que puede mirar hasta cinco centímetros en el tejido biológico típico con una resolución de nivel submilimétrico mientras retiene la información funcional proporcionada por la microscopía óptica tradicional. Por ejemplo, la melanina absorbe la luz infrarroja cercana, mientras que la sangreLa reacción a la luz varía según la cantidad de oxígeno que transporta.
En el nuevo documento, Yao y sus colegas dirigidos por el Dr. Lihong Wang del Instituto de Tecnología de California agregan la velocidad y las vistas panorámicas deseadas al repertorio de la tecnología de imágenes. Han construido un detector ultrasónico circular y un sistema rápido de adquisición de datosque puede triangular el origen de una onda ultrasónica desde cualquier lugar dentro del cuerpo de un animal pequeño. Y con la ayuda de un láser rápido que opera dentro del límite de seguridad, el dispositivo actualizado puede obtener imágenes de la sección transversal completa de una rata adulta 50 vecespor segundo, proporcionando películas detalladas de su funcionamiento interno con una resolución de 120 micrómetros.
"El efecto panorámico proporciona información desde todas las direcciones y todos los ángulos, por lo que no pierde ninguna información de cada disparo láser", dijo Yao. "Puede ver la dinámica del cuerpo en acción: el bombeo del corazón,la dilatación de las arterias, el funcionamiento de varios tejidos ".
En el documento, Yao y sus colegas describen cómo usan estas habilidades para rastrear las células cancerosas de melanoma que viajan a través de los vasos sanguíneos de un ratón. También demuestran la capacidad de ver cómo se disparan redes neuronales enteras en tiempo real.
"Este enfoque es especialmente poderoso porque no depende de la inyección de ningún tipo de agente de contraste", dijo Yao. "Puede estar seguro de que los cambios no son causados por variables extrañas. Creemos que esta tecnología tiene un gran potencial paratanto imagenología preclínica como traducción clínica "
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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