Los investigadores financiados por NIBIB en el Hospital General de Massachusetts han desarrollado un dispositivo basado en un teléfono inteligente que puede realizar diagnósticos moleculares de manera confiable en menos de una hora por aproximadamente dos dólares por paciente. El dispositivo podría permitir el diagnóstico de cáncer en puntos de atención ena áreas de ingresos medios o remotas, que a menudo tienen altas tasas de mortalidad por cáncer debido a las oportunidades perdidas de tratamiento.
"En estas áreas, las muestras de pacientes a menudo tienen que enviarse a instalaciones que son capaces de llevar a cabo servicios de patología convencionales", dice Richard Conroy, Ph.D., director del programa de Imágenes Moleculares en NIBIB. "Como resultado,puede llevar varios días antes de que se le devuelva un diagnóstico al paciente. En muchos casos, los pacientes no pueden regresar para recibir atención de seguimiento, ya sea porque tienen que viajar largas distancias para llegar a una clínica o no pueden darse el lujo de tomar varios díasfuera del trabajo. Una tecnología de bajo costo que puede diagnosticar el cáncer en el punto de atención permitiría a los pacientes comenzar el tratamiento el mismo día de la prueba, lo que aumentaría en gran medida el número de pacientes que reciben tratamiento ".
El desarrollo del nuevo dispositivo fue dirigido por Hakho Lee, Ph.D., profesor asociado de Radiología en la Facultad de Medicina de Harvard / Hospital General de Massachusetts, y Ralph Weissleder, MD, Ph.D., director del Centro de SistemasBiología en el Hospital General de Massachusetts. Describen su dispositivo en la edición del 5 de mayo de 2015 de la revista PNAS .
Según Lee, el diagnóstico molecular ha sido difícil de realizar en el punto de atención debido a la falta de infraestructura y personal capacitado.
"Para llevar a cabo el diagnóstico molecular actualmente, necesita un buen microscopio, necesita anticuerpos o ligandos que puedan reconocer un objetivo molecular, y necesita una persona especializada que pueda interpretar los datos. En este momento, esas tres cosas son difíciles de obteneren el punto de atención ", dice Lee.
El nuevo dispositivo, llamado D3 sistema de diagnóstico de difracción digital, está compuesto por un teléfono inteligente y un módulo de imágenes que se engancha en él, que consta de una luz LED alimentada por batería y una lente. Después de recolectar una muestrade un paciente sangre, aspirado u otro fluido biológico, se mezcla con microperlas que tienen anticuerpos específicos unidos, los anticuerpos se unen a las moléculas expresadas en la superficie de las células cancerosas y se usan diferentes anticuerpos según el tipo de cáncereso se está analizando. La mezcla se coloca luego en un portaobjetos de microscopio y se inserta en el módulo de imagen, lo que permite a los investigadores tomar imágenes de la mezcla de microesferas.
Con su amplio campo de visión, el sistema es capaz de capturar más de 100,000 células por imagen. Esto es 100 veces más células de lo que generalmente se captura con un microscopio tradicional, que tiene un campo de visión más estrecho. Inicialmente, los investigadores creyeron queSería capaz de distinguir las células cancerosas de las células no cancerosas simplemente mirando si tenían perlas unidas a ellas. Sin embargo, las perlas y las células difractaban la luz, haciendo que las imágenes se distorsionaran enormemente. Esto llevó a los investigadores a crear unAlgoritmo que podría reconstruir las imágenes de las células unidas a los granos a partir de los patrones de difracción que captura la cámara.
Debido a que su proceso de reconstrucción requiere cálculos pesados, los investigadores se dieron cuenta al principio de que estarían limitados por las capacidades de procesamiento del teléfono inteligente. Para evitar esto, crearon una aplicación para el teléfono inteligente que carga automáticamente las imágenes de difracción tan pronto comohan sido encajados en una nube segura, después de lo cual se transmiten a un servidor en el Hospital General de Massachusetts. Ese servidor es capaz de realizar muchos cálculos en paralelo y puede reconstruir las imágenes en menos de una décima de segundo.Usando estas imágenes reconstruidas, el servidor cuenta el número total de celdas con cuentas unidas a ellas, así como el número total de cuentas unidas a una celda determinada.De acuerdo con estos números, la muestra se clasifica como de alto riesgo y bajo riesgo.o benigno
Los investigadores probaron recientemente su dispositivo utilizando muestras cervicales de veinticinco pacientes con resultados anormales de Papanicolaou previamente anormales. Las muestras celulares se mezclaron con perlas etiquetadas contra tres marcadores celulares conocidos de cáncer cervical. Los investigadores informaron que había una correlación positiva entreel número de cuentas por célula y el riesgo de cáncer confirmado por análisis convencional por un patólogo y pudieron clasificar con éxito a los pacientes como de alto riesgo o bajo riesgo / benignos con 100% de sensibilidad y 92% de especificidad.
Los investigadores también realizaron un estudio piloto para determinar si podían detectar células de linfoma en aspirados de ganglios linfáticos con aguja fina. En ese estudio de ocho personas, el dispositivo pudo diferenciar con precisión a cuatro pacientes con diagnóstico de linfoma, de cuatro pacientes con enfermedad benignaagrandamiento de los ganglios linfáticos. Los hallazgos fueron confirmados por patología convencional.
"La velocidad a la que esta tecnología puede diagnosticar enfermedades es extremadamente impresionante", dijo Conroy. "Los investigadores han tomado un proceso que a veces lleva varios días usando métodos de patología convencionales y lo han condensado a menos de una hora. Además, al tomarGracias a la tecnología de computación en la nube y de teléfonos inteligentes, están poniendo la tecnología a disposición de quienes más la necesitan y a un costo muy bajo ".
Además de la detección de proteínas de la superficie celular para identificar células cancerosas, el sistema también se puede adaptar para detectar ADN. Los investigadores informaron en su artículo que podían detectar con precisión el ADN del virus del papiloma humano en muestras de cáncer cervical. Esta capacidad para detectar ADN se abreLa puerta para el diagnóstico rápido de enfermedades infecciosas además del cáncer.
En el futuro, Lee planea aumentar la resolución espacial de las imágenes de 2,2 micras a 1,2 micras mediante el uso de métodos informáticos adicionales. Al hacerlo, Lee dice que el sistema podrá analizar múltiples marcadores a la vez:llamado multiplexación: uniendo diferentes anticuerpos a cuentas de diferentes tamaños y mezclándolos todos juntos en una muestra.
Lee y su equipo esperan llevar el sistema a Botswana en un futuro próximo para probar si los trabajadores de salud locales pueden adoptarlo fácilmente para detectar el linfoma.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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