Muchos tipos de cáncer podrían tratarse más fácilmente si se detectaran en una etapa anterior. Los investigadores del MIT ahora han desarrollado un sistema de imágenes, llamado "DOLPHIN", que podría permitirles encontrar tumores pequeños, tan pequeños como un par de cientoscélulas, profundas dentro del cuerpo.
En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron su sistema de imágenes, que se basa en la luz infrarroja cercana, para rastrear una sonda fluorescente de 0.1 milímetros a través del tracto digestivo de un ratón vivo. También mostraron que pueden detectar una señal a unprofundidad del tejido de 8 centímetros, mucho más profunda que cualquier técnica de imagen óptica biomédica existente.
Los investigadores esperan adaptar su tecnología de imágenes para el diagnóstico temprano de los cánceres de ovario y otros tipos de cáncer que actualmente son difíciles de detectar hasta las últimas etapas.
"Queremos poder encontrar el cáncer mucho antes", dice Angela Belcher, la profesora James Mason Crafts de Ingeniería Biológica y Ciencia de los Materiales en el MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer, y la recién nombrada directoradel Departamento de Ingeniería Biológica del MIT: "Nuestro objetivo es encontrar tumores pequeños y hacerlo de forma no invasiva".
Belcher es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 7 de marzo de Informes científicos . Xiangnan Dang, un ex postdoc MIT, y Neelkanth Bardhan, un becario internacional de oncología de Mazumdar-Shaw, son los autores principales del estudio. Otros autores incluyen los científicos de investigación Jifa Qi y Ngozi Eze, ex postdoc Li Gu, postdoc Ching-Wei Lin, estudiante graduada Swati Kataria, y Paula Hammond, la profesora de ingeniería David H. Koch, jefe del Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch.
Imágenes más profundas
Los métodos existentes para obtener imágenes de tumores tienen limitaciones que les impiden ser útiles para el diagnóstico precoz del cáncer. La mayoría tiene un compromiso entre la resolución y la profundidad de las imágenes, y ninguna de las técnicas de imágenes ópticas puede obtener imágenes de más de 3 centímetros de profundidad en el tejido.Las exploraciones utilizadas, como la tomografía computarizada de rayos X CT y la resonancia magnética MRI pueden obtener imágenes de todo el cuerpo; sin embargo, no pueden identificar tumores de manera confiable hasta que alcanzan aproximadamente 1 centímetro de tamaño.
El laboratorio de Belcher se propuso desarrollar nuevos métodos ópticos para la obtención de imágenes del cáncer hace varios años, cuando se unieron al Instituto Koch. Querían desarrollar tecnología que pudiera generar imágenes de grupos muy pequeños de células en el interior del tejido y hacerlo sin ningún tipo de etiquetado radiactivo.
La luz infrarroja cercana, que tiene longitudes de onda de 900 a 1700 nanómetros, se adapta bien a la formación de imágenes de tejidos porque la luz con longitudes de onda más largas no se dispersa tanto como cuando golpea objetos, lo que permite que la luz penetre más profundamente en el tejidoPara aprovechar esto, los investigadores utilizaron un enfoque conocido como imágenes hiperespectrales, que permite imágenes simultáneas en múltiples longitudes de onda de luz.
Los investigadores probaron su sistema con una variedad de sondas fluorescentes de infrarrojo cercano, principalmente nanopartículas de fluoruro de itrio y sodio que tienen elementos de tierras raras como erbio, holmio o praseodimio añadidos a través de un proceso llamado dopaje. Dependiendo de la elección deel elemento de dopaje, cada una de estas partículas emite luz fluorescente de infrarrojo cercano de diferentes longitudes de onda.
Usando algoritmos que desarrollaron, los investigadores pueden analizar los datos del escaneo hiperespectral para identificar las fuentes de luz fluorescente de diferentes longitudes de onda, lo que les permite determinar la ubicación de una sonda en particular. Al analizar aún más la luz de bandas de longitud de onda más estrechas dentroEn todo el espectro cercano al IR, los investigadores también pueden determinar la profundidad a la que se encuentra una sonda. Los investigadores llaman a su sistema "DOLPHIN", que significa "Detección de sondas ópticamente luminiscentes utilizando imágenes hiperespectrales y difusas en infrarrojo cercano".
Para demostrar la utilidad potencial de este sistema, los investigadores rastrearon un grupo de nanopartículas fluorescentes de un tamaño de 0.1 mm que se tragó y luego viajó a través del tracto digestivo de un ratón vivo. Estas sondas podrían modificarse para que apunten y fluorescentesetiquetar células cancerosas específicas.
"En términos de aplicaciones prácticas, esta técnica nos permitiría rastrear de forma no invasiva un tumor marcado con fluorescencia de 0.1 mm de tamaño, que es un grupo de unos cientos de células. Hasta donde sabemos, nadie ha podidopara hacer esto previamente usando técnicas de imagen óptica ", dice Bardhan.
detección anterior
Los investigadores también demostraron que podían inyectar partículas fluorescentes en el cuerpo de un ratón o una rata y luego tomar imágenes de todo el animal, lo que requiere imágenes a una profundidad de aproximadamente 4 centímetros, para determinar dónde terminaron las partículas.Al realizar pruebas con imitadores de tejidos humanos y tejidos de animales, pudieron ubicar las sondas a una profundidad de hasta 8 centímetros, dependiendo del tipo de tejido.
Este tipo de sistema podría usarse con cualquier sonda fluorescente que emita luz en el espectro infrarrojo cercano, incluidas algunas que ya están aprobadas por la FDA, dicen los investigadores. Los investigadores también están trabajando en adaptar el sistema de imágenes para que puedarevelan diferencias intrínsecas en el contraste de tejidos, incluidas las firmas de células tumorales, sin ningún tipo de etiqueta fluorescente.
En el trabajo en curso, están utilizando una versión relacionada de este sistema de imágenes para tratar de detectar tumores de ovario en una etapa temprana. El cáncer de ovario generalmente se diagnostica muy tarde porque no hay una manera fácil de detectarlo cuando los tumores aún son pequeños.
"El cáncer de ovario es una enfermedad terrible, y se diagnostica tan tarde porque los síntomas son muy indescriptibles", dice Belcher. "Queremos una forma de seguir la recurrencia de los tumores y, finalmente, una forma de encontrar y seguir tumores tempranos cuandoprimero van por el camino del cáncer o la metástasis. Este es uno de los primeros pasos en el camino en términos de desarrollo de esta tecnología ".
Los investigadores también han comenzado a trabajar en la adaptación de este tipo de imágenes para detectar otros tipos de cáncer, como el cáncer de páncreas, el cáncer cerebral y el melanoma.
La investigación fue financiada por el Programa de Investigación Fronteriza del Instituto Koch, el Centro de Mármol para la Nanomedicina del Cáncer, la Subvención de Apoyo núcleo del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer, el Centro del NCI para el Centro de Excelencia en Nanotecnología del Cáncer y el Proyecto Puente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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