Un sistema de imágenes de bajo costo utiliza moléculas fluorescentes para determinar la profundidad de las células tumorales

Un sistema de imágenes de bajo costo utiliza moléculas fluorescentes para determinar la profundidad de las células tumorales

Los investigadores han desarrollado un sistema de imágenes simple y de bajo costo que utiliza moléculas fluorescentes dirigidas a tumores para determinar la profundidad de las células tumorales en el cuerpo. El sistema portátil podría eventualmente ayudar a los cirujanos a distinguir con mayor precisión entre tejido sano y canceroso al extirpar un tumor.

Los médicos pueden utilizar moléculas fluorescentes durante la resección del tumor para hacer que las células cancerosas brillen, lo que permite al cirujano ver si todavía hay tejido canceroso. Sin embargo, el equipo necesario para esta técnica no está ampliamente disponible y normalmente no proporciona información cuantitativa sobre la profundidad de las células cancerosas en el tejido. El acceso a información profunda ayudaría a los cirujanos a eliminar una capa completa de tejido sano alrededor del tumor, lo que se ha demostrado que proporciona los mejores resultados posibles para los pacientes.

Los pocos sistemas comerciales que proporcionan información cuantitativa y profunda son grandes y costosos, lo que limita su uso fuera de los grandes centros médicos. Nuestro grupo se basó en trabajos anteriores en esta área para desarrollar un sistema simple y de bajo costo que puede determinar rápidamente la profundidad de las células tumorales utilizando sondas fluorescentes de infrarrojo cercano (NIR).

Christine M. O'Brien del Laboratorio Samuel Achilefu de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, líder del equipo de investigación

Los investigadores describen su nuevo sistema en la revista Biomedical Optics Express del Optica Publishing Group. El sistema portátil y fácil de usar podría usarse en centros clínicos de bajos recursos, lo que podría ayudar a minimizar las disparidades en salud.

"Sistemas como este podrían usarse en el futuro para mejorar los resultados quirúrgicos de los pacientes sometidos a extirpación de tumores", dijo O'Brien. "También eliminaría la necesidad de esperar los resultados de patología antes de confirmar si las células cancerosas todavía están presentes después de la extirpación del tumor".

Hacer brillar al cáncer

Las investigaciones han demostrado que los tratamientos quirúrgicos para el cáncer suelen tener más éxito cuando los cirujanos extirpan no sólo el tumor sino también una capa sana de tejido que lo rodea por completo. Sin embargo, esto puede resultar complicado porque es difícil determinar los límites entre el final del tumor y el comienzo del tejido sano. Además, el grosor óptimo de la capa sana depende del tipo y ubicación del tumor.

Para respaldar esta tarea, el equipo de investigación del Laboratorio Achilefu dirigido por O'Brien desarrolló una nueva herramienta basada en la aplicación de un único tinte fluorescente durante la resección del tumor, que luego puede ser excitado por dos longitudes de onda NIR diferentes que penetran a diferentes profundidades en el tejido. La fluorescencia NIR emitida se puede obtener imágenes a través del tejido, lo que permite la detección de células cancerosas de 1 a 2 centímetros por debajo de la superficie.

La fluorescencia de excitación de longitud de onda dual aprovecha el hecho de que diferentes colores o longitudes de onda de luz viajan diferentes distancias dentro del tejido. Al iluminar moléculas fluorescentes dirigidas a tumores con diferentes longitudes de onda de luz y comparar sus reacciones, es posible predecir a qué profundidad se encuentran los agentes dirigidos a tumores en el tejido.

"Varios grupos de investigación han contribuido al desarrollo de relaciones matemáticas que vinculan la profundidad del fluoróforo con las mediciones ratiométricas de fluorescencia", dijo O'Brien. "El creciente desarrollo de agentes de contraste del infrarrojo cercano para su uso en medicina nos animó a aprovechar el trabajo anterior y desarrollar un sistema que funcione en el rango del infrarrojo cercano y que también sea económico y fácil de usar".

Construyendo un sistema con dos longitudes de onda.

El nuevo sistema de imágenes de fluorescencia utiliza LED de 730 nm y 780 nm para proporcionar dos longitudes de onda de luz de excitación y una cámara CMOS monocromática para capturar la fluorescencia resultante. También se incorporó un LED de 850 nm para generar una imagen de campo brillante, permitiendo la correlación de las imágenes de fluorescencia con la vista real del tejido. Los investigadores optaron por utilizar un agente experimental desarrollado en el laboratorio de Achilefu llamado LS301, que puede administrarse durante la resección del tumor, como sonda infrarroja dirigida al cáncer porque su amplio espectro de excitación elimina la necesidad de utilizar más de un fluoróforo, lo que de otro modo habría complejizado la aplicación clínica. Actualmente, LS301 se está probando en ensayos clínicos en pacientes con cáncer de mama.

Después de probar el sistema en materiales sintéticos en capas y rodajas de pollo, los investigadores evaluaron su capacidad para predecir la profundidad de un tumor utilizando tumores mamarios cultivados en ratones. Esto se hizo inyectando a los ratones LS301 y luego obteniendo imágenes del sistema. Capturar las imágenes necesarias tomó 5 minutos. Los cálculos basados ​​en estas imágenes se correlacionaron bien con la profundidad real del tumor y mostraron un error promedio de sólo 0,34 mm, lo que probablemente sea aceptable para uso clínico.

Los investigadores ahora están trabajando para hacer que el sistema sea aún más útil para la guía quirúrgica acelerando el procesamiento de datos y agregando automatización adicional al sistema para que pueda escanear toda la superficie del tejido.

Fuente:

óptica

Referencia:

O'Brien, CM, et al. (2022) Determinación cuantitativa de la profundidad del tumor mediante fluorescencia de excitación de longitud de onda dual. Óptica Biomédica Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

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