Muchos tipos de cáncer podrían tratarse más fácilmente si se detectaran en una etapa más temprana. Los investigadores del MIT ahora han desarrollado un sistema de imágenes, llamado "DELFÍN, "que podría permitirles encontrar tumores diminutos, tan pequeño como un par de cientos de celdas, profundamente dentro del cuerpo.

En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron su sistema de imágenes, que depende de la luz del infrarrojo cercano, para rastrear una sonda fluorescente de 0,1 milímetros a través del tracto digestivo de un ratón vivo. También demostraron que pueden detectar una señal a una profundidad de tejido de 8 centímetros, mucho más profundo que cualquier técnica de imagen óptica biomédica existente.

Los investigadores esperan adaptar su tecnología de imágenes para el diagnóstico temprano de cánceres de ovario y otros que actualmente son difíciles de detectar hasta etapas tardías.

"Queremos poder encontrar el cáncer mucho antes, "dice Angela Belcher, el profesor James Mason Crafts de ingeniería biológica y ciencia de los materiales en el MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer, y el recién nombrado jefe del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. "Nuestro objetivo es encontrar tumores diminutos, 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 postdoctorado del MIT, y Neelkanth Bardhan, becario de oncología internacional Mazumdar-Shaw, son los autores principales del estudio. Otros autores incluyen a los científicos de investigación Jifa Qi y Ngozi Eze, ex postdoctorado Li Gu, postdoctorado Ching-Wei Lin, estudiante de posgrado Swati Kataria, y Paula Hammond, el profesor de ingeniería David H. Koch, jefe del Departamento de Ingeniería Química del MIT, y miembro del Instituto Koch.

Imágenes más profundas

Todos los métodos existentes para la obtención de imágenes de tumores tienen limitaciones que les impiden ser útiles para el diagnóstico temprano del cáncer. La mayoría tiene una compensación entre la resolución y la profundidad de la imagen, y ninguna de las técnicas de formación de imágenes ópticas puede obtener imágenes a una profundidad de aproximadamente 3 centímetros en el tejido. Las exploraciones de uso común, como la tomografía computarizada de rayos X (TC) 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 obtener imágenes de grupos muy pequeños de células en las profundidades del tejido y hacerlo sin ningún tipo de etiquetado radiactivo.

Luz infrarroja cercana, que tiene longitudes de onda de 900 a 1700 nanómetros, se adapta bien a la obtención 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 tejido. Para aprovechar esto, los investigadores utilizaron un enfoque conocido como imágenes hiperespectrales, que permite obtener imágenes simultáneas en múltiples longitudes de onda de luz.

Los investigadores probaron su sistema con una variedad de sondas emisoras de luz fluorescente en el infrarrojo cercano, principalmente nanopartículas de fluoruro de itrio de sodio que tienen elementos de tierras raras como el erbio, holmio o praseodimio añadido mediante un proceso llamado dopaje. Dependiendo de la elección del elemento de dopaje, cada una de estas partículas emite luz fluorescente en el 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 más la luz de bandas de longitud de onda más estrechas dentro de todo el espectro de infrarrojos cercanos, los investigadores también pueden determinar la profundidad a la que se encuentra una sonda. Los investigadores llaman a su sistema "DELFÍN", que significa "Detección de sondas ópticamente luminiscentes utilizando imágenes hiperespectrales y difusas en el infrarrojo cercano".

Para demostrar la utilidad potencial de este sistema, Los investigadores rastrearon un grupo de nanopartículas fluorescentes del tamaño de 0,1 milímetros que se tragaron y luego viajaron a través del tracto digestivo de un ratón vivo. Estas sondas podrían modificarse para que apunten y marquen de forma fluorescente células cancerosas específicas.

"En términos de aplicaciones prácticas, esta técnica nos permitiría rastrear de forma no invasiva un tumor marcado con fluorescencia de un tamaño de 0,1 milímetros, que es un grupo de unos pocos cientos de células. Hasta donde sabemos, nadie ha podido hacer esto anteriormente utilizando técnicas de imágenes ópticas, "Dice Bardhan.

Detección más temprana

Los investigadores también demostraron que podían inyectar partículas fluorescentes en el cuerpo de un ratón o una rata y luego obtener imágenes de todo el animal. que requiere imágenes a una profundidad de unos 4 centímetros, para determinar dónde terminaron las partículas. Y en pruebas con imitadores de tejidos humanos y tejidos 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 del infrarrojo cercano, incluidos algunos que ya están aprobados por la FDA, dicen los investigadores. Los investigadores también están trabajando para adaptar el sistema de imágenes para que pueda revelar diferencias intrínsecas en el contraste de los tejidos. incluyendo firmas de células tumorales, sin ningún tipo de etiqueta fluorescente.

En el trabajo en curso, están usando 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 tan anodinos, ", Dice Belcher." Queremos una forma de seguir la reaparición de los tumores, y, finalmente, una forma de encontrar y seguir los primeros tumores cuando se encaminan por primera vez hacia el 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, Cáncer de cerebro, y melanoma.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.