La mayoría de las enfermedades, desde el cáncer y la aterosclerosis hasta los trastornos neurodegenerativos y ortopédicos, se acompañan de cambios en la rigidez de los tejidos. La medicina clínica se ha basado durante mucho tiempo en la palpación manual de las regiones sospechosas para detectar la rigidez del tejido para el diagnóstico. Modalidades de imágenes como ultrasonido, La resonancia magnética y la OCT también pueden medir eficazmente la rigidez de los tejidos. La reología del moteado láser (LSR) ofrece un nuevo enfoque óptico sin contacto. LSR utiliza un láser económico similar a un puntero láser común para iluminar el tejido con luz láser, además de una cámara para captar imágenes de los patrones de motas reflejados por las partículas que dispersan la luz en la muestra.

Seemantini Nadkarni, profesora asociada de dermatología de la Escuela de Medicina de Harvard, cuyo laboratorio en el Wellman Center for Photomedicine desarrolló LSR, explica el papel de los patrones de moteado láser en la comunicación de la rigidez de los tejidos:"De una manera suave, espécimen conforme, las partículas que dispersan la luz se mueven rápidamente, provocando que el patrón de moteado fluctúe a un ritmo más rápido. A diferencia de, en una muestra rígida, una densa red de fibras restringe estos movimientos, dando lugar a un parpadeo lento de manchas ". Al medir la tasa de fluctuaciones de las manchas, LSR permite medir las complejas propiedades materiales de los tejidos.

Reología del moteado láser, un tutorial

Un tutorial publicado recientemente por Nadkarni y su colega Zeinab Hajjarian en acceso abierto, revisado por pares Revista de óptica biomédica (JBO), proporciona una revisión oportuna y visualmente rica de los métodos ópticos en mecánica de tejidos, con un enfoque específico en LSR. El tutorial analiza varias aplicaciones clínicas para traducir la plataforma LSR para aplicaciones en investigación básica y medicina clínica. Se basa en un ciclo de conferencias presentado por Nadkarni en el 9 ^th Escuela Internacional de Verano para Graduados, Biofotónica '19, en Hven, Suecia.

Brian Pogue, editor en jefe de JBO, Profesor MacLean de Ciencias de la Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Thayer de Dartmouth College, dice, "El tutorial combina los aspectos críticos de los métodos experimentales sobre cómo se diseñan y utilizan las mediciones de campo de moteado, con una apreciación de las necesidades en la celda, matriz, y caracterización biológica de tejidos ". Los autores revisan tanto las aplicaciones in vitro como las imágenes de tejidos in vivo antes de resumir la historia del campo y hacia dónde parece dirigirse.

Con el objetivo de extender el alcance de la plataforma LSR a la investigación y diagnóstico de enfermedades humanas desde una perspectiva biomecánica, el equipo de investigación ha desarrollado varios dispositivos que aprovechan la plataforma LSR para aplicaciones en hematología, cardiología intervencionista, e investigación del cáncer.

Sensor de coagulación sanguínea del tamaño de la palma de la mano

Un tema importante de investigación involucra el uso de LSR para detectar trastornos hemorrágicos y trombóticos en pacientes en el punto de atención. El equipo ha desarrollado un sensor de coagulación sanguínea del tamaño de la palma de la mano, denominado iCoagLab, que utiliza unas gotas de sangre para medir varios parámetros y evaluar el estado de coagulación de un paciente en minutos.

"Las alteraciones de la coagulación ocurren cuando la sangre se coagula demasiado lento o demasiado rápido, y el coágulo resultante está muy suelto o muy firme y causa hemorragias o episodios trombóticos. ", dijo Nadkarni." Al medir y monitorear la rigidez de la sangre coagulada usando LSR, podemos identificar defectos de coagulación potencialmente mortales y probablemente guiar las estrategias de transfusión de sangre en pacientes con hemorragia o informar la dosificación de anticoagulantes en pacientes con afecciones trombóticas ".

Mapeo de la rigidez del tejido dentro de los vasos sanguíneos

El LSR también se puede realizar a través de haces de fibra óptica de pequeño diámetro incorporados dentro de los endoscopios, catéteres o agujas para evaluar los tejidos internos dentro del cuerpo que de otro modo serían inaccesibles para las pruebas mecánicas tradicionales. Por ejemplo, infarto de miocardio, la principal causa de muerte en todo el mundo, ocurre debido a la ruptura de placas mecánicamente débiles dentro de la pared del vaso.

"Nuestro equipo de investigación ha desarrollado tecnología de catéter LSR intravascular para generar el mapa de rigidez de las paredes de vasos completos y detectar placas de grasa mecánicamente inestables implicadas en ataques cardíacos. Hemos probado la tecnología de catéter LSR en arterias coronarias de cadáveres humanos y en modelos de animales vivos. y están avanzando la tecnología hacia entornos preclínicos y clínicos, "dijo Nadkarni.

Nuevo microscopio LSR para ayudar en la investigación del cáncer

Varios estudios fundamentales de mecanobiología a lo largo de los años han enfatizado la importancia de los aspectos micromecánicos de los tejidos y las enfermedades y han pedido nuevas herramientas para medir estas propiedades. Los autores de este tutorial también han desarrollado un nuevo microscopio LSR que permite mapear la rigidez de tejidos y materiales a escalas de longitud de unas pocas decenas de micrones.

"El nuevo esquema de microscopio LSR captura el mapa de distribución de rigidez en varios centímetros de una muestra de tejido en solo unos segundos. En comparación, mediciones similares obtenidas con técnicas tradicionales de microindentación pueden llevar varias horas, "dijo el coautor Hajjarian, asistente en ingeniería eléctrica en el Wellman Center for Photomedicine, e instructor en dermatología en la Escuela de Medicina de Harvard. "Hemos demostrado las fortalezas únicas de esta tecnología en fantasmas microfabricados, modelos in vitro de neoplasias cancerosas, y muestras de tumores recogidas de pacientes ".

Los autores abordan los aspectos técnicos de cómo estos principios físicos impulsan los diferentes aspectos de procesamiento de la serie de marcos moteados para cuantificar los parámetros mecánicos importantes para la naturaleza o función del tejido. A Pogue le parece notable este esquema:"En particular, El enfoque de los autores para desarrollar un diagrama de flujo de los algoritmos de procesamiento y los fundamentos teóricos proporciona los conceptos básicos necesarios para comprender lo que se mide ".

Al presentar LSR en el contexto más amplio de las técnicas ópticas en competencia y proporcionar una discusión comparativa de los atributos específicos de cada tecnología, los autores han servido a los intereses de la comunidad de ingeniería óptica biomédica. Según Pogue, "Su disección de los métodos ópticos competidores utilizados, como la elastografía de coherencia óptica, microscopía de fuerza de tracción, La espectroscopia dinámica de dispersión de luz y onda de difusión ayuda a poner los métodos de reología del moteado láser en un mejor contexto, en el arsenal de herramientas ".