Los investigadores y colegas de la Universidad de Buffalo han diseñado una nanopartícula detectable mediante seis técnicas de imágenes médicas. Esta ilustración muestra las partículas cuando son golpeadas por haces de energía y emiten señales que pueden ser detectadas por los seis métodos:tomografía computarizada y tomografía por emisión de positrones, junto con fotoacústica, fluorescencia, conversión ascendente y luminiscencia de Cerenkov. Crédito:Jonathan Lovell
Es una tecnología tan avanzada que la máquina capaz de usarla aún no existe.
Utilizando dos piezas biocompatibles, Los investigadores de la Universidad de Buffalo y sus colegas han diseñado una nanopartícula que puede detectarse mediante seis técnicas de imágenes médicas:
En el futuro, los pacientes podrían recibir una única inyección de las nanopartículas para realizar los seis tipos de imágenes.
Este tipo de imagen "hipermodal", si llegara a buen término, brindaría a los médicos una imagen mucho más clara de los órganos y tejidos de los pacientes que la que podría proporcionar un solo método. Podría ayudar a los profesionales médicos a diagnosticar enfermedades e identificar los límites de los tumores.
"Esta nanopartícula puede abrir la puerta a nuevos sistemas de imágenes 'hipermodales' que permitan obtener mucha información nueva utilizando un solo agente de contraste, "dice el investigador Jonathan Lovell, Doctor, Profesor adjunto de ingeniería biomédica de la UB. "Una vez que se desarrollen estos sistemas, en teoría, un paciente podría realizar una exploración con una máquina en lugar de varias exploraciones con varias máquinas ".
Cuando Lovell y sus colegas usaron las nanopartículas para examinar los ganglios linfáticos de ratones, encontraron que las tomografías computarizadas y las PET proporcionaban la penetración más profunda en los tejidos, mientras que la imagen fotoacústica mostró detalles de los vasos sanguíneos que las dos primeras técnicas pasaron por alto.
Esta imagen de microscopía electrónica de transmisión muestra las nanopartículas, que consisten en un núcleo que se ilumina en azul cuando es golpeado por luz infrarroja cercana, y una tela exterior de porfirina-fosfolípidos (PoP) que envuelve el núcleo. Crédito:Jonathan Lovell
Diferencias como estas significan que los médicos pueden obtener una imagen mucho más clara de lo que está sucediendo dentro del cuerpo al fusionar los resultados de múltiples modalidades.
Aún no se ha inventado una máquina capaz de realizar las seis técnicas de imagen a la vez, al conocimiento de Lovell, pero él y sus coautores esperan que descubrimientos como los suyos estimulen el desarrollo de dicha tecnología.
La investigación, Imágenes hexagonales con nanopartículas de conversión ascendente recubiertas de porfirina-fosfolípidos, fue publicado en línea el 14 de enero en la revista Materiales avanzados .
Fue dirigido por Lovell; Paras Prasad, Doctor, director ejecutivo del Instituto de Láseres de la UB, Fotónica y Biofotónica (ILPB); y Guanying Chen, Doctor, investigador del ILPB y del Instituto de Tecnología de Harbin en China. El equipo también incluyó colaboradores adicionales de estas instituciones, así como la Universidad de Wisconsin y POSTECH en Corea del Sur.
Los investigadores diseñaron las nanopartículas a partir de dos componentes:un núcleo de "conversión ascendente" que se ilumina en azul cuando lo golpea la luz del infrarrojo cercano, y una tela exterior de porfirina-fosfolípidos (PoP) que envuelve el núcleo.
Cada parte tiene características únicas que la hacen ideal para ciertos tipos de imágenes.
El núcleo, inicialmente diseñado para imágenes de conversión ascendente, está hecho de sodio, iterbio, flúor, itrio y tulio. El iterbio es denso en electrones, una propiedad que facilita la detección mediante tomografías computarizadas.
La envoltura PoP tiene cualidades biofotónicas que la convierten en una gran combinación para la fluorescencia y la imaginación fotoacústica. La capa PoP también es experta en atraer cobre, que se utiliza en imágenes de luminiscencia PET y Cerenkov.
"La combinación de estos dos componentes biocompatibles en una sola nanopartícula podría darles a los médicos del mañana una poderosa, nueva herramienta para imágenes médicas, "dice Prasad, también profesor distinguido de química de SUNY, física, medicina e ingeniería eléctrica en la UB. "Deberían realizarse más estudios para determinar si la nanopartícula es segura de usar para tales fines, pero no contiene metales tóxicos como el cadmio que se sabe que presentan riesgos potenciales y se encuentran en algunas otras nanopartículas ".
"Otra ventaja de este agente de contraste de imágenes de núcleo / carcasa es que podría permitir la obtención de imágenes biomédicas a múltiples escalas, de una sola molécula a la imagen celular, así como desde imágenes vasculares y de órganos hasta bioimágenes de cuerpo entero, "Chen agrega." Estos amplios, las capacidades potenciales se deben a una pluralidad de ópticas, las capacidades de formación de imágenes fotoacústicas y de radionúclidos que posee el agente ".
Lovell dice que el siguiente paso en la investigación es explorar usos adicionales para la tecnología.
Por ejemplo, Podría ser posible unir una molécula dirigida a la superficie de PoP que permitiría a las células cancerosas absorber las partículas, algo que las imágenes fotoacústicas y de fluorescencia pueden detectar debido a las propiedades del revestimiento inteligente PoP. Esto permitiría a los médicos ver mejor dónde comienzan y terminan los tumores, Dice Lovell.
