Los científicos de la USC han desarrollado una nueva herramienta para observar más profunda y claramente los seres vivos, una ventaja visual que ahorra tiempo y ayuda a avanzar en las curas médicas.

Es el tipo de ciencia fundamental que se puede utilizar para desarrollar mejores diagnósticos y tratamientos, incluida la detección de cáncer de pulmón o daños por contaminantes. La tecnología es lo suficientemente versátil como para convertirse en una aplicación de teléfono inteligente para su uso en medicina remota. seguridad alimentaria o detección de moneda falsa, dijo Francesco Cutrale, autor principal del estudio y profesor asistente de investigación de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi.

Los científicos afiliados al Centro Michelson de Biociencia Convergente de la USC han estado trabajando en la tecnología durante los últimos años. Sus hallazgos se publican hoy en Comunicaciones de la naturaleza .

La técnica se centra, literalmente, sobre los componentes básicos de la biología. Cuando los biólogos miran profundamente en un ser vivo:una célula, un pez, una persona, no siempre está claro lo que está pasando. Las células y las proteínas están profundamente entrelazadas a través de los tejidos, dejando muchas preguntas sobre las interacciones entre componentes. El primer paso para curar una enfermedad es ver el problema con claridad, y eso no siempre ha sido fácil.

Cómo funciona esta nueva técnica de imagen

Para resolver el problema, Los investigadores se han basado en una técnica llamada imágenes hiperespectrales de fluorescencia (fHSI). Es un método que puede diferenciar colores en un espectro, etiquetar moléculas para que se puedan seguir, y producir imágenes de colores vivos del interior de un organismo.

Pero las ventajas que ofrece fHSI tienen limitaciones. No necesariamente revela el espectro a todo color. Requiere muchos datos, debido a la complejidad de los sistemas biológicos, por lo que se necesita mucho tiempo para recopilar y procesar las imágenes. También se requieren muchos cálculos que requieren mucho tiempo, lo cual es un gran inconveniente porque los experimentos funcionan mejor cuando se pueden realizar en tiempo real.

Para resolver esos problemas, Los investigadores de la USC desarrollaron un nuevo método llamado representaciones mejoradas codificadas espectralmente (SEER). Proporciona una mayor claridad y funciona hasta 67 veces más rápido y con una definición 2,7 veces mayor que las técnicas actuales.

Se basa en cálculos matemáticos para analizar los datos más rápidamente. Puede procesar etiquetas fluorescentes vibrantes en todo el espectro de colores para obtener más detalles. Y utiliza mucho menos almacenamiento en la memoria de la computadora, aún más importante con la explosión de la investigación de big data detrás de la investigación de biociencia convergente moderna. Según el estudio, SEER es un "rápido, forma intuitiva y matemática "de interpretar las imágenes a medida que se recopilan y procesan.

"Hay varios escenarios en los que este análisis posterior a los hechos, aunque poderoso, sería demasiado tarde en la toma de decisiones experimentales o médicas, "Cutrale dijo." Hay una brecha entre la adquisición y el análisis de los datos hiperespectrales, donde los científicos y los médicos desconocen la información contenida en el experimento. SEER está diseñado para llenar este vacío ".

Desde la detección del cáncer de pulmón hasta una posible aplicación para teléfonos móviles

La primera aplicación de SEER será en el campo médico y de investigación. El algoritmo versátil, escrito por Wen Shi y Daniel Koo en el Centro de Imágenes Traslacionales de la USC, se utilizará para detectar las primeras etapas de la enfermedad pulmonar y el daño potencial de los contaminantes en los pacientes en colaboración con los médicos del Children's Hospital Los Angeles. También, Los científicos del campo de las ciencias de la vida han comenzado a adoptar SEER en sus proyectos experimentales en un esfuerzo por mejorar aún más la eficiencia.

Las mejoras en las tecnologías de imágenes también pueden llegar al nivel del consumidor, por lo que es probable que se puedan instalar tecnologías como fHSI y SEER en teléfonos móviles para proporcionar potentes herramientas de visualización.

El Centro Michelson reúne a una red diversa de científicos e ingenieros de primer nivel del Colegio de Letras de USC Dornsife, Artes y Ciencias, la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi y la Escuela de Medicina Keck de la USC bajo un mismo techo, gracias a una generosa donación de $ 50 millones del cirujano ortopédico de columna, inventor y filántropo Gary K. Michelson y su esposa, Alya Michelson.