Una imagen escaneada de una cuadrícula que contiene una célula cancerosa y algo de sangre dentro de cada cuadro de color. El color de las cajas indica la cantidad de oxígeno disuelto en la sangre. Crédito:Caltech
Diseñar el mejor tratamiento para un paciente con cáncer requiere que los médicos sepan algo sobre las características del cáncer que padece el paciente. Pero una de las mayores dificultades para tratar el cáncer es que las células cancerosas no son todas iguales. Incluso dentro del mismo tumor, las células cancerosas pueden diferir en su genética, comportamiento, y susceptibilidad a los fármacos quimioterápicos.
Las células cancerosas son generalmente mucho más metabólicamente activas que las células sanas, y se pueden obtener algunos conocimientos sobre el comportamiento de una célula cancerosa analizando su actividad metabólica. Pero obtener una evaluación precisa de estas características ha resultado difícil para los investigadores. Varios métodos, incluyendo tomografía por emisión de posición (o PET), tintes fluorescentes, y se han utilizado contrastes, pero cada uno tiene inconvenientes que limitan su utilidad.
Lihong Wang de Caltech cree que puede hacerlo mejor mediante el uso de microscopía fotoacústica (PAM), una técnica en la que la luz láser induce vibraciones ultrasónicas en una muestra. Esas vibraciones se pueden utilizar para crear imágenes de células, vasos sanguineos, y tejidos.
Wang, Bren Professor de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica, está utilizando PAM para mejorar una tecnología existente para medir la tasa de consumo de oxígeno (OCR) en colaboración con el profesor Jun Zou de la Universidad Texas A&M. Esa tecnología existente toma muchas células cancerosas y las coloca en "cubículos" individuales llenos de sangre. Las células con metabolismos más altos consumirán más oxígeno y reducirán el nivel de oxígeno en sangre. un proceso que es monitoreado por un pequeño sensor de oxígeno colocado dentro de cada cubículo.
Aparato de microscopía fotoacústica que se utiliza para obtener imágenes de las tasas metabólicas de las células cancerosas. Crédito:Caltech
Este método, como los mencionados anteriormente, tiene debilidades. Para obtener un tamaño de muestra significativo de datos metabólicos para las células cancerosas, los investigadores necesitarían integrar miles de sensores en una cuadrícula. Adicionalmente, la presencia de los sensores dentro de los cubículos puede alterar las tasas metabólicas de las células, haciendo que los datos recopilados sean inexactos.
La versión mejorada de Wang elimina los sensores de oxígeno y en su lugar usa PAM para medir el nivel de oxígeno en cada cubículo. Lo hace con luz láser sintonizada en una longitud de onda que la hemoglobina de la sangre absorbe y convierte en energía vibratoria:sonido. A medida que una molécula de hemoglobina se oxigena, su capacidad para absorber luz en esa longitud de onda cambia. Por lo tanto, Wang es capaz de determinar qué tan oxigenada está una muestra de sangre "escuchando" el sonido que hace cuando es iluminada por el láser. Él llama a esto microscopía fotoacústica metabólica unicelular, o SCM-PAM.
En un nuevo periódico Wang y sus coautores muestran que SCM-PAM representa una gran mejora en la capacidad de evaluar el OCR de las células cancerosas. El uso de sensores de oxígeno individuales para medir el OCR limitó a los investigadores a analizar aproximadamente 30 células cancerosas cada 15 minutos. El SCM-PAM de Wang mejora eso en dos órdenes de magnitud y permite a los investigadores analizar alrededor de 3, 000 células en unos 15 minutos.
"Tenemos técnicas para mejorar aún más el rendimiento en órdenes de magnitud, y esperamos que esta nueva tecnología pronto pueda ayudar a los médicos a tomar decisiones informadas sobre el pronóstico y la terapia del cáncer, "dice Wang.
El papel, noble, "Microscopía fotoacústica unicelular de alto rendimiento sin etiquetas de heterogeneidad metabólica intratumoral, "fue publicado en línea por Ingeniería Biomédica de la Naturaleza el 1 de abril.
