Los investigadores han desarrollado el primer sensor capaz de identificar objetivamente la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) y distinguir entre sus dos subtipos. El dispositivo representa un logro sustancial hacia un enfoque más personalizado para diagnosticar y tratar la EII, una inflamación crónica del tracto gastrointestinal que afecta a más de 1 millón de estadounidenses.

Los procedimientos de diagnóstico y tratamiento actuales para la EII son inexactos y dependen en gran medida de prueba y error. En la revista de The Optical Society Óptica Biomédica Express , Los investigadores informan sobre un estudio piloto de un endoscopio desarrollado a medida que utiliza la técnica de huellas dactilares químicas espectroscopía Raman para detectar marcadores moleculares de EII en el colon.

El sensor está diseñado como una sonda mínimamente invasiva que se puede integrar fácilmente en un examen de colonoscopia de rutina. Después de refinar aún más, Los investigadores dicen que los médicos podrían usar el dispositivo para ayudar a diagnosticar la EII y evaluar la respuesta del paciente al tratamiento.

"Con los métodos actuales, en última instancia, el diagnóstico depende de cómo responda el paciente a la terapia a lo largo del tiempo, y a menudo no conoce el diagnóstico hasta que han pasado algunos años, "dijo Anita Mahadevan-Jansen de la Universidad de Vanderbilt, ESTADOS UNIDOS, autor principal del artículo, que inició el proyecto después de una experiencia personal con la EII. "Es por eso que decidimos utilizar un método basado en la luz para sondear la bioquímica de lo que sucede en el colon. Nuestro objetivo es utilizar la espectroscopia Raman para observar las señales inflamatorias reales".

Buscando un estándar de oro para el diagnóstico

La EII se presenta en dos subtipos:colitis ulcerosa (CU), que normalmente se limita al colon, y enfermedad de Crohn, que puede ocurrir en cualquier parte del tracto gastrointestinal. Pueden causar síntomas similares como diarrea severa, dolor, fatiga y pérdida de peso, sin embargo, los dos tipos responden de manera diferente a los tratamientos disponibles, que incluyen drogas, intervenciones dietéticas y cirugía.

Los médicos utilizan actualmente una combinación de métodos radiológicos y patológicos para diagnosticar el subtipo de EII de un paciente y guiar las decisiones de tratamiento, pero estos métodos detectan síntomas, en lugar de la fuente subyacente de la enfermedad, y el proceso ha carecido de un patrón oro objetivo. Como resultado, hasta el 15 por ciento de los pacientes son diagnosticados con colitis indeterminada, lo que significa que el subtipo es desconocido, y de un 5 a un 14 por ciento adicional tienen reclasificada su EII según cómo responden al tratamiento.

Investigaciones anteriores realizadas en muestras de tejido de personas con EII mostraron que la CU y la enfermedad de Crohn tienen diferentes firmas moleculares. La nueva sonda detecta estas firmas para obtener información no solo sobre el subtipo de enfermedad, pero también el grado actual de inflamación e incluso los indicadores tempranos de EII que ocurren antes de los cambios observables en el tejido intestinal.

"La mayoría de las personas se someten a una colonoscopia inicial como parte de la atención de rutina, y podría imaginarse usar esto para obtener una señal Raman de referencia para cada persona, ", dijo Mahadevan-Jansen." Si alguien presenta síntomas de EII más adelante, puede usar nuestro sistema nuevamente para determinar si es más probable que sea UC o Crohn. Luego, una vez que estén siendo tratados, tiene una medida objetiva para rastrear su respuesta porque puede usar el dispositivo para cuantificar realmente leve, inflamación moderada o severa ".

Creación de un dispositivo listo para la clínica

Para desarrollar la sonda, Los investigadores utilizaron por primera vez muestras de tejido y modelos animales para identificar biomarcadores preliminares y firmas espectrales compatibles con la EII. Luego, construyeron a medida un sistema de espectroscopía Raman portátil con un láser de diodo de 785 nm y una sonda de fibra óptica que entrega 80 mW a la superficie del colon.

"La personalización fue tanto el empaque, para asegurarnos de que pueda encajar fácilmente en el canal de endoscopia y doblarse a través de las vueltas del colon, como para sondear la profundidad correcta en los tejidos que estamos mirando para asegurarnos de que podemos obtener una medición sólida , "explicó Mahadevan-Jansen.

La espectroscopia Raman se ha aplicado previamente en el tracto gastrointestinal para la detección del cáncer, pero usarlo para medir marcadores de inflamación plantea algunos desafíos únicos porque las señales son mucho más sutiles. Esto requirió una ingeniería especial, por ejemplo, para incluir filtros que eliminen la firma Raman producida por los componentes de la propia sonda.

En su prueba piloto, los investigadores utilizaron el dispositivo en 15 pacientes con un diagnóstico existente de enfermedad de Crohn, ocho pacientes con CU y ocho voluntarios sanos. En general, los resultados sugieren una alta sensibilidad (la capacidad de detectar la EII) pero poca especificidad (la capacidad de diferenciar entre subtipos), aunque los resultados varían según el grado de inflamación y el lugar donde se tomó la medición. Al medir el colon derecho en pacientes con inflamación activa, por ejemplo, el dispositivo detectó la enfermedad de Crohn con una sensibilidad del 90 por ciento y una especificidad del 75, en comparación con el 86 por ciento y el 39 por ciento, respectivamente, cuando los resultados se promedian en todos los estados de enfermedad, niveles de inflamación y ubicaciones dentro del colon.

Mirando hacia el futuro

Los investigadores ahora se centran en perfeccionar un conjunto de algoritmos que ayudan a los médicos a interpretar los resultados de las pruebas de un paciente determinado. Para mejorar la especificidad de la prueba, el equipo está analizando datos de una cohorte ampliada de pacientes para discernir cómo factores como el género, dieta, la demografía y el régimen de tratamiento influyen en la firma Raman. Por último, visualizan un sistema que combina información clave sobre el paciente con espectros Raman para entregar, en cuestión de segundos, Resultados personalizados que pueden informar un diagnóstico o ayudar a rastrear la respuesta del paciente al tratamiento.

"Es una forma única de pensar sobre la medicina personalizada que tiene en cuenta todo tipo de información, más allá del genoma, incluidos los datos demográficos y muchos otros factores que hacen que una persona sea única. ", dijo Mahadevan-Jansen." Nuestro laboratorio realmente ha presionado para encontrar formas de aplicar la tecnología óptica para respaldar este tipo de medicina personalizada ".

Los investigadores también están realizando estudios en modelos animales para comprender mejor las fuentes de diversas señales moleculares, identificar los tipos de cambios que se pueden esperar como resultado del tratamiento y determinar si el dispositivo podría usarse para detectar EII o factores de riesgo incluso en etapas más tempranas.