Un nuevo enfoque para la obtención de imágenes ópticas hace posible monitorear de manera rápida y económica múltiples interacciones moleculares en una gran área de tejido vivo, como un órgano o un animal pequeño; tecnología que podría tener aplicaciones en el diagnóstico médico, cirugía guiada, o pruebas de drogas preclínicas. El método, que se detalla en Fotónica de la naturaleza , es capaz de rastrear simultáneamente 16 colores de información espacialmente vinculada en un área que abarca varios centímetros, y puede capturar interacciones que ocurren en meras mil millonésimas de segundo.

"Hemos desarrollado una forma inteligente de adquirir una gran cantidad de información en un corto período de tiempo, "dijo Xavier Intes, profesor de ingeniería biomédica en el Instituto Politécnico Rensselaer. "Nuestro enfoque es más rápido y menos costoso que la tecnología existente sin comprometer la precisión de los datos que adquirimos".

Como su nombre lo indica, Las imágenes ópticas utilizan la luz para investigar un objetivo. En aplicaciones biomédicas, Las imágenes ópticas tienen muchas ventajas sobre técnicas como la resonancia magnética y la PET, que utilizan el magnetismo y las emisiones de positrones para adquirir imágenes dentro de los tejidos vivos.

El método que desarrolló el laboratorio de Intes utiliza técnicas avanzadas de imágenes ópticas (imágenes de fluorescencia de por vida combinadas con transferencia de energía de resonancia de fomento) para revelar el estado molecular de los tejidos. En imágenes de fluorescencia de por vida (FLIM), Las moléculas de interés están marcadas con moléculas "informadoras" fluorescentes que, cuando es excitado por un rayo de luz, emiten una señal luminosa con un cierto color a lo largo del tiempo que es indicativo de su entorno inmediato. Las moléculas indicadoras se pueden ajustar para ofrecer información sobre factores ambientales como la viscosidad, pH o la presencia de oxígeno. FLIM es ideal para los tejidos gruesos de un cuerpo porque se basa en la información del tiempo, en lugar de la intensidad de la luz, que se degrada significativamente a medida que viaja a través del tejido. Los investigadores también utilizaron la transferencia de energía de resonancia de Forster (FRET), que determina la proximidad entre dos moléculas etiquetadas de manera similar, como un fármaco y su objetivo, en función de una transferencia de energía que se produce solo cuando las moléculas etiquetadas se administran a las células enfermas para obtener la máxima eficacia terapéutica.

Sin embargo, mientras que el método FLIM-FRET genera una señal rica en información, recopilar esa señal de forma rápida y económica es problemático. Los métodos actuales se basan en cámaras caras, que solo puede representar a un reportero a la vez, y escanear al sujeto puede llevar horas, ya que la cámara recopila información de todo su campo de visión.

Para superar este obstáculo, los investigadores prescindieron de las cámaras y en su lugar utilizaron un método de detección de un solo píxel combinado con una técnica de muestreo matemático (basada en una transformada de Hadamard) que les permitió recopilar suficiente información relevante en 10 minutos para construir una imagen precisa. El método de detección puede recopilar información en 16 canales espectrales simultáneamente, y tres dispositivos de detección colocados alrededor de la muestra proporcionaron información espacial utilizada para construir una imagen tridimensional.

"Esta es una nueva plataforma, una nueva opción en macroscopia, y creemos que tendrá tracción en múltiples aplicaciones en el ámbito biomédico, "dijo Intes.

La investigación de Intes está habilitada por la visión de The New Polytechnic, un paradigma emergente para la educación superior que reconoce que los desafíos y oportunidades globales son tan grandes que no pueden ser abordados adecuadamente ni siquiera por la persona más talentosa que trabaja sola. Rensselaer sirve como una encrucijada para la colaboración:trabajar con socios en todas las disciplinas, sectores, y regiones geográficas:para abordar desafíos globales complejos, utilizando las herramientas y tecnologías más avanzadas, muchos de los cuales se desarrollan en Rensselaer. La investigación en Rensselaer aborda algunos de los desafíos tecnológicos más urgentes del mundo, desde la seguridad energética y el desarrollo sostenible hasta la biotecnología y la salud humana. La Nueva Politécnica es transformadora en el impacto global de la investigación, en su pedagogía innovadora, y en la vida de los estudiantes de Rensselaer.