Las imágenes de fluorescencia se utilizan ampliamente para visualizar tejidos biológicos como la parte posterior del ojo, donde se pueden detectar signos de degeneración macular. También se usa comúnmente para obtener imágenes de los vasos sanguíneos durante la cirugía reconstructiva, permitiendo a los cirujanos asegurarse de que los vasos estén conectados correctamente.

Para estos procedimientos, así como otros ahora en ensayos clínicos, como imágenes de tumores, los investigadores utilizan una parte del espectro de luz conocido como infrarrojo cercano (NIR):de 700 a 900 nanómetros, más allá de lo que el ojo humano puede detectar. Se administra un tinte que emite fluorescencia a esta longitud de onda en el cuerpo o tejido y luego se obtienen imágenes con una cámara especializada. Los investigadores han demostrado que la luz con longitudes de onda superiores a 1, 000 nanómetros, conocido como infrarrojo de onda corta (SWIR), ofrece imágenes mucho más claras que NIR, pero no hay tintes de fluorescencia aprobados por la FDA con un pico de emisión en el rango SWIR.

Un equipo de investigadores del MIT y del Hospital General de Massachusetts ha dado un paso importante para hacer que las imágenes SWIR estén ampliamente disponibles. Han demostrado que un aprobado por la FDA, El tinte disponible comercialmente que ahora se utiliza para imágenes de infrarrojo cercano también funciona muy bien para imágenes de infrarrojos de onda corta.

"Lo que encontramos es que este tinte, que ha sido aprobado desde 1959, es realmente el mejor, el fluoróforo más brillante que conocemos en este momento para obtener imágenes en el infrarrojo de onda corta, "dice Moungi Bawendi, el Profesor Lester Wolf de Química en el MIT. "Ahora los médicos pueden comenzar a probar las imágenes de onda corta para sus aplicaciones porque ya tienen un fluoróforo aprobado para su uso en humanos".

Obtener imágenes de este tinte con una cámara que detecta luz infrarroja de onda corta podría permitir a los médicos e investigadores obtener imágenes mucho mejores de los vasos sanguíneos y otros tejidos corporales para el diagnóstico y la investigación.

Bawendi y el ex científico investigador del MIT Oliver Bruns son los autores principales del estudio. que aparece en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los autores principales del artículo son los estudiantes graduados del MIT Jessica Carr y Daniel Franke.

Cortando la niebla

El tinte que los investigadores utilizaron en este estudio, conocido como verde de indocianina (ICG), fluoresce más intensamente alrededor de 800 nanómetros, que cae dentro del rango del infrarrojo cercano. Cuando se inyecta en el cuerpo, viaja por el torrente sanguíneo, lo que lo hace ideal para la angiografía (la visualización del flujo de sangre a través de los vasos). Algunos sistemas quirúrgicos asistidos por robot han incorporado imágenes de fluorescencia NIR para ayudar a visualizar los vasos sanguíneos y otras características anatómicas.

El equipo del MIT descubrió la utilidad de ICG para las imágenes SWIR de manera un tanto fortuita. Como parte de un experimento de control para otro artículo, probaron la salida de fluorescencia de puntos cuánticos frente a la salida de fluorescencia de ICG en el infrarrojo de onda corta. Esperaban que ICG no tuviera salida, pero se sorprendieron al descubrir que en realidad producía una señal muy fuerte.

El laboratorio de Bawendi y otros investigadores han estado interesados ​​en desarrollar fluoróforos para imágenes SWIR porque SWIR ofrece mejor contraste y claridad que NIR. La luz con longitudes de onda más cortas tiende a dispersarse por las imperfecciones de los objetos que golpea. pero a medida que las longitudes de onda se hacen más largas, la dispersión se reduce considerablemente.

"En el infrarrojo cercano, muchas de las características que ves en el tejido pueden verse borrosas, y una vez que pasa al infrarrojo de onda corta, la imagen se aclara y todo se vuelve nítido, "Dice Bruns.

El infrarrojo de onda corta también puede penetrar más profundamente en el tejido, aunque calcular exactamente hasta dónde es un proceso complicado, los investigadores dicen, porque depende del tamaño de la estructura que se está viendo y del campo de visión del microscopio. En el nuevo estudio, los investigadores pudieron ver varios cientos de micrómetros en el tejido utilizando un microscopio de fluorescencia normal. Normalmente, esta profundidad solo se puede alcanzar con microscopía de dos fotones, un tipo de imagen mucho más complicado y caro.

"Descubrimos que el infrarrojo de onda corta es particularmente útil para obtener imágenes de objetos pequeños que se encuentran sobre un fondo grande, así que cuando quiera hacer una angiografía de vasos pequeños, o capilares, eso es significativamente más fácil en el infrarrojo de onda corta que en el infrarrojo cercano, "Dice Franke.

Una señal fuerte

En su estudio, los investigadores exploraron más a fondo el ICG y demostraron que da una señal más fuerte que otros tintes SWIR ahora en desarrollo. Estudios anteriores de ICG se habían centrado en su emisión de alrededor de 800 nanómetros, donde emite la fluorescencia más brillante, por lo que nadie había observado que el tinte también producía una señal fuerte en longitudes de onda más largas. Aunque no emite fluorescencia de manera eficiente en el rango de infrarrojos de onda corta, ICG absorbe tanta luz que si incluso un pequeño porcentaje se emite como luz fluorescente, la señal es más brillante que la producida por otros tintes SWIR.

Los investigadores también encontraron que ICG es lo suficientemente brillante como para producir imágenes rápidamente, que es importante para capturar el movimiento.

"Si no tiene una señal lo suficientemente fuerte, ralentiza el tiempo que se tarda en tomar la imagen, por lo que no puede usarlo para obtener imágenes de movimiento, como el flujo de sangre o los latidos del corazón, "Carr dice.

Los investigadores también probaron otro tinte que funciona en el infrarrojo cercano. Este tinte llamado IRDye 800CW, es similar al ICG y se puede unir a anticuerpos que se dirigen a proteínas como las que se encuentran en los tumores. Descubrieron que el IRDye 800CW también presenta una fluorescencia intensa en la luz infrarroja de onda corta, pensó no tan brillante como ICG, y demostraron que podían usarlo para obtener imágenes de un tumor canceroso en el cerebro de los ratones.

Para hacer imágenes de infrarrojos de onda corta, Los laboratorios de investigación y los hospitales tendrían que cambiar de las cámaras de silicio que ahora se utilizan para la obtención de imágenes NIR a una cámara de arseniuro de indio y galio (InGaAs). Hasta hace poco, estas cámaras han sido prohibitivamente caras, pero los precios han bajado en los últimos años.

El equipo de investigación ahora está investigando más a fondo por qué ICG funciona tan bien para imágenes de infrarrojos de onda corta, y está tratando de identificar la longitud de onda óptima para su uso, que esperan les ayude a determinar las mejores aplicaciones para este tipo de imágenes. También están trabajando con otros laboratorios para desarrollar tintes que sean similares a ICG y que podrían funcionar incluso mejor.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.