A un paciente, el análisis de una muestra de biopsia de tejido para detectar algo como el cáncer puede parecer un proceso relativamente simple, incluso si eso significa renunciar a un pequeño trozo de carne para ser probado. La muestra se dirige a un laboratorio, el paciente se dirige a casa, y en varios días el médico llama con los resultados.

En realidad, Se necesita bastante trabajo para preparar una muestra de tejido y evaluarla en busca de signos de enfermedad. Para ser visto bajo un microscopio, la muestra debe cortarse en rodajas extremadamente delgadas que pueden tener solo unas pocas células de grosor. Y para ayudar con la visualización, el técnico puede emplear una variedad de tintes para marcar proteínas o estructuras celulares específicas.

"Se requiere un procesamiento extenso de la muestra, "dice Lihong Wang, Bren Professor de Caltech de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Solo se pueden etiquetar tantas moléculas a la vez, y hay que hacer un lavado entre etiquetados. Y algunas moléculas no absorben los tintes y no se etiquetan en absoluto ".

Una nueva técnica que se está desarrollando en el laboratorio de Wang tiene como objetivo hacer que ese proceso sea mucho más simple y menos invasivo. En lugar de usar tintes, la técnica utiliza pulsos de luz láser para obtener imágenes de una muestra.

Este nuevo enfoque, llamada microscopía fotoacústica de infrarrojo medio localizado en ultravioleta, o ULM-PAM, desarrolla imágenes de las estructuras microscópicas que se encuentran en un trozo de tejido bombardeando la muestra con luz láser infrarroja y ultravioleta.

Una muestra de la que se va a tomar la imagen se golpea primero con un pulso de luz láser ultravioleta. Esta luz hace que las moléculas dentro de la muestra vibren. Los sensores colocados contra la muestra recogen esas señales de vibración y las pasan a una computadora que las procesa.

En el siguiente paso, la muestra se golpea con un pulso de luz láser infrarroja. Este pulso calienta la muestra levemente pero no de manera uniforme. Algunos materiales de la muestra, como proteínas o ADN, se calentarán más que otros porque absorben más energía del láser.

Inmediatamente después del pulso de calentamiento, la muestra se golpea de nuevo con un pulso de luz láser ultravioleta. Como antes la luz ultravioleta hace que las moléculas dentro de la muestra vibren, y esas señales se transmiten a la computadora. Al comparar las señales de las muestras antes y después de calentarlas, la computadora crea una imagen en la que las estructuras se pueden identificar por sus firmas térmicas. Dado que las células cancerosas expresan proteínas y ADN de manera diferente a las células sanas, se pueden diferenciar de esta manera.

Para comprender mejor cómo funciona, Imagínese si le dieran dos hojas de papel, una blanca y otra negra, y le pidieran que determinara cuál es cuál sin mirarlas.

Una forma de hacerlo sería colocar ambas hojas de papel al sol, Espera unos minutos, y luego tomar su temperatura. Dado que los objetos negros absorben más luz que los blancos, la sábana negra se calentaría más que la blanca. La luz del sol en este ejemplo es análoga al láser infrarrojo utilizado en la técnica ULM-PAM, y el termómetro es análogo al láser UV.

Junhui Shi, un becario postdoctoral en ingeniería médica en el laboratorio de Wang, dirigió el esfuerzo de dos años para desarrollar ULM-PAM y dice que el proyecto enfrentó algunos obstáculos importantes.

"Debido a que la luz ultravioleta y la infrarroja tienen propiedades diferentes, tuvimos que encontrar espejos especiales y vidrios que pudieran enfocar ambos, ", dice." Y como no existe una cámara que pueda ver ambos, tuvimos que desarrollar formas de ver si estaban correctamente enfocadas ".

Aunque Wang y Shi han demostrado que ULM-PAM funciona, su técnica permanece en la etapa de prueba de concepto. Todavía lleva demasiado tiempo ser útil en un entorno clínico, aunque la actualización de los láseres permitirá escaneos más rápidos de muestras de tejido. ellos dicen.

Un objetivo a más largo plazo es convertir la tecnología en algo que se pueda usar en los tejidos mientras aún están en el cuerpo del paciente. Wang dice.

"Quiero trasladar esto a in vivo. Quiero usar esto para obtener imágenes de las células cancerosas durante la cirugía, ", dice." Ese sería el sueño ".

El artículo que describe la técnica, titulado "Alta resolución, Imágenes de infrarrojo medio de alto contraste de muestras biológicas frescas con microscopía fotoacústica localizada en ultravioleta, "aparece en la edición del 13 de mayo de Fotónica de la naturaleza .