Imagen de un pez cebra con el nuevo método de TC, con colores asignados a las estructuras en función de su profundidad dentro del pez. Crédito:Facultad de Medicina de Penn State
Para diagnosticar y tratar enfermedades como el cáncer, los científicos y los médicos deben comprender cómo responden las células a diferentes afecciones y tratamientos médicos. Los investigadores han desarrollado una nueva forma de estudiar las enfermedades a nivel celular.
Dr. Keith Cheng, distinguido profesor de patología, farmacología y bioquímica y biología molecular en Penn State College of Medicine, y un equipo de físicos de imágenes de rayos X de la Universidad de Chicago, han desarrollado un nuevo, Técnica de imagen de tejido 3-D, llamada histotomografía de rayos X. La técnica permite a los investigadores estudiar los detalles de las células en una muestra de tejido sin tener que cortarla en rodajas. Y eso podría conducir a un mejor diagnóstico y tratamiento para una variedad de enfermedades, incluido el cáncer.
"Las mediciones cuantitativas y objetivas que posibilita la histotomografía podrían permitirnos distinguir entre subtipos de cáncer y otras enfermedades que actualmente tienen el mismo aspecto utilizando la histología tradicional para que puedan tratarse de manera más adecuada". "Dijo Cheng.
La histología tradicional implica tomar cortes finos de tejidos de los pacientes, manchándolos, y examinándolos en busca de características irregulares bajo un microscopio. La sección física de la muestra introduce pérdida de tejido y distorsión que conduce a un muestreo incompleto y visualizaciones imperfectas. Según los investigadores, La histotomografía de rayos X evita estos problemas y permite medir con precisión las características tridimensionales de las células, como la forma y el volumen.
Mas de 10 años, Cheng y su equipo desarrollaron la técnica combinando los principios de la tomografía computarizada (TC) humana y la histología para obtener imágenes de pequeños organismos y tejidos con una mayor resolución en 3-D.
"La histotomografía de rayos X utiliza los mismos principios que una tomografía computarizada humana, ", Dijo Cheng." La TC implica disparar una serie de rayos X de un sujeto, cada uno en un ángulo ligeramente diferente. Luego, un programa de computadora usa el conjunto de rayos X para crear una imagen en 3-D ".
El laboratorio de Cheng había utilizado previamente micro-CT, una versión a menor escala de la TC humana, para obtener imágenes de pequeños organismos y tejidos. Patrick La Rivière de la Universidad de Chicago, profesor asociado de radiología, introdujo a Cheng en el uso de una potente fuente de rayos X, el sincrotrón, lo que permitió al equipo de investigación mejorar su escaneo micro-CT con mayor resolución y tiempos de obtención de imágenes más rápidos. El micro-TC basado en sincrotrón podría ayudar a los patólogos algún día a responder preguntas como:
La tecnología necesaria para responder preguntas como esas no estaba disponible comercialmente, Cheng dijo:entonces él y un equipo de ingenieros, físicos, Los científicos de datos y los biólogos se propusieron desarrollar la técnica ellos mismos.
Después de una década de optimizar la preparación de muestras y la obtención de imágenes, El equipo creó reconstrucciones tridimensionales de peces cebra jóvenes que pueden examinarse desde todo el organismo hasta un nivel celular. Se eligió el pez cebra para desarrollar esta tecnología porque su tamaño desde las larvas hasta los adultos es casi el mismo que el de las muestras utilizadas por los médicos para evaluar los tumores cancerosos.
Según Cheng, Los investigadores y los médicos ahora pueden examinar características como la forma tridimensional, volumen, ubicación y número de células que anteriormente no se podían estudiar con la histología tradicional. La técnica permitirá a los patólogos estudiar una muestra de tejido completa después de haberla teñido y preparado. Ya no es necesario cortar una sola rebanada de tejido de toda la muestra.
Los científicos clínicos pueden evaluar las características microscópicas y tridimensionales de las células debido a la mayor claridad y resolución de las imágenes.
"La belleza y complejidad del tejido que vi fue alucinante, ", Dijo Cheng sobre las imágenes publicadas en la revista. eLife con la investigación del 11 de junio.
Las herramientas computacionales combinadas con las imágenes permiten el tamaño, forma, volumen y densidad de células a calcular y catalogar. Esta capacidad permite estudiar las características de la patología de la enfermedad de una manera novedosa que puede mejorar la atención clínica y facilitar el descubrimiento de fármacos.
Los avances en la tecnología informática permiten procesar y visualizar grandes archivos de imágenes del pez cebra, de 100 gigabytes cada uno. Los investigadores pueden examinar los rasgos de la enfermedad en el sistema de órganos, a nivel tisular o celular simultáneamente, rebanada a rebanada o en contexto 3-D. Incluso pueden ver e interactuar con la estructura celular de los organismos utilizando la misma tecnología utilizada por los jugadores de realidad virtual.
La investigación futura del equipo de Cheng tiene como objetivo aumentar la resolución, tamaño de la muestra, rendimiento poder analítico y accesibilidad de la técnica.
