Los expertos en Japón han ideado una forma sencilla de obtener información más detallada de las exploraciones de imágenes médicas estándar. Un equipo de investigación formado por físicos atómicos y expertos en medicina nuclear de la Universidad de Tokio y el Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas (NIRS) ha diseñado un temporizador que puede permitir que los escáneres de tomografía por emisión de positrones (PET) detecten la concentración de oxígeno en los tejidos de los pacientes. ' cuerpos. Esta actualización a los escáneres PET puede conducir a un futuro de mejor tratamiento del cáncer al identificar rápidamente las partes de los tumores con un crecimiento celular más agresivo.

"La experiencia de los pacientes en esta futura exploración por TEP será la misma que ahora. La experiencia de los equipos médicos al realizar la exploración también será la misma, solo con más información útil al final, "dijo el médico de medicina nuclear Dr. Miwako Takahashi del NIRS, coautor de la publicación de investigación en Física de la comunicación .

"Este fue un proyecto rápido para nosotros, y creo que también debería convertirse en un avance médico muy rápido para pacientes reales en la próxima década. Las empresas de dispositivos médicos pueden aplicar este método de forma muy económica, Espero, "dijo el profesor asistente Kengo Shibuya de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de la Universidad de Tokio, primer autor de la publicación.

Exploraciones por PET

Los positrones que dan nombre a los escáneres PET son las formas de electrones de antimateria con carga positiva. Debido a su pequeño tamaño y masa extremadamente baja, los positrones no suponen ningún peligro en aplicaciones médicas. Los positrones producen rayos gamma, que son ondas electromagnéticas similares a los rayos X, pero con longitudes de onda más cortas.

Al recibir una tomografía por emisión de positrones, un paciente recibe una pequeña cantidad de líquido radiactivo muy débil, a menudo compuesto por moléculas de azúcar modificadas, generalmente inyectados en su sangre. El líquido circula durante un breve período de tiempo. Las diferencias en el flujo sanguíneo o el metabolismo afectan la forma en que se distribuye la radiactividad. Luego, el paciente se acuesta en un gran Escáner de PET en forma de tubo. A medida que el líquido radiactivo emite positrones que luego se descomponen en rayos gamma, anillos de detectores de rayos gamma mapean la ubicación de los rayos gamma emitidos por el cuerpo del paciente.

Los médicos solicitan tomografías por emisión de positrones cuando necesitan información no solo sobre la estructura, sino también la función metabólica de los tejidos internos del cuerpo. La detección de la concentración de oxígeno mediante el mismo escaneo PET agregaría otra capa de información útil sobre la función del cuerpo.

Concentración de oxígeno medida en nanosegundos

La vida de un positrón es una elección de dos caminos muy cortos, ambos comienzan cuando un positrón "nace" a medida que se libera del líquido radioactivo del escaneo PET. En el camino más corto el positrón choca inmediatamente con un electrón y produce rayos gamma. En el camino un poco más largo, el positrón inicialmente se transforma en otro tipo de partícula llamada positronio, que luego se descompone en rayos gamma. De cualquier manera, la vida útil de un positrón dentro de un cuerpo humano no supera los 20 nanosegundos, o una cincuenta millonésima de segundo.

"El resultado es el mismo, pero la vida no lo es. Nuestra propuesta es distinguir la vida útil de los positrones mediante una tomografía por emisión de positrones con un temporizador para que podamos mapear las concentraciones de oxígeno dentro del cuerpo de los pacientes. "dijo Shibuya.

Shibuya y sus colegas desarrollaron una tabla de esperanza de vida para positrones utilizando un escáner PET miniaturizado para medir el tiempo de formación y desintegración de positrones en líquidos con concentraciones conocidas de oxígeno.

Los nuevos resultados del equipo de investigación revelan que cuando la concentración de oxígeno es alta, el camino más corto es más probable. Los investigadores predicen que su técnica podrá detectar la concentración absoluta de oxígeno en cualquier tejido del cuerpo de un paciente en función de la vida útil de los positrones durante una tomografía por emisión de positrones.

Es posible detectar la vida útil de los positrones utilizando los mismos detectores de rayos gamma que ya utilizan los escáneres PET. El equipo de investigación predice que la mayor parte del trabajo para transferir esta investigación del laboratorio a la cabecera de la cama se centrará en actualizar los detectores de rayos gamma y el software para que los detectores de rayos gamma puedan registrar no solo la ubicación, pero también datos de tiempo precisos.

"No debería suponer un gran aumento de costes para el desarrollo de instrumentos, "dijo el profesor Taiga Yamaya, coautor de la publicación de investigación y líder del Grupo de Física de Imágenes en el NIRS.

Exploraciones PET mejoradas para un tratamiento del cáncer más eficaz

Los expertos médicos han entendido desde hace mucho tiempo que las bajas concentraciones de oxígeno en los tumores pueden impedir el tratamiento del cáncer por dos razones:Primero, un nivel bajo de oxígeno en un tumor a menudo es causado por un flujo sanguíneo insuficiente, que es más común en crecimiento rápido, tumores agresivos que son más difíciles de tratar. Segundo, Los niveles bajos de oxígeno hacen que la radiación sea menos efectiva porque los efectos deseados del tratamiento con radiación para matar las células cancerosas se logran en parte por la energía de la radiación que convierte el oxígeno presente en las células en radicales libres que dañan el ADN.

Por lo tanto, La detección de la concentración de oxígeno en los tejidos corporales informaría a los expertos médicos sobre cómo atacar de forma más eficaz los tumores en el interior de los pacientes.

"Imaginamos dirigir un tratamiento de radiación más intenso a los agresivos, áreas de un tumor con baja concentración de oxígeno y tratamiento de menor intensidad dirigido a otras áreas del mismo tumor para brindar a los pacientes mejores resultados y menos efectos secundarios, "dijo Takahashi.

Shibuya dice que el equipo de investigadores se inspiró para poner en práctica un modelo teórico sobre la capacidad de los positrones para revelar la concentración de oxígeno publicado el año pasado por investigadores en Polonia. El proyecto pasó del concepto a la publicación en solo unos meses, incluso con las restricciones relacionadas con la pandemia de COVID-19.

Shibuya y sus colegas ahora apuntan a expandir su trabajo para encontrar cualquier otro detalle médico que pueda ser revelado por la vida útil de un positrón.