El desarrollo de medicamentos para combatir o curar enfermedades humanas a menudo implica una fase de prueba con ratones, de modo que poder mirar claramente en las entrañas de un ratón vivo tiene un valor real.

Pero con los tintes fluorescentes que se utilizan actualmente para obtener imágenes del interior de los ratones de laboratorio, la vista se vuelve tan turbia varios milímetros debajo de la piel que los investigadores podrían tener más éxito adivinando el futuro a partir de las entrañas de los roedores que extrayendo datos utilizables.

Ahora, los investigadores de Stanford han desarrollado un método de imagen mejorado utilizando nanotubos de carbono fluorescentes que les permite ver centímetros de profundidad en un ratón con mucha más claridad que la que proporcionan los tintes convencionales. Para una criatura del tamaño de un ratón, unos pocos centímetros marcan una gran diferencia.

"Ya hemos utilizado nanotubos de carbono similares para administrar medicamentos para tratar el cáncer en pruebas de laboratorio en ratones, pero le gustaría saber adónde fue su entrega, ¿verdad? ", dijo Hongjie Dai, profesor de química. "Con los nanotubos fluorescentes, podemos realizar la administración de fármacos y la obtención de imágenes de forma simultánea, en tiempo real, para evaluar la precisión de un fármaco en alcanzar su objetivo ".

Los investigadores inyectan nanotubos de carbono de pared simple en un ratón y pueden observar cómo los tubos llegan a los órganos internos a través del torrente sanguíneo.

Los nanotubos emiten una fluorescencia intensa en respuesta a la luz de un láser dirigido al ratón, mientras que una cámara sintonizada con las longitudes de onda del infrarrojo cercano de los nanotubos registra las imágenes.

Al unir los nanotubos a un medicamento, los investigadores pueden ver cómo avanza el fármaco a través del cuerpo del ratón.

Dai es uno de los autores de un artículo que describe la investigación publicada en línea este mes en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

La clave de la utilidad de los nanotubos es que brillan en una porción diferente del espectro del infrarrojo cercano que la mayoría de los tintes.

Los tejidos biológicos, ya sean de ratón o humanos, presentan fluorescencia natural a longitudes de onda inferiores a 900 nanómetros. que está en el mismo rango que los tintes fluorescentes orgánicos biocompatibles disponibles. Eso da como resultado una fluorescencia de fondo indeseable, que confunde las imágenes cuando se utilizan tintes. Pero los nanotubos utilizados por el grupo de Dai emiten fluorescencia en longitudes de onda entre 1, 000 y 1, 400 nanómetros. En esas longitudes de onda, apenas hay fluorescencia de tejido natural, por lo que el "ruido" de fondo es mínimo.

La utilidad de los nanotubos aumenta aún más porque el tejido dispersa menos luz en la región de longitud de onda más larga del infrarrojo cercano, reducir las manchas de la imagen a medida que la luz se mueve o viaja a través del cuerpo, otra ventaja sobre los fluoróforos que emiten por debajo de 900 nm.

"Los nanotubos emiten fluorescencia de forma natural, pero emiten en una región muy extraña, "Dijo Dai." No hay muchas cosas, vivas o inertes, que emitan en esta región, por eso no se ha explorado mucho para obtener imágenes biológicas ".

Al seleccionar nanotubos de carbono de pared simple (SWNTS) con diferentes diámetros de quiralidad y otras propiedades, Dai y su equipo pueden ajustar la longitud de onda a la que emiten fluorescencia los nanotubos.

Se obtienen imágenes de los nanotubos inmediatamente después de la inyección en el torrente sanguíneo de los ratones.

Dai y los estudiantes de posgrado Sarah Sherlock y Kevin Welsher, que también son coautores de la PNAS papel, observó el paso de los nanotubos fluorescentes a través de los pulmones y los riñones segundos después de la inyección. El bazo y el hígado se iluminaron unos segundos después.

El grupo también realizó un trabajo de "postproducción" en imágenes de video digital de los nanotubos circulantes para mejorar aún más la calidad de la imagen mediante un proceso llamado "análisis de componentes principales".

"En las imágenes sin procesar, el bazo, el páncreas y el riñón pueden aparecer como una señal generalizada, ", Dijo Sherlock." Pero este proceso recoge las sutilezas en la variación de la señal y resuelve lo que al principio parece ser una señal en los distintos órganos ".

"Realmente se pueden ver cosas que están muy adentro o que están bloqueadas por otros órganos como el páncreas, "Dijo Dai.

Existen otros métodos de obtención de imágenes que pueden producir imágenes de tejidos profundos, como la resonancia magnética (MRI) y la tomografía computarizada (CT). Pero las imágenes de fluorescencia se utilizan ampliamente en la investigación y requieren una maquinaria más simple.

Dai dijo que los nanotubos fluorescentes no son capaces de alcanzar la profundidad de las tomografías computarizadas o resonancias magnéticas. pero los nanotubos son un paso adelante en la ampliación de los usos potenciales de la fluorescencia como sistema de imágenes más allá de la superficie y aplicaciones cercanas a la superficie a las que se ha limitado hasta ahora.

Desde que se descubrió la fluorescencia de nanotubos hace unos diez años, los investigadores han intentado hacer que la fluorescencia sea más brillante, Dijo Dai. Todavía, se ha sorprendido un poco de lo bien que funcionan ahora en los animales.

"No imaginaba que realmente pudieran usarse en animales para obtener imágenes profundas como estas, ", dijo." Cuando miras imágenes como esta, tienes la sensación de que el cuerpo casi tiene algo de transparencia ".