Como las tropas de las fuerzas especiales que marcan con láser objetivos para un piloto de bombardero, diminutas partículas que se pueden obtener imágenes de tres formas diferentes a la vez han permitido a los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford eliminar tumores cerebrales de ratones con una precisión sin precedentes.

En un estudio que se publicará en línea el 15 de abril en Medicina de la naturaleza , un equipo dirigido por Sam Gambhir, MARYLAND, Doctor, profesor y catedrático de radiología, mostró que las minúsculas nanopartículas diseñadas en su laboratorio se concentraron y destacaron los tumores cerebrales, delineando con precisión sus límites y facilitando enormemente su eliminación completa. La nueva técnica podría algún día ayudar a mejorar el pronóstico de los pacientes con cánceres cerebrales mortales.

Alrededor de 14, 000 personas son diagnosticadas anualmente con cáncer de cerebro en los Estados Unidos. De esos casos, alrededor de 3, 000 son glioblastomas, la forma más agresiva de tumor cerebral. El pronóstico del glioblastoma es sombrío:el tiempo medio de supervivencia sin tratamiento es de tres meses. La extirpación quirúrgica de tales tumores, un imperativo virtual siempre que sea posible, prolonga la supervivencia del paciente típico en menos de un año. Una de las principales razones de esto es que es casi imposible para el neurocirujano más capacitado extirpar todo el tumor sin afectar el cerebro normal.

"Con tumores cerebrales, Los cirujanos no pueden darse el lujo de extraer grandes cantidades de tejido cerebral normal circundante para asegurarse de que no queden células cancerosas. "dijo Gambhir, quien es Virginia y D.K. Profesor Ludwig de Investigación Clínica en Investigación del Cáncer y director del Programa de Imagen Molecular en Stanford. "Claramente hay que dejar intacta tanto como sea posible del cerebro sano".

Este es un problema real para los glioblastomas, que son tumores particularmente de bordes ásperos. En estos tumores, pequeñas proyecciones en forma de dedos comúnmente infiltran tejidos sanos, siguiendo los caminos de los vasos sanguíneos y los tractos nerviosos. Las micrometástasis plantean un desafío adicional:minúsculos parches tumorales causados ​​por la migración y replicación de las células del tumor primario. Las micrometástasis que salpican tejidos cercanos que de otra manera serían sanos, pero invisibles al ojo desnudo del cirujano, pueden convertirse en nuevos tumores.

Aunque la cirugía cerebral hoy en día tiende a ser guiada por el ojo desnudo del cirujano, nuevos métodos de imágenes moleculares podrían cambiar eso, y este estudio demuestra el potencial del uso de nanopartículas de alta tecnología para resaltar el tejido tumoral antes y durante la cirugía cerebral.

Las nanopartículas utilizadas en el estudio son esencialmente pequeñas bolas de oro recubiertas con reactivos de imagen. Cada nanopartícula mide menos de cinco millonésimas de pulgada de diámetro, aproximadamente una sexagésima parte de la de un glóbulo rojo humano.

"Presumimos que estas partículas, inyectado por vía intravenosa, se concentraría preferentemente en los tumores pero no en el tejido cerebral sano, "dijo Gambhir, quien también es miembro del Stanford Cancer Institute. "Los diminutos vasos sanguíneos que alimentan un tumor cerebral tienen fugas, así que esperábamos que las esferas sangraran de estos vasos y se alojaran en el material tumoral cercano ". Los núcleos de oro de las partículas, mejorados como están por recubrimientos especializados, luego haría las partículas simultáneamente visibles a tres métodos distintos de formación de imágenes, cada uno contribuyendo de forma única a un mejor resultado quirúrgico.

Uno de esos métodos, imagen de resonancia magnética, ya se utiliza con frecuencia para dar a los cirujanos una idea de en qué parte del cerebro reside el tumor antes de operar. La resonancia magnética está bien equipada para determinar los límites de un tumor, pero cuando se usa antes de la operación, no puede describir perfectamente la posición de un tumor de crecimiento agresivo dentro de un cerebro sutilmente dinámico en el momento en que se lleva a cabo la operación.

Las nanopartículas del equipo de Gambhir están recubiertas con gadolinio, un agente de contraste para resonancia magnética, de una manera que los mantenga unidos de manera estable a las esferas relativamente inertes en un ambiente parecido a la sangre. (En un estudio de 2011 publicado en Science Translational Medicine, Gambhir y sus colegas demostraron en modelos de animales pequeños que nanopartículas similares a las utilizadas en este nuevo estudio, pero sin gadolinio, no eran tóxicos.)

Un segundo, El método más nuevo es la imagen fotoacústica, en el que pulsos de luz son absorbidos por materiales como los núcleos de oro de las nanopartículas. Las partículas se calientan ligeramente, producir señales de ultrasonido detectables a partir de las cuales se puede calcular una imagen tridimensional del tumor. Debido a que este modo de obtención de imágenes tiene una penetración de alta profundidad y es muy sensible a la presencia de partículas de oro, puede ser útil para guiar la eliminación de la mayor parte de un tumor durante la cirugía.

El tercer método, llamada imagen Raman, Aprovecha la capacidad de ciertos materiales (incluidos en una capa que recubre las esferas de oro) para emitir cantidades de luz casi indetectables en un patrón característico que consta de varias longitudes de onda distintas. Las superficies de los núcleos de oro amplifican las débiles señales Raman para que puedan ser capturadas por un microscopio especial.

Para demostrar la utilidad de su enfoque, Los investigadores demostraron por primera vez a través de varios métodos que las nanopartículas del laboratorio se dirigían específicamente al tejido tumoral, y solo tejido tumoral.

Próximo, implantaron varios tipos diferentes de células de glioblastoma humano profundamente en el cerebro de ratones de laboratorio. Después de inyectar las nanopartículas que mejoran la imagen en las venas de la cola de los ratones, pudieron visualizar, con los tres modos de imagen, los tumores que habían generado las células del glioblastoma.

Las imágenes por resonancia magnética proporcionaron buenas imágenes preoperatorias de las formas y ubicaciones generales de los tumores. Y durante la operación en sí, la obtención de imágenes fotoacústicas permitió una precisión, visualización en tiempo real de los bordes de los tumores, mejorando la precisión quirúrgica.

Pero ni la resonancia magnética ni las imágenes fotoacústicas por sí mismas pueden distinguir el tejido sano del canceroso a un nivel lo suficientemente minucioso como para identificar hasta el último fragmento de un tumor. Aquí, el tercer método, Imágenes Raman, resultó crucial. En el estudio, Las señales Raman emanaron solo de nanopartículas instaladas en el tumor, nunca de tejido sano libre de nanopartículas. Entonces, después de que se haya eliminado la mayor parte del tumor de un animal, la técnica de imágenes Raman de alta sensibilidad fue extremadamente precisa para marcar las micrometástasis residuales y las diminutas proyecciones tumorales en forma de dedos aún escondidas en el tejido normal adyacente que se había pasado por alto en la inspección visual. Esta, Sucesivamente, permitió la eliminación de estos peligrosos restos.

"Ahora podemos conocer la extensión del tumor antes de ingresar al quirófano, ser guiado con precisión molecular durante el procedimiento de escisión en sí e inmediatamente después poder 'ver' el material tumoral residual que alguna vez fue invisible y sacarlo, también, "dijo Gambhir, quien sugirió que la propensión de las nanopartículas a calentarse por estimulación fotoacústica, combinado con su especificidad tumoral, también podría permitir su uso para destruir tumores de forma selectiva. También expresó su optimismo de que este tipo de precisión podría eventualmente aplicarse a otros tipos de tumores.