Para diagnosticar y tratar enfermedades con precisión, los médicos e investigadores necesitan ver el interior de los cuerpos. Las herramientas de imágenes médicas han recorrido un largo camino desde los humildes rayos X, pero la mayoría de las herramientas existentes siguen siendo demasiado toscas para cuantificar números o tipos específicos de células dentro de los tejidos profundos del cuerpo.

Los puntos cuánticos pueden hacer eso, según una nueva investigación en ratones de la Universidad de Illinois.

"Los puntos cuánticos pueden medir cosas en el cuerpo que son muy, muy dinámicas y complicadas y que no podemos ver actualmente. Nos dan la capacidad de contar células, detectar sus ubicaciones exactas y observar cambios a lo largo del tiempo. Creo que es realmente un gran avance", dice Andrew Smith, profesor del Departamento de Bioingeniería de la U of I y coautor de ACS Nano estudiar.

Los puntos cuánticos son nanopartículas cultivadas en laboratorio, de solo unos cientos de átomos de tamaño, con propiedades ópticas especiales detectables mediante microscopía estándar, tomografía (por ejemplo, escáneres PET/CT) e imágenes de fluorescencia. Según su tamaño y composición, los bioingenieros como Smith pueden hacerlos brillar en colores específicos y emitir luz en el espectro infrarrojo.

"Emitir luz en el infrarrojo es raro. Los tejidos emiten muy poca luz en el infrarrojo, por lo que si los coloca en el cuerpo, se ven muy brillantes. Podemos ver profundamente en el cuerpo y podemos medir las cosas con mayor precisión de lo que podríamos usando tecnología en el rango visible", dice Smith.

En el ACS Nano estudio, Smith y sus colegas soltaron puntos cuánticos en los macrófagos.

Cuando nuestros cuerpos necesitan engullir patógenos o limpiar desechos celulares, los macrófagos se ponen a trabajar. Uno de sus trabajos es iniciar la inflamación, haciendo que el ambiente sea inhóspito para los microbios dañinos. Pero a veces hacen ese trabajo demasiado bien. Según el tejido en el que se encuentren, la inflamación crónica debida a la actividad de los macrófagos puede provocar diabetes, problemas cardiovasculares, cáncer y más.

El equipo de la Universidad de I estaba particularmente interesado en los macrófagos en la grasa o tejido adiposo.

"Con el aumento de peso y la obesidad, se sabe que la cantidad de macrófagos aumenta en el tejido adiposo y tiende a cambiar hacia un fenotipo inflamatorio, lo que contribuye al desarrollo de la resistencia a la insulina y el síndrome metabólico. La cantidad y la ubicación de los macrófagos en el tejido adiposo están poco descritas, especialmente in vivo", dice Kelly Swanson, profesora de nutrición humana en el Departamento de Ciencias Animales de la U of I y coautora del estudio.

"Los puntos cuánticos desarrollados por nuestro grupo permiten una mejor cuantificación y caracterización de las células presentes en el tejido adiposo y su distribución espacial", añade.

El equipo creó puntos cuánticos recubiertos con dextrano, una molécula de azúcar que también se dirige a los macrófagos en el tejido adiposo. Como prueba de concepto, inyectaron estos puntos cuánticos en ratones obesos y compararon los resultados de las imágenes con dextrano solo, el estándar actual para obtener imágenes de macrófagos.

Los puntos cuánticos superaron al dextrano solo en todas las plataformas de imágenes, incluidas las técnicas ópticas simples.

"Los puntos cuánticos emiten una gran cantidad de luz, lo que nos da la capacidad de medir tipos de células específicas en mayor medida e identificar dónde están", dice Smith. "Ese grado de salida de luz permite el uso de técnicas ópticas, que son mucho más accesibles que otras tecnologías de imágenes. En comparación con los escáneres MRI y PET, son instrumentos económicos que se pueden colocar en una clínica pequeña. Todo el mundo podría tener uno".

Aunque los puntos cuánticos aún no se han usado en humanos, Swanson ve un futuro en el que una tecnología óptica simple como el ultrasonido podría usarse para diagnosticar y rastrear de forma no invasiva los macrófagos inflamatorios en pacientes con sobrepeso.

"Podría haber un dispositivo como un ultrasonido en el que escaneas a alguien, e incluso si el peso del paciente no ha cambiado, un médico podría decir si los tipos de células están cambiando. Más células inflamatorias podrían predecir la resistencia a la insulina y otros problemas", dice. . "Por eso me interesa, por sus propiedades diagnósticas".

Los puntos cuánticos no se usan en humanos porque generalmente están hechos con metales pesados ​​como cadmio y mercurio, y los científicos aún no han descubierto cómo se metabolizan y eliminan del cuerpo. Smith y su equipo están trabajando en puntos cuánticos fabricados con elementos más seguros, pero hasta entonces siguen siendo una herramienta de investigación invaluable. Por ejemplo, su largo tiempo de circulación (nueve veces más largo que el dextrano en el estudio actual) podría dar a los diagnosticadores una forma de ir más allá de una instantánea en el tiempo.

"Hay un gran nivel de variabilidad de los macrófagos, incluso a lo largo del día. El tejido adiposo puede tener un número muy alto a la mitad del día, y luego se reduce", dice Smith. "En los estudios con animales, podemos sacrificar animales al principio y al final de un día para estudiar la tendencia, pero con los puntos cuánticos, es posible que no tengamos que hacer eso. Podrías rastrear un animal a lo largo del tiempo para ver su progresión.

"Los puntos cuánticos ofrecen una gran cantidad de valor en los estudios con animales. Entonces, incluso si los puntos cuánticos no llegan a los humanos, si nunca encontramos una manera de hacerlos no tóxicos, el valor sigue siendo realmente grande". + Explora más

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