Un equipo de científicos de la Universidad de Harvard ha desarrollado una técnica de toma de imágenes no invasiva que captura imágenes a nivel molecular de forma tan rápida que es posible "observar" cómo se mueven los glóbulos rojos a través de los capilares de un ratón vivo. El sistema utiliza dos rayos láser fijados a diferentes frecuencias para excitar a ciertos tipos específicos de moléculas en la piel. Un detector diseñado a medida recoge la señal molecular excitada y la traduce en una imagen.Sunney Xie, profesor de química y biología química en Harvard, afirma que la técnica podría ser una alternativa no invasiva a las a menudo dolorosas y lentas biopsias.
"Para identificar un tumor sólido, los márgenes del tumor y la metástasis es necesario separar y diseccionar los tejidos, teñirlos con tinta, y mirarlos bajo un microscopio en un laboratorio de patología—un proceso que podría tardar de 15 a 20 minutos", afirma Xie . "Con este método, no necesitamos una biopsia, puesto que se pueden obtener imágenes casi idénticas sin cortar el tejido".
En la actualidad, los sistemas como la resonancia magnética (RM) y la tomografía por emisión de positrones (PET, por las siglas en inglés de Positron Emission Tomography) sirven como ventanas al mundo molecular. Los médicos utilizan estas herramientas para identificar enfermedades como el cáncer. Para detectar moléculas específicas o células cancerígenas, la RM requiere que el paciente ingiera agentes de contraste, o que se le inyecten, y la PET requiere el uso de bajas dosis de sustancias radioactivas. Sin embargo, los científicos han descubierto que estos compuestos, también conocidos como "etiquetas", pueden dañar o alterar los procesos celulares normales.
Por el contrario, la técnica de Xie no posee etiquetas, y saca partido de un sistema de imagen no invasiva llamado espectroscopia Raman. El nombre proviene del científico indio C.V. Raman, y la técnica se aprovecha del hecho de que ciertos enlaces moleculares vibran a frecuencias específicas. Cuando un láser monocromático ilumina una muestra molecular, las moléculas dispersan la luz de diversas maneras dependiendo de sus vibraciones naturales.
Sin embargo, asegura Xie, la señal de la espectroscopia Raman es débil, especialmente cuando se aplica a tejidos vivos, donde la composición molecular es heterogénea. Una señal molecular específica podría perderse en medio de otros ruidos retrodispersados. Para mejorar la sensibilidad, Xie y los estudiantes de postgrado Brian Saar y Christian Freudiger desarrollaron una configuración de imagen de alta velocidad con dos rayos láser en lugar de uno convencional, sacando partido a un proceso conocido como espectroscopia Raman estimulada. La meta de los científicos es producir imágenes sin etiquetas de una amplia gama de moléculas en animales vivos, así como en seres humanos.
Utilizando el conocimiento de la frecuencia de vibración de una proteína específica en las glóbulos rojos de la sangre, el equipo configuró un rayo láser a una frecuencia alta y el otro a una frecuencia más baja para que la diferencia entre las dos frecuencias igualase la frecuencia vibratoria de la proteína. A través de un sistema de espejos, hicieron que los dos rayos láser entrasen a través de una abertura pequeña dentro del ratón. La combinación de los dos rayos láser excitó las moléculas de proteína en la superficie de la imagen e hizo que todas vibrasen u oscilasen en sincronía. Xie compara el fenómeno con reajustar un grupo de péndulos.
“Si tenemos un gran número de péndulos, cada uno de ellos oscila en la misma frecuencia, pero se distribuyen al azar en su fase", señala Xie. "Eso es lo que sucede con la espectroscopia Raman convencional. Sin embargo, nosotros obligamos a todos los péndulos a ir a la izquierda y a la derecha al mismo tiempo, así que al final tenemos una señal mucho más fuerte".
El grupo desarrolló un detector hecho a medida para recoger la señal molecular, y descubrió que la señal era miles de veces más fuerte que en la espectroscopia Raman convencional. A partir de la señal, los investigadores obtuvieron imágenes rápidas y detalladas de los glóbulos rojos de la sangre moviéndose a través de los capilares de la piel de un ratón. Utilizando la misma tecnología, también observaron el comportamiento del trans-retinol, un compuesto común dentro del cuidado de la piel, al tiempo que era absorbido en la oreja de un ratón.
"Este trabajo debería abrir nuevas oportunidades dentro del estudio de la composición de los cambios químicos y el transporte de medicamentos", afirma Shuming Nie, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Emory. "Esta técnica es considerablemente más sensible y posee una mejor resolución espacial, aunque todavía está limitada a profundidades de penetración muy pequeñas".
Hasta el momento, Xie y sus colegas sólo han sido capaces de crear imágenes a una profundidad de 100 micras, sobre todo debido a las limitaciones de las técnicas basadas en láser. Xie explica que una solución podría ser emparejar la técnica con un sistema de imagen como la resonancia magnética, capaz de producir imágenes más profundas en el cuerpo, aunque con menos claridad.
El equipo está trabajando con el ingeniero mecánico Eric Seibel en la Universidad de Washington para diseñar un endoscopio que pueda albergar el sistema de láser doble, con el fin de poder introducirlo a través del cuerpo y crear imágenes detalladas de órganos y tejidos. Con esa capacidad, afirma Ji-Xin Cheng, profesor asociado de ingeniería biomédica de la Universidad de Purdue, los médicos podrían ser capaces de identificar otras enfermedades que se manifiesten en la superficie de otros órganos de la piel.
"Algunos cánceres comienzan en la capa epitelial, o la superficie de los tejidos, como el cáncer de colon", señala Cheng. "El diagnóstico de este tipo de cáncer podría ser una buena aplicación para un sistema como este".
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