Nueva Técnica Permite Obtener Imágenes Biológicas Más Nítidas

La nueva técnica genera imágenes más claras de los vasos sanguíneos

Una comparación de los vasos sanguíneos captados con imágenes de fluorescencia de onda corta (derecha) e imágenes de fluorescencia de infrarrojo cercano (izquierda). Ambas imágenes se basan en un tinte fluorescente llamado ICG, pero los vasos se pueden ver más claramente con imágenes de fluorescencia de onda corta. Cortesía de los investigadores

Las imágenes de fluorescencia se utilizan ampliamente para visualizar tejidos biológicos como la parte posterior del ojo, donde se pueden detectar signos de degeneración macular. También se usa comúnmente para obtener imágenes de los vasos sanguíneos durante la cirugía reconstructiva, lo que permite a los cirujanos asegurarse de que los vasos estén conectados correctamente.

Para estos procedimientos, así como para otros que ahora se encuentran en ensayos clínicos, como la obtención de imágenes de tumores, los investigadores utilizan una parte del espectro de luz conocido como infrarrojo cercano (NIR): de 700 a 900 nanómetros, un poco más allá de lo que el ojo humano puede detectar. Se administra un tinte que emite fluorescencia a esta longitud de onda en el cuerpo o tejido y luego se obtienen imágenes con una cámara especializada. Los investigadores han demostrado que la luz con longitudes de onda superiores a 1000 nanómetros, conocida como infrarrojo de onda corta (SWIR), ofrece imágenes mucho más claras que NIR, pero no hay tintes de fluorescencia aprobados por la FDA con un pico de emisión en el rango SWIR.

Un equipo de investigadores en MIT y el Hospital General de Massachusetts ahora ha dado un paso importante para hacer que las imágenes SWIR estén ampliamente disponibles. Han demostrado que un tinte comercialmente disponible y aprobado por la FDA que ahora se utiliza para imágenes de infrarrojo cercano también funciona muy bien para imágenes de infrarrojos de onda corta.

“Lo que encontramos es que este tinte, que ha sido aprobado desde 1959, es realmente el mejor, el fluoróforo más brillante que conocemos en este momento para la obtención de imágenes en el infrarrojo de onda corta”, dice Moungi Bawendi, profesor de Lester Wolf de Química en el MIT. “Ahora los médicos pueden comenzar a probar la imagen de onda corta para sus aplicaciones porque ya tienen un fluoróforo aprobado para su uso en humanos”.

Obtener imágenes de este tinte con una cámara que detecta luz infrarroja de onda corta podría permitir a los médicos e investigadores obtener imágenes mucho mejores de los vasos sanguíneos y otros tejidos corporales para el diagnóstico y la investigación.

Bawendi y el ex científico investigador del MIT Oliver Bruns son los autores principales del estudio, que aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences. Los autores principales del artículo son los estudiantes graduados del MIT Jessica Carr y Daniel Franke.

Cortando la niebla

El tinte que los investigadores utilizaron en este estudio, conocido como verde de indocianina (ICG), presenta una fluorescencia más intensa alrededor de los 800 nanómetros, que se encuentra dentro del rango del infrarrojo cercano. Cuando se inyecta en el cuerpo, viaja a través del torrente sanguíneo, lo que lo hace ideal para la angiografía (la visualización del flujo de sangre a través de los vasos). Algunos sistemas quirúrgicos asistidos por robot han incorporado imágenes de fluorescencia NIR para ayudar a visualizar los vasos sanguíneos y otras características anatómicas.

El equipo del MIT descubrió la utilidad de ICG para las imágenes SWIR de forma un tanto fortuita. Como parte de un experimento de control para otro artículo, probaron la salida de fluorescencia de puntos cuánticos frente a la salida de fluorescencia de ICG en el infrarrojo de onda corta. Esperaban que ICG no tuviera salida, pero se sorprendieron al descubrir que en realidad producía una señal muy fuerte.

El laboratorio de Bawendi y otros investigadores han estado interesados ​​en desarrollar fluoróforos para imágenes SWIR porque SWIR ofrece mejor contraste y claridad que NIR. La luz con longitudes de onda más cortas tiende a dispersarse por las imperfecciones de los objetos que golpea, pero a medida que las longitudes de onda se alargan, la dispersión se reduce considerablemente.

“En el infrarrojo cercano, muchas de las características que se ven en el tejido pueden verse borrosas, y una vez que se pasa al infrarrojo de onda corta, la imagen se aclara y todo se vuelve nítido”, dice Bruns.

El infrarrojo de onda corta también puede penetrar más profundamente en el tejido, aunque calcular exactamente hasta dónde es un proceso complicado, dicen los investigadores, porque depende del tamaño de la estructura que se está viendo y del campo de visión del microscopio. En el nuevo estudio, los investigadores pudieron ver varios cientos de micrómetros en el tejido utilizando un microscopio de fluorescencia normal. Normalmente, esta profundidad solo se puede alcanzar con microscopía de dos fotones, un tipo de imagen mucho más complicado y costoso.

“Descubrimos que el infrarrojo de onda corta es particularmente útil para obtener imágenes de objetos pequeños que se encuentran sobre un fondo grande, por lo que cuando desea hacer una angiografía de vasos pequeños o capilares, es significativamente más fácil en el infrarrojo de onda corta que en el infrarrojo cercano ”, dice Franke.

Una señal fuerte

En su estudio, los investigadores exploraron más a fondo el ICG y demostraron que da una señal más fuerte que otros tintes SWIR ahora en desarrollo. Los estudios anteriores de ICG se habían centrado en su emisión de alrededor de 800 nanómetros, donde es más brillante con fluorescencia, por lo que nadie había observado que el tinte también produjera una señal fuerte en longitudes de onda más largas. Aunque no emite fluorescencia de manera eficiente en el rango de infrarrojos de onda corta, ICG absorbe tanta luz que si incluso un pequeño porcentaje se emite como luz fluorescente, la señal es más brillante que la producida por otros tintes SWIR.

Los investigadores también encontraron que ICG es lo suficientemente brillante como para producir imágenes rápidamente, lo cual es importante para capturar el movimiento.

“Si no tiene una señal lo suficientemente fuerte, ralentiza el tiempo que se tarda en tomar la imagen, por lo que no puede usarla para obtener imágenes de movimiento como el flujo de sangre o los latidos del corazón”, dice Carr.

Los investigadores también probaron otro tinte que funciona en el infrarrojo cercano. Este tinte, llamado IRDye 800CW, es similar al ICG y puede unirse a anticuerpos que se dirigen a proteínas como las que se encuentran en los tumores. Descubrieron que el IRDye 800CW también presenta una fluorescencia intensa en la luz infrarroja de onda corta, que no se cree tan brillante como ICG, y demostraron que podían usarlo para obtener imágenes de un tumor canceroso en el cerebro de los ratones.

Para obtener imágenes de infrarrojos de onda corta, los laboratorios de investigación y los hospitales tendrían que cambiar de las cámaras de silicio que ahora se usan para imágenes NIR a una cámara de arseniuro de galio indio (InGaAs). Hasta hace poco, estas cámaras eran prohibitivamente caras, pero los precios han ido bajando en los últimos años.

El equipo de investigación ahora está investigando más a fondo por qué ICG funciona tan bien para imágenes de infrarrojos de onda corta y está tratando de identificar la longitud de onda óptima para su uso, que esperan les ayude a determinar las mejores aplicaciones para este tipo de imágenes. También están trabajando con otros laboratorios para desarrollar tintes que sean similares a ICG y podrían funcionar incluso mejor.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud a través del Centro de Investigación Biomédica Láser; MIT a través del Instituto de Nanotecnologías de Soldados; la Fundación Nacional de Ciencias; y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

Publicación: Jessica A. Carr, et al., “Imágenes de fluorescencia infrarroja de onda corta con el tinte verde de indocianina del infrarrojo cercano clínicamente aprobado”, PNAS, 2018; doi: 10.1073 / pnas.1718917115

Etiquetas:,

Añadir un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *