Tomografía fotoacústica para detección temprana de melanomas

Dos aplicaciones nuevas diseñadas por dos investigadores han producido una técnica de imaginología y un agente de contraste que producen imágenes del melanoma con claridad tridimensional (3D) notable.

Dos científicos de la Universidad de Washington en St. Louis (MO, EUA) han desarrollado tecnologías que juntas prometen resolver este problema difícil. Su solución descrita en la edición de Julio de 2010 de la revista de la ACS [Sociedad Americana de Química] "Nano", combina una técnica de imaginología desarrollada por Lihong Wang, Ph.D., un profesor de ingeniería biomédica, y un agente de contraste desarrollado por Younan Xia, Ph.D., un profesor de ingeniería biomédica.

La técnica de imaginología se basa en el efecto foto-acústico descubierto por Alexander Graham Bell hace 100 años. Bell explotó el efecto en lo que él consideraba su más grande invento, el fototeléfono, que convertía el sonido en luz, transmitía la luz, y luego la convertía de nuevo a sonido en el receptor. En el efecto de Bell, la absorción de la luz calienta ligeramente un material, típicamente una cuestión de milikelvins, y el aumento de temperatura causa expansión termoelástica. El Dr. Wang explicó, "Usamos un computador para reconstruir una imagen. Estamos esencialmente oyendo a una estructura en vez de observarla".

La tomografía fotoacústica (TFA) puede detectar estructuras profundas que absorben fuertemente la luz debido a que el sonido se dispersa mucho menos que la luz, en el tejido. La TFA mejora la transparencia tisular en dos a tres órdenes de magnitud", declaró el Dr. Wang. Además es mucho más segura que otros medios de imaginología profunda. Utiliza fotones cuya energía es solo un par de electrón-voltios, mientras que los rayos-x tienen energías en miles de electrón-voltios. La tomografía de emisión de positrones (TEP) también requiere fotones de alta energía, según el Dr. Wang.

Las imágenes fotoacústicas de tejido biológico pueden ser hechas sin el uso de agentes de contraste, particularmente si los tejidos están pigmentados por moléculas como hemoglobina o melanina. Sin embargo, las imágenes fotoacústicas de los melanomas son borrosas y vagas alrededor de los bordes. Para mejorar el contraste entre el tejido maligno y el normal, el Dr. Xia carga el tejido maligno con oro. "Una nanojaula de oro absorbe tanta luz como un millón de moléculas de melanina", dijo el Dr. Xia.

El agente de contraste del Dr. Xia consta de cajas de oro huecas, de modo que pueden ser vistas únicamente a través del color que colectivamente le dan al líquido en que flotan. Alterando el tamaño y la geometría de las partículas, pueden ser afinadas para absorber o dispersar la luz en un rango amplio de longitudes de onda. De esta manera, las nanopartículas se comportan de manera muy diferente al oro voluminoso.

Para la imaginología fotoacústica, el equipo del Dr. Xia afina las nanojaulas para que absorban fuertemente a 780 nm, una longitud de onda con una ventana estrecha de transparencia tisular cercana al infrarrojo. La luz en este "sweet spot" puede penetrar hasta varias pulgadas en el cuerpo. Una vez inyectadas, las partículas de oro tienden naturalmente a acumularse en los tumores debido a que las células que delinean los vasos sanguíneos de un tumor son confusas y tienen fugas.

Sin embargo, el Dr. Xia ha aumentado dramáticamente la tasa de captación por medio del embellecimiento de las nanopartículas con una hormona que se une a los receptores de la hormona en las células de melanoma. La molécula es la hormona estimulante, alfa-melanocito, modificada ligeramente para hacerla más estable en el cuerpo. Esta hormona estimula normalmente la producción y liberación del pigmento café melanina en la piel y el pelo.

Como es el caso en muchos tipos de cánceres, esta hormona parece disparar el crecimiento de las células cancerosas, que producen más receptores hormonales que las células normales. En experimentos con ratones, los melanomas captan cuatro veces el número de nanojaulas "funcionalizadas" que las nanojaulas recubiertas con un compuesto químico inerte. Con el agente de contraste, la señal fotoacústica del melanoma fue 36% más fuerte. Los melanomas subcutáneos de los ratones apenas visibles a simple vista se muestran distintivamente en las imágenes fotoacústicas, sus áreas de malignidad se revelan claramente.

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Washington University in St. Louis