Método de imágenes por fluorescencia retardada podría permitir extirpación quirúrgica eficaz del tumor

En el tratamiento quirúrgico del cáncer, es fundamental distinguir entre tumores y tejidos sanos. Los marcadores fluorescentes pueden ayudar a hacer esto al mejorar el contraste de los tumores durante la cirugía. Algunos marcadores muestran un fenómeno llamado "fluorescencia retardada" (FR) que se basa en la detección de "hipoxia" (o baja concentración de oxígeno), una condición que a menudo presentan los tumores. Las imágenes en tiempo real de la hipoxia pueden proporcionar un alto contraste entre los tumores y las células sanas. Esto puede permitir a los cirujanos extirpar el tumor de manera efectiva. Sin embargo, aún no se ha logrado la obtención de imágenes de hipoxia en tiempo real para la guía quirúrgica. En un nuevo estudio, los investigadores propusieron un sistema de imágenes ópticas que permite obtener imágenes en tiempo real de la concentración de oxígeno en los tejidos para tumores que presentan hipoxia crónica o transitoria. El equipo logró esto haciendo uso de una molécula endógena llamada protoporfirina IX (PpIX), que exhibe FR en la región del rojo al infrarrojo cercano.

El desafío técnico en la detección de FR se debe a su baja intensidad; el ruido de fondo dificulta la detección sin un solo detector de fotones. El equipo de investigadores del Colegio Dartmouth (Hanover, NH, EUA) superó este problema utilizando un sistema de imágenes cronometrado altamente sensible, que permite la detección de señales solo dentro de una ventana de tiempo específica. Esto reduce en gran medida el ruido de fondo y permite un mapeo directo de campo amplio de los cambios de presión parcial de oxígeno (pO2) con la señal de FR adquirida. El resultado es información metabólica en tiempo real, un mapa útil para la orientación quirúrgica.

El equipo demostró la eficacia de la técnica utilizando modelos de ratones con cáncer de páncreas, que presentaban tumores hipóxicos. La señal de FR obtenida de las células cancerosas fue cinco veces más fuerte que la de los tejidos oxigenados sanos circundantes. El contraste de la señal mejoró aún más cuando se palparon los tejidos antes de obtener imágenes para mejorar aún más la hipoxia transitoria. La obtención de imágenes de pO2 en los tejidos también podría permitir el control del metabolismo tisular. Esto, a su vez, nos ayudaría a comprender mejor la bioquímica involucrada en el suministro y consumo de oxígeno.

“Este es un reportero verdaderamente único de la presión parcial de oxígeno local en los tejidos. PpIX es sintetizado endógenamente por las mitocondrias en la mayoría de los tejidos, y la propiedad particular de la emisión de FR está directamente relacionada con la baja concentración de oxígeno en el microambiente”, explicó Brian Pogue, presidente de física médica de la Universidad de Wisconsin-Madison, profesor adjunto de ciencias de la ingeniería en el Colegio Dartmouth y autor principal del estudio. "Las células sanas mostrarán poco o nada de FR, porque se extingue en presencia de oxígeno molecular".

"La adquisición de fluorescencia rápida y retardada en un ciclo secuencial rápido permitió obtener imágenes de los niveles de oxígeno de una manera independiente de la concentración de PpIX", dijo el autor principal Arthur Petusseau, candidato a doctorado en Ciencias de la Ingeniería en el Colegio Dartmouth.

“Los resultados informados por el equipo de Petusseau sugieren que las imágenes de hipoxia son un método eficaz para identificar tumores en el tratamiento del cáncer”, dijo Frédéric Leblond, profesor de ingeniería física en Polytechnique Montréal y editor asociado de JBO. “La detección de FR por PpIX utiliza un tinte clínico conocido y un marcador humano ya aprobado, con un gran potencial para la guía quirúrgica y más”.

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