Innovador sistema de imágenes endoscópicas permite una cirugía del cáncer guiada por fluorescencia más precisa

La cirugía endoscópica, una opción de tratamiento primario para pacientes con cánceres sólidos, corre el riesgo de que el cáncer vuelva a aparecer si se pierde alguna célula cancerosa durante el proceso de extirpación del tumor. Para abordar este problema, los cirujanos han comenzado a utilizar la cirugía guiada por fluorescencia (FGS), en la que se inyecta en los pacientes una sonda fluorescente que se une preferentemente a las células tumorales. Esto ayuda a identificar fácilmente las lesiones utilizando endoscopios especializados que emiten la luz de excitación necesaria. Sin embargo, debido a la gran heterogeneidad de los tumores, una sola sonda fluorescente puede no ser suficiente para todas las detecciones, lo que lleva a un impulso hacia la FGS de trazadores múltiples que utiliza múltiples sondas fluorescentes para detectar una gama más amplia de tumores y reducir los falsos positivos y negativos. Sin embargo, la mayoría de los endoscopios clínicamente aprobados están diseñados para un solo trazador, y los dispositivos de múltiples trazadores en desarrollo tienden a ser voluminosos debido a la necesidad de numerosos sensores de imágenes y componentes ópticos.

En un nuevo estudio, un equipo de investigación de la Universidad de Illinois Urbana–Champaign (Champaign, IL, EUA) ha desarrollado un novedoso sistema de imágenes endoscópicas que tiene como objetivo acelerar la adopción de FGS con trazadores múltiples. El elemento central de esta innovación es un exclusivo sensor de imágenes hexacromático bioinspirado (BIS), inspirado en el sistema visual del camarón mantis. Comprende tres capas de fotodetectores apilados verticalmente, cubiertos con una disposición de filtros para luz visible y luz infrarroja cercana, similar a un tablero de ajedrez (NIR). La cámara de un solo chip creada puede capturar luz a través de seis canales espectrales diferentes, lo que permite la detección de diferencias sutiles en la emisión de fluorescencia del tejido capturado. Este BIS puede distinguir entre trazadores fluorescentes con picos de emisión separados por solo 20 nanómetros (nm), una capacidad que no está disponible en los instrumentos de imágenes actuales, clínicamente aprobados.

Imagen: El sensor bioinspirado para el sistema de imágenes endoscópicas incluye una matriz de píxeles que puede capturar luz en seis canales espectrales diferentes (Fotografía cortesía de SPIE)

Para aprovechar el BIS de manera efectiva, los investigadores desarrollaron una fuente de luz de excitación adecuada para activar los trazadores fluorescentes, utilizando fibras ópticas bifurcadas personalizadas conectadas a tres fuentes de luz independientes: un LED blanco y dos láseres NIR a 665 y 785 nm. La salida combinada de las fibras se acopló al comienzo del endoscopio rígido, lo que redujo el volumen del dispositivo en comparación con otros sistemas de imágenes de trazador múltiple mediante el uso de un solo sensor de imágenes y una sola entrada de luz. Después de las pruebas de caracterización y evaluación comparativa para determinar la resolución espacial y la sensibilidad del dispositivo, se realizaron experimentos in vivo en un modelo de ratón para cáncer de mama, inyectando un trazador de 680 nm, un trazador de 800 nm o una mezcla de ambos. El sistema propuesto diferenció efectivamente entre las firmas de fluorescencia producidas por cada trazador y sus mezclas.

Para demostrar el potencial clínico de su endoscopio, los investigadores lo utilizaron para obtener imágenes de nódulos de cáncer de pulmón recién extraídos de los pacientes. A pesar de que a los pacientes se les había inyectado solo un trazador fluorescente, el dispositivo distinguió con precisión los nódulos malignos del tejido sano. Esta investigación marca un avance de ingeniería significativo que podría permitir un uso más amplio de FGS con múltiples trazadores, ayudando a los médicos a identificar tumores más pequeños u ocultos debido a su mayor resolución espacial y capacidad para detectar variaciones menores en la emisión de fluorescencia. Esto podría mejorar potencialmente la supervivencia a largo plazo de los pacientes con cáncer operable.

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Universidad de Illinois Urbana–Champaign