El innovador sistema de imágenes endoscópicas puede detectar múltiples trazadores fluorescentes

Para los pacientes con cánceres sólidos, la cirugía endoscópica es una de las principales opciones de tratamiento para extirpar los tumores. Sin embargo, existe un alto riesgo de recurrencia del cáncer si queda una pequeña cantidad de células cancerosas después de la resección quirúrgica. Para evitar que esto suceda, los investigadores desarrollaron la cirugía guiada por fluorescencia (FGS). En FGS, a los pacientes se les inyecta una sonda fluorescente que se une preferentemente a las células tumorales, lo que permite a los cirujanos identificar fácilmente las lesiones con la ayuda de endoscopios especializados que emiten la luz de excitación necesaria.

Desafortunadamente, los tumores pueden ser muy heterogéneos y una sola sonda fluorescente no es suficiente para detectarlos a todos. Por lo tanto, una de las fronteras en FGS es el uso de cócteles de múltiples sondas fluorescentes (también conocidas como «trazadores») para detectar una gama más amplia de tumores, así como para reducir los falsos positivos y negativos. A pesar de algunos avances en esta dirección, todos los endoscopios clínicamente aprobados están optimizados para detectar un solo marcador. Además, los instrumentos de trazadores múltiples actualmente en desarrollo son voluminosos porque requieren múltiples sensores de imagen y componentes ópticos.

En un estudio publicado recientemente en Revista de óptica biomédica (JBO), un equipo de investigación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign informó sobre un novedoso sistema de imágenes endoscópicas cuyo diseño podría acelerar en gran medida la adopción de FGS de trazadores múltiples.

En el corazón de este diseño se encuentra un innovador sensor de imágenes hexacromático bioinspirado (BIS), que los investigadores modelaron basándose en el sistema visual del camarón mantis. El sensor consta de tres capas de fotodetectores apilados verticalmente cubiertos con una disposición similar a un tablero de ajedrez de dos filtros diferentes; uno filtra la luz visible y el otro filtra la luz infrarroja cercana (NIR).

El resultado es una cámara de un solo chip que puede capturar la luz de forma efectiva en seis canales espectrales diferentes, lo que la hace capaz de detectar incluso las diferencias más sutiles en la emisión de fluorescencia del tejido del que se están tomando imágenes. Para poner su desempeño en perspectiva, este BIS puede diferenciar trazadores fluorescentes con picos de emisión separados por solo 20 nanómetros (nm). Tal hazaña no es posible con los actuales instrumentos de imagen clínicamente aprobados.

Para poder utilizar el BIS de forma eficaz, los investigadores también tuvieron que diseñar una fuente de luz de excitación adecuada para activar los marcadores fluorescentes. Con este fin, utilizaron fibras ópticas bifurcadas personalizadas conectadas a tres fuentes de luz independientes: un LED blanco y dos láseres NIR a 665 y 785 nm. Los investigadores acoplaron la salida combinada de las fibras al comienzo del endoscopio rígido. De esta forma, al usar un solo sensor de imágenes y una sola entrada de luz, hicieron que el dispositivo fuera menos voluminoso que otros sistemas de imágenes de trazadores múltiples.

Los investigadores realizaron pruebas de caracterización y evaluación comparativa para determinar la resolución espacial y la sensibilidad del dispositivo. Además, realizaron en vivo experimentos en un modelo de ratón para el cáncer de mama. A estos ratones se les inyectó un marcador de 680 nm, un marcador de 800 nm o una mezcla igual de los dos. El sistema propuesto podría diferenciar claramente entre las firmas de fluorescencia producidas por los marcadores individuales y la mezcla.

Con el objetivo de mostrar el potencial clínico de su endoscopio, los investigadores lo utilizaron para obtener imágenes de nódulos de cáncer de pulmón que acababan de extraerse de los pacientes. Aunque a estos pacientes solo se les había inyectado un marcador fluorescente, el dispositivo propuesto todavía era capaz de distinguir con precisión los nódulos malignos del tejido sano.

En general, los investigadores lograron importantes avances en ingeniería que allanarán el camino para la adopción de FGS de trazadores múltiples. Gracias a su mayor resolución espacial y su notable capacidad para detectar pequeñas variaciones en la emisión de fluorescencia, el sistema de imágenes endoscópicas propuesto ayudará a los médicos a detectar con mayor facilidad tumores más pequeños u ocultos.