Tecnología e innovación

Nuevo sistema de imagen óptica podrían ser desplegados para encontrar pequeños tumores | Noticias del MIT

Muchos tipos de cáncer podría ser más fácil de tratar si se detecta en una fase temprana. Los investigadores del MIT han desarrollado un sistema de imágenes, llamado “el DELFÍN”, lo que podría permitirles encontrar pequeños tumores, tan pequeño como un par de cientos de células, en lo profundo del cuerpo.

En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron su sistema de imágenes, que depende de la luz del infrarrojo cercano, para realizar un seguimiento de 0,1 milímetros de la sonda fluorescente a través del tracto digestivo de un ratón vivo. También demostraron que se puede detectar una señal a una profundidad de tejido de 8 centímetros, mucho más profundo que cualquier existentes biomédica técnica de imagen óptica.

Los investigadores esperan para adaptar su tecnología de imagen para el diagnóstico precoz de ovario y otros tipos de cáncer que actualmente son difíciles de detectar hasta las etapas finales.

“queremos ser capaces de detectar el cáncer mucho antes”, dice Angela Belcher, el James Mason Artesanías Profesor de Ingeniería Biológica y la Ciencia de los Materiales en el MIT y miembro de la Koch Institute for Integrative la Investigación del Cáncer, y la newly-nombrado jefe del MIT, del Departamento de Ingeniería Biológica. “Nuestro objetivo es encontrar pequeños tumores, y hacerlo de una forma no invasiva.”

Belcher es el autor principal del estudio, que aparece en el 7 de Marzo del tema de la Informes Científicos. Xiangnan Dang, un ex MIT postdoc, y Neelkanth Bardhan, un Mazumdar-Shaw Internacional de Oncología Compañeros, son los autores principales del estudio. Otros autores incluyen la investigación de los científicos Jifa Qi y Ngozi Eze, ex postdoc Li Gu, postdoc Ching-Wei Lin, estudiante de posgrado de Swati Kataria, y Paula Hammond, el David H. Koch, Profesor de Ingeniería de la cabeza del MIT, del Departamento de Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch.

más Profundo de imágenes

los métodos Existentes para la obtención de imágenes de tumores, todos tienen limitaciones que les impiden ser útil para el diagnóstico temprano de cáncer. La mayoría tienen un compromiso entre la resolución y la profundidad de la imagen, y ninguna de las técnicas de imagen óptica se puede la imagen más profunda que la de unos 3 centímetros en el tejido. Comúnmente utilizado exploraciones, tales como rayos X de tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (MRI) de la imagen a través de todo el cuerpo; sin embargo, ellos no pueden identificar de forma fiable los tumores hasta llegar a alrededor de 1 centímetro de tamaño.

Belcher el laboratorio de desarrollo de nuevos métodos ópticos para el cáncer de imágenes de hace varios años, cuando se unió a la de Koch Institute. Querían desarrollar tecnologías que podrían imagen muy pequeños grupos de células de profundidad dentro del tejido, y hacerlo sin ningún tipo de marcación radiactiva.

la luz del infrarrojo Cercano, que tiene longitudes de onda de 900 a 1700 nanómetros, es muy adecuado para imágenes de tejidos porque la luz con longitudes de onda más largas no esparcir tanto como cuando se golpea los objetos, lo que permite que la luz penetre más profundamente en el tejido. Para tomar ventaja de esto, los investigadores utilizaron un método que se conoce como imágenes hiperespectrales, lo que permite imágenes simultáneas en múltiples longitudes de onda de la luz.

Los investigadores probaron su sistema con una variedad de infrarrojo cercano de la luz fluorescente emisor de sondas, principalmente de sodio itrio fluoruro de nanopartículas que tienen elementos de tierras raras, tales como el láser de erbio, holmio, o praseodimio agregado a través de un proceso llamado dopaje. Dependiendo de la elección del dopaje elemento, cada una de estas partículas se emite en el infrarrojo cercano fluorescente de luz de diferentes longitudes de onda.

el Uso de algoritmos que se han desarrollado, los investigadores pueden analizar los datos de la hiperespectral de análisis para identificar las fuentes de luz fluorescente de diferentes longitudes de onda, lo que les permite determinar la ubicación de un particular de la sonda. Profundizando en el análisis de la luz de más estrechas bandas de longitud de onda dentro de la totalidad del infrarrojo cercano del espectro, los investigadores pueden también determinar la profundidad a la que una sonda se encuentra. Los investigadores llaman a su sistema de “DELFÍN”, que significa “Detección de Ópticamente Sondas Luminiscentes utilizando Hiperespectral y difusa de Imágenes en el infrarrojo Cercano.”

Para demostrar la utilidad potencial de este sistema, los investigadores rastrearon una de 0.1 milímetro de tamaño de clúster de las nanopartículas fluorescentes que se ingiere y luego viajó a través del tracto digestivo de un ratón vivo. Estas sondas pueden ser modificados para que se meta y fluorescencia de la etiqueta específica de las células de cáncer.

“En términos de aplicaciones prácticas, esta técnica nos permitiría de forma no invasiva la pista de una de 0.1 milímetro de tamaño marcadas con fluorescencia tumor, el cual es un grupo de alrededor de unos pocos cientos de células. A nuestro conocimiento, nadie ha sido capaz de hacer esto previamente mediante técnicas de imagen óptica,” Bardhan, dice.

la detección temprana

Los investigadores también demostraron que podían inyectar partículas fluorescentes en el cuerpo de un ratón o una rata y, a continuación, la imagen a través de todo el animal, que requiere una imagen a una profundidad de unos 4 centímetros, para determinar donde las partículas terminó. Y en las pruebas con el tejido humano-imita y el tejido animal, ellos fueron capaces de localizar la sonda a una profundidad de hasta 8 centímetros, dependiendo del tipo de tejido.

Guosong Hong, profesor asistente de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford, se describe el nuevo método como “cambio de juego.”

“Esto es realmente un trabajo increíble”, dice Hong, quien no estuvo involucrado en la investigación. “Por primera vez, la imagen fluorescente se ha acercado a la profundidad de penetración de la TC y la RM, mientras que la preservación de su forma natural de alta resolución, por lo que es adecuado para escanear el cuerpo humano en su totalidad.”

Este tipo de sistema puede ser utilizado con cualquier sonda fluorescente que emite luz en el espectro del infrarrojo cercano, incluyendo algunas que ya están aprobados por la FDA, los investigadores dicen. Los investigadores también están trabajando en adaptar el sistema de imágenes de lo que podría revelar diferencias intrínsecas en el contraste de tejidos, incluyendo las firmas de las células tumorales, sin ningún tipo de etiqueta fluorescente.

en el trabajo En curso, están utilizando una versión relacionada con de este sistema de imagen para tratar de detectar los tumores de ovario en una etapa temprana. El cáncer de ovario se diagnostica muy tarde porque no hay ninguna manera fácil de detectar cuando los tumores son pequeños.

“el cáncer de Ovario es una enfermedad terrible, y éste se diagnostica de forma tardía debido a que los síntomas son tan anodino,” Belcher, dice. “Queremos un camino a seguir de la recurrencia de los tumores, y, finalmente, una manera de encontrar y seguir tumores tempranos de la primera vez que se vaya por el camino de cáncer o metástasis. Este es uno de los primeros pasos a lo largo del camino en términos de desarrollo de esta tecnología.”

Los investigadores también han comenzado a trabajar en la adaptación de este tipo de imágenes para detectar otros tipos de cáncer como el cáncer de páncreas, cáncer de cerebro, y el melanoma.

La investigación fue financiada por el Instituto Koch de la Frontera Programa de Investigación, el Mármol del Centro de Cáncer de la Nanomedicina, el de Koch Instituto Apoyo (core) de la Subvención del Instituto Nacional del Cáncer, el INSTITUTO nacional del cáncer Centro para el Centro de Cáncer de la Nanotecnología a la Excelencia, y el Proyecto del Puente.

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