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Ver tumores con puntos cuánticos
Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (CMU), en Pittsburgh, están utilizando nanopartículas fluorescentes para obtener imágenes del tejido tumoral durante biopsias y cirugías. La técnica de imágenes, que se está probando en roedores, podría ser particularmente útil para detectar con precisión tumores durante cirugías para extirpar glioblastomas, una de las formas más comunes y agresivas de cáncer de cerebro. En promedio, los pacientes sobreviven menos de un año después del diagnóstico de esta forma mortal de cáncer de cerebro, en parte debido a la dificultad de extirpar quirúrgicamente todo el tumor.
Tumores resplandecientes: Los puntos cuánticos fluorescentes inyectados en ratas vivas se acumulan en los tumores cerebrales, pero no en el tejido circundante. Esta imagen combina una fotografía de luz blanca del cerebro con una imagen infrarroja en la que el azul es el nivel más bajo de intensidad y el rojo es el más alto. Los puntos cuánticos se concentran en un tumor en el cerebro a la izquierda; el cerebro de la derecha, un control, no contiene tumores.
Dirigido por el químico de CMU Marcel Bruchez y Steven Toms, director de neurocirugía de la Clínica Geisinger , en Danville, Pensilvania, los investigadores tomaron imágenes fluorescentes nítidas de tumores cerebrales, llamados gliomas, en ratas. A las ratas se les habían inyectado nanopartículas que emiten luz infrarroja cuando son excitadas por la luz visible. Los rayos infrarrojos producidos por las nanopartículas pueden captarse con una cámara pequeña y ser vistos por los cirujanos. Estos puntos cuánticos tienen un núcleo hecho de cadmio y telururo, rodeado por una capa de sulfuro de zinc, que a su vez está rodeada por una capa protectora de polímero.
Este tipo particular de tumor es poco distinguible, dice Bruchez. Y al extirpar tumores cerebrales, los cirujanos no pueden cortar márgenes amplios o los pacientes pueden perder la función cerebral.
Los cirujanos que extirpan un tumor cerebral ahora confían en una imagen tomada recientemente de una resonancia magnética (IRM) para orientarse. Pero, dice Bruchez, la consistencia del cerebro es como un cuenco de gelatina. Una vez que comienza a cortar y extraer tejido, las cosas se mueven y no puede confiar en las imágenes preoperatorias. Dice que los cirujanos dejan tejido de glioma más de la mitad del tiempo.
Una solución al problema es realizar varias resonancias magnéticas en el paciente durante la cirugía. Con esta guía adicional, mostró un estudio, los cirujanos pueden extirpar aproximadamente un 15 por ciento más de tejido de glioma. Pero los quirófanos que incorporan MRI son costosos y los cirujanos deben usar herramientas especiales que no se verán afectadas por el imán de MRI.
Bruchez y Toms encontraron que los puntos cuánticos brillantes inyectados en el torrente sanguíneo de una rata son llevados al tejido del glioma, pero no a otras áreas del cerebro, por células inmunes llamadas macrófagos. Estas células engullen desechos como nanopartículas y se trasladan a los tejidos infectados y cancerosos como parte de la respuesta inflamatoria del cuerpo. Los macrófagos no llegan al tejido cerebral sano.
Bruchez quiere construir un sistema de imágenes que sea compatible con los procedimientos operativos estándar. Equipar una sala de operaciones para imágenes infrarrojas de tumores implicaría agregar una cámara digital infrarroja e instalar filtros en las luces para eliminar la luz infrarroja ambiental, asegurando que la única luz infrarroja en la habitación provenga de puntos cuánticos. Los puntos cuánticos se pueden ajustar para emitir luz visible, lo que eliminaría la necesidad del sistema de imágenes, pero los médicos tendrían que apagar las luces para ver el brillo de los tumores, luego volver a encenderlos y reajustar sus ojos para continuar con la cirugía. .
Bruchez dice que él y sus colaboradores han tenido buenos resultados utilizando un sistema basado en la tecnología para realizar la extirpación quirúrgica de tumores en roedores, aunque estos resultados aún no se han publicado. Espera que el trabajo se aplique en general a varios tipos de cánceres; Otra investigación inédita de su grupo, dice, demuestra que la tendencia de los macrófagos a engullir puntos cuánticos y viajar con ellos al tejido tumoral es válida para muchos otros cánceres.
Bruchez y Toms también están desarrollando agujas de biopsia con sistemas de imágenes ópticas. Las biopsias de tumores cerebrales normalmente requieren mucho tiempo y son impredecibles. Vas a donde crees que está el tumor, sacas una muestra, la envías al laboratorio de patología y esperas en el quirófano los resultados, dice Bruchez. Si los cirujanos no detectaron el tumor, deben tomar otra muestra y esperar los resultados nuevamente. Si a un paciente se le inyectaran primero puntos cuánticos en busca de tumores que pudieran ser detectados por la aguja de biopsia, el proceso podría ser mucho más fácil.
Aún debe investigarse la seguridad de los puntos cuánticos para la obtención de imágenes cerebrales. Los núcleos de los puntos cuánticos utilizados por Bruchez están hechos de cadmio, y aunque hasta ahora no hay evidencia de que los puntos cuánticos que contienen cadmio sean tóxicos, algunos investigadores se muestran cautelosos. El cadmio es muy tóxico, señala Wenbin Lin , químico de la Universidad de Carolina del Norte que está desarrollando nanopartículas para resonancia magnética de alto contraste. Tenemos que preocuparnos por eso.
De hecho, dice Bruchez, existen preocupaciones con el cadmio, pero la formulación que se usa para la obtención de imágenes de fluorescencia debería hacer que el cadmio no sea biodisponible. Los polímeros orgánicos que rodean al cadmio no pueden descomponerse mediante procesos biológicos típicos, dice. Sin embargo, para abordar los problemas de toxicidad, Bruchez dice que está desarrollando técnicas de imágenes que requieren dosis más bajas de las partículas y métodos de encapsulación que hacen que el metal sea aún menos biodisponible.