Las áreas de hipoxia, o bajo nivel de oxígeno en los tejidos, son características de los cánceres de crecimiento rápido y de obstrucciones o estrechamiento de los vasos sanguíneos, como los accidentes cerebrovasculares o la enfermedad arterial periférica. Investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado una forma de encontrar puntos hipóxicos de forma no invasiva en tiempo real.
Los investigadores desarrollaron una baliza molecular sensible al oxígeno que emite señales de ultrasonido en respuesta a la luz, un proceso llamado imagen fotoacústica, un método menos invasivo, de mayor resolución y menos costoso que el estándar clínico actual, que utiliza moléculas radiactivas y tomografías por emisión de positrones. En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturalezalos investigadores demostraron la capacidad de la sonda para obtener imágenes de tumores hipóxicos y arterias constreñidas en ratones.
«Podríamos darle a un médico una vista tridimensional y en tiempo real del tejido para guiar los procedimientos quirúrgicos y los planes de tratamiento», dijo el profesor de química Jefferson Chan, líder del estudio. La estudiante de posgrado Hailey Knox y el profesor de bioingeniería Wawrzyniec Lawrence Dobrucki fueron coautores del artículo.
«La capacidad de detectar esto de una manera que no requiera cirugía o que no dependa de métodos indirectos es realmente poderosa, porque en realidad se puede ver a medida que se desarrolla», dijo Chan.
Los métodos actuales para detectar la hipoxia en el tejido solo pueden identificar la hipoxia crónica y, por lo tanto, no pueden ayudar a los médicos a encontrar cánceres agresivos o afecciones agudas como un accidente cerebrovascular que requieren una intervención inmediata, dijo Chan. Dichos métodos se limitan a procedimientos invasivos que involucran agujas de electrodos grandes o imágenes indirectas con sondas radiactivas, que tienen los desafíos adicionales de activación e interferencia fuera del objetivo.
Las sondas moleculares desarrolladas por el grupo de Chan solo se activan cuando falta oxígeno. Cuando se excitan con la luz, producen una señal de ultrasonido, lo que permite obtener imágenes tridimensionales directas de áreas hipóxicas. Probaron el sistema en cultivos celulares y luego en ratones vivos con cáncer de mama y ratones con arterias constreñidas en las piernas.
«El sistema que usamos en este estudio es un sistema preclínico para animales. Sin embargo, en un entorno clínico, puede tomar una máquina de ultrasonido regular y equiparla con una fuente de luz; puede comprar LED por alrededor de $200 que son lo suficientemente potentes y seguro para aplicaciones clínicas», dijo Chan. Los médicos administrarían las moléculas fotoacústicas al paciente, ya sea inyectándolas en una vena o directamente en el sitio del tumor, y luego usarían la máquina de ultrasonido modificada para visualizar el área de interés.
Los investigadores descubrieron que su método fotoacústico podía detectar la hipoxia apenas unos minutos después de que se contrajera la arteria de un ratón, lo que resulta prometedor para encontrar rápidamente sitios de accidentes cerebrovasculares o coágulos de sangre en el tejido profundo. En los ratones con cáncer, las sondas permitieron imágenes ecográficas tridimensionales detalladas de los tumores hipóxicos.
«Sabemos que muchos tumores son hipóxicos, por lo que se han desarrollado muchos tratamientos nuevos que se activan en condiciones de deficiencia de oxígeno. Pero han sido inconsistentes en los ensayos clínicos, porque no todos los tumores son hipóxicos», dijo Chan. «Esto brinda a los científicos y médicos una forma de observar dentro de los tumores de manera no invasiva y determinar si el tumor de un paciente es hipóxico y si sería un buen candidato para un nuevo medicamento. Si el tumor no parece muy hipóxico, deben someterse a un tratamiento diferente. plan.»
Otra ventaja es el bajo costo de producción de las moléculas y su larga vida útil, dijeron los investigadores. Pueden permanecer estables durante años, mientras que las moléculas radiactivas deben utilizarse poco después de su fabricación y requieren una formación especial para su uso.
El grupo de Chan está explorando otros tipos de moléculas fotoacústicas que podrían generar imágenes de otras condiciones. Por ejemplo, están trabajando en sondas que pueden detectar cánceres específicos para que puedan encontrar cualquier lugar donde el cáncer se haya propagado o hecho metástasis en el cuerpo de un paciente.
«No solo se puede detectar un cáncer y descubrir sus propiedades, sino que tiene muchas vías para la atención del paciente. Podemos ver el iceberg completo en lugar de la punta del iceberg», dijo Chan.
