Una nueva técnica desarrollada en Caltech que utiliza microburbujas llenas de gas para enfocar la luz dentro del tejido podría algún día proporcionar a los médicos una forma mínimamente invasiva de destruir tumores con láser y conducir a una mejor imagen médica de diagnóstico.
El principal desafío al enfocar la luz dentro del cuerpo es que el tejido biológico es ópticamente opaco. A diferencia del vidrio transparente, las células y las proteínas que forman el tejido dispersan y absorben la luz ". Nuestros tejidos se comportan de manera muy similar a la niebla densa en la medida en que la luz espreocupado ", dice Changhuei Yang, profesor de ingeniería eléctrica, bioingeniería e ingeniería médica." Al igual que no podemos enfocar el faro de un automóvil a través de la niebla, los científicos siempre han tenido dificultades para enfocar la luz a través de los tejidos ".
Para solucionar este problema, Yang y su equipo recurrieron a las microburbujas, comúnmente utilizadas en medicina para mejorar el contraste en la ecografía.
Las microburbujas llenas de gas están encapsuladas por capas de proteínas delgadas y tienen un índice de refracción acústica, una propiedad que afecta la forma en que las ondas de sonido se propagan a través de un medio, diferente de la del tejido vivo. Como resultado, responden de manera diferente al sonido"Puedes usar ultrasonido para hacer que las microburbujas se contraigan y expandan rápidamente, y esta vibración ayuda a distinguirlas del tejido circundante porque hace que reflejen las ondas de sonido de manera más efectiva que el tejido biológico", dice Haowen Ruan, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Yang.
Además, el índice de refracción óptica de las microburbujas no es el mismo que el del tejido biológico. El índice de refracción óptica es una medida de cuánto se doblan los rayos de luz al pasar de un medio un líquido, por ejemplo a otro ungas.
Yang, Ruan y el estudiante graduado Mooseok Jang desarrollaron una técnica novedosa llamada enfoque óptico codificado por microburbujas de ultrasonido invertido TRUME que utiliza la falta de coincidencia entre los índices de refracción acústica y óptica de microburbujas y tejidos para enfocar la luz dentro del cuerpo., las microburbujas inyectadas en el tejido se rompen con ondas de ultrasonido. Al medir la diferencia en la transmisión de luz antes y después de tal evento, los investigadores de Caltech pueden modificar el frente de onda de un rayo láser para que se enfoque en las ubicaciones originales de las microburbujas.El resultado, explica Yang, "es como si estuvieras buscando a alguien en un campo oscuro, y de repente la persona suelta una bengala. Por un breve momento, la persona se ilumina y puedes concentrarte en su ubicación".
En un nuevo estudio, publicado en línea el 24 de noviembre de 2015, en la revista Comunicaciones de la naturaleza , el equipo demostró que su técnica TRUME podría usarse como una "estrella guía" efectiva para enfocar los rayos láser en ubicaciones específicas en un tejido biológico. Una microburbuja bien colocada fue suficiente para enfocar con éxito el láser; múltiples burbujas reventadas ubicadasdentro de la vecindad general de un objetivo funcionaba como un mapa para la luz.
"Cada evento emergente sirve como un mapa de ruta para las trayectorias de luz retorcidas a través del tejido", dice Yang. "Podemos usar ese mapa de ruta para dar forma a la luz de tal manera que converja donde exploten las burbujas".
Si se demuestra que TRUME funciona de manera efectiva dentro del tejido vivo, sin, por ejemplo, ningún efecto negativo de la explosión de microburbujas, podría permitir una gama de aplicaciones médicas y de investigación. Por ejemplo, combinando las microburbujas con una sonda de anticuerposDiseñados para buscar biomarcadores asociados con el cáncer, los médicos podrían apuntar y luego destruir tumores en el interior del cuerpo o detectar crecimientos malignos mucho antes.
"Las técnicas de ultrasonido y rayos X solo pueden detectar el cáncer después de que se forma una masa", dice Yang. "Pero con el enfoque óptico, podría atrapar células cancerosas mientras están experimentando cambios bioquímicos pero antes de que experimenten cambios morfológicos".
La técnica podría reemplazar a otros métodos de detección diagnóstica. Por ejemplo, podría usarse para medir las concentraciones de una proteína llamada bilirrubina en los bebés para determinar su riesgo de ictericia. "Actualmente, este procedimiento requiere una extracción de sangre,pero con TRUME, podríamos iluminar el cuerpo de un bebé y buscar la firma de absorción única de la molécula de bilirrubina ", dice Ruan.
En combinación con las técnicas existentes que permiten a los científicos activar neuronas individuales en animales de laboratorio utilizando la luz, TRUME podría ayudar a los neurocientíficos a comprender mejor cómo funciona el cerebro. "Actualmente, los neurocientíficos están confinados a las capas superficiales del cerebro", dice Yang. "Peronuestro método de enfoque óptico podría permitir una forma mínimamente invasiva de explorar regiones más profundas del cerebro ".
El documento se titula "Enfoque óptico dentro de medios de dispersión con luz codificada por microburbujas TRUME de ultrasonido con inversión de tiempo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Ker Than. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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