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Un nuevo escáner que detecta la luz en el interior del cerebro podría revolucionar el tratamiento del cáncer y los programas de detección de la enfermedad de Alzheimer.
El dispositivo utiliza imágenes por resonancia magnética (IRM) para cartografiar cómo se propaga la luz en entornos opacos, captando los cambios dinámicos en los colores de los tejidos.
Podría cartografiar las fibras que estimulan las neuronas durante los experimentos o monitorizar a los pacientes que reciben terapias basadas en la luz para tumores.
El autor principal, el profesor Alan Jasanoff, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EE.UU., declaró: “Podemos obtener imágenes de la distribución de la luz en los tejidos. Eso es importante.
“Las personas que utilizan la luz para estimular o medir tejidos a menudo no saben muy bien adónde va la luz, dónde están estimulando o de dónde viene. Nuestra herramienta puede servir para resolver esas incógnitas”.
Los microscopios ópticos llevan observando el interior de células vivas y finas láminas de tejido desde finales del siglo XVI, pero hasta ahora no habían podido llegar más lejos.
explica el profesor Jasanoff: “Uno de los problemas persistentes en el uso de la luz, especialmente en las ciencias de la vida, es que no penetra muy bien en muchos materiales.
“Los materiales biológicos absorben la luz y la dispersan, y la combinación de esas cosas nos impide utilizar la mayoría de los tipos de imágenes ópticas para cualquier cosa que implique enfocar en el tejido profundo”.
Así que sus estudiantes ayudaron a diseñar un sensor que podía transformar la luz en una señal magnética.
El profesor Jasanoff dijo: “Queríamos crear un sensor magnético que respondiera a la luz localmente y, por tanto, no estuviera sujeto a absorbancia o dispersión. Luego, este detector de luz puede visualizarse mediante resonancia magnética”.
El laboratorio ya ha desarrollado sondas de IRM capaces de interactuar con diversas moléculas cerebrales, como la dopamina y el calcio.
Cuando se unen a sus objetivos, afectan a las interacciones magnéticas con el tejido circundante, atenuando o aclarando la señal.
La versión sensible a la luz encierra las partículas magnéticas en unas diminutas burbujas de grasa llamadas liposomas. Se vuelven “permeables” cuando se exponen a determinadas longitudes de onda.
Las partículas magnéticas, denominadas reporteros de nanopartículas liposomales (LisNR), interactúan con el agua y generan una señal detectable mediante IRM.
Los investigadores crearon partículas que se volvían permeables a la luz ultravioleta e impermeables a la luz azul. También respondían a otras longitudes de onda.
Los experimentos con ratas se centraron en una parte del cerebro llamada estriado, implicada en la planificación del movimiento y la respuesta a la recompensa.
Tras inyectar las partículas, los investigadores pudieron cartografiar la distribución de la luz procedente de una fibra óptica implantada en las proximidades.
Es similar a los utilizados para la estimulación optogenética. Así que este tipo de detección podría ser útil para los investigadores que realizan experimentos optogenéticos en el cerebro.
Según el profesor Jasanoff: “No esperamos que todo el mundo que haga optogenética utilice esto para cada experimento.
“Es más bien algo que harías de vez en cuando para ver si un paradigma que estás utilizando está produciendo realmente el perfil de luz que crees que debería”.
El dispositivo descrito en Nature Biomedical Engineering también podría ser útil para monitorizar a pacientes que reciben tratamientos que implican luz.
El profesor Jasanoff dijo que la terapia fotodinámica, por ejemplo, utiliza la luz de un láser o LED para matar las células cancerosas.
El Dr. Xin Yu, de la Facultad de Medicina de Harvard (Boston), que no participó en el estudio, añadió: “Este trabajo muestra un novedoso sensor que permite la detección de fotones con resonancia magnética a través del cerebro.
“Este esclarecedor trabajo introduce una nueva vía para tender puentes entre los estudios de neuroimagen basados en fotones y en protones”.
Los investigadores trabajan ahora en sondas similares que podrían utilizarse para detectar la luz emitida por las luciferasas, proteínas brillantes utilizadas en pruebas biológicas.
Podrían revelar si un gen concreto está activado o no. En la actualidad sólo se pueden observar en tejidos superficiales o en células cultivadas en una placa de laboratorio.
El profesor Jasanoff también espera utilizar la estrategia para diseñar sondas de IRM que puedan detectar estímulos distintos de la luz, como neuroquímicos u otras moléculas presentes en el cerebro.
Dijo: “El principio que utilizamos para construir estos sensores es bastante amplio y puede emplearse también para otros fines”. El dispositivo se describe en Nature BiomedicalIngeniería.
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