Microscopía in vivo – Un Nuevo Enfoque de Bajo Costo para la Detección del Cáncer: 31 de Enero de 2011

La detección temprana es uno de los factores más importantes en la lucha contra el cáncer. Sin embargo, cada día muchas personas no son diagnosticadas. Los países en desarrollo carecen de los recursos y la infraestructura para sostener los sistemas de diagnóstico por imagen como CT (tomografía computarizada), PET (tomografía por emisión de positrones) y MRI (imagen por resonancia magnética). En el mundo desarrollado, tecnologías de detección y diagnóstico de primera categoría están disponibles, pero accesibles solamente a quienes pueden pagar por ellas.

Una Aplicación Inesperada para el iPhone – Microscopía in vivo para la Detección del Cáncer

Afortunadamente, mejoras recientes en el rendimiento técnico y la rentabilidad de dispositivos de imágenes electrónicos para consumidores, han sentado las bases para una alternativa de bajo costo a modalidades de imagen convencionales. Rebecca Richards-Kortum, profesora Stanley C. Moore de Bioingeniería en la Universidad Rice, y colaboradores del Centro de Cáncer M. D. Anderson de la Universidad de Texas y de la Escuela de Medicina Mount Sinai, querían ofrecer a los proveedores de atención médica un dispositivo de imagen que fuera barato pero que ofreciera una alta precisión diagnóstica. Ellos diseñaron un microscopio portátil que se puede insertar en una cavidad del cuerpo, como la boca, el esófago, o el cérvix. El dispositivo, que funciona con baterías y se denomina microendoscopio de fibra óptica, consiste de una luz LED, un lente objetivo de microscopio, un haz de fibra óptica flexible y delgado como un alambre, y una cámara digital de calidad de consumo.

(a) Microendoscopio de fibra óptica que funciona con baterías, metido dentro de un maletín de tamaño estándar, utiliza una cámara CCD y una computadora para capturar y mostrar las imágenes; (b) el microendoscopio de fibra óptica de bajo costo incorpora una cámara digital SLR estándar para capturar y mostrar imágenes.

Para visualizar las células, un tinte fluorescente no tóxico que mancha los núcleos de las células es aplicado a la zona sospechosa y el haz delgado de fibra óptica es insertado en el cuerpo. El otro extremo del haz de fibra óptica se conecta con el resto del microendoscopio (el lente objetivo, la cámara, y la luz LED), el cual permanece fuera del cuerpo. El tinte fluorescente brilla de color verde cuando se ilumina con una luz de un color específico. En cuestión de segundos, después de la aplicación del tinte y la inserción del haz de fibra óptica, una imagen amplificada de las células que están en contacto con la punta del haz se despliega en la pantalla LCD de la cámara en tiempo real, eliminando la necesidad de hardware adicional para el procesamiento de las imágenes. Los tejidos cancerosos pueden ser fácilmente distinguidos del tejido sano por la presencia de núcleos densos y desorganizados. (En los tejidos sanos, las células se colocan generalmente en capas en una forma ordenada). Los patólogos utilizan el mismo método para visualizar la arquitectura de los tejidos en muestras de biopsia.

“Podríamos utilizar una cámara científica, con un dispositivo de cargas acopladas (CCD, por sus siglas en inglés) y una computadora portátil, y construir un sistema como ese por menos de $4.000”, dice Richards-Kortum. Para reducir aún más los costos, el componente de la cámara digital puede ser reemplazado por un iPhone, que también permitiría el envío de imágenes a una ubicación central para el análisis de expertos. Por otra parte, los algoritmos de análisis de imagen digital podrían ser incorporados en el sistema para poder interpretar las imágenes en el punto de atención. Esta característica podría ser particularmente útil en los países todavía en desarrollo "a sí se le puede entrenar a alguien que no es un médico a identificar las regiones sospechosas", explica Richards-Kortum.

Biopsia Sin Cuchillo o Aguja

Aunque el microendoscopio provee mucha de la misma información que se podría obtener por una biopsia de tejido, no se pretende que elimine la necesidad de biopsias, afirma Richards-Kortum. Sin embargo, la tecnología podría reducir el número de biopsias dolorosas que deben tomar los médicos para hacer un diagnóstico. Muchas veces los médicos seleccionan las áreas de la biopsia al azar, esperando que no pasen por alto una lesión maligna, si es que el paciente tiene una. "Tenemos que tomar una gran cantidad de biopsias negativas para encontrar un área positiva. Esperamos que [esta] tecnología tendrá un alto valor predictivo negativo para no tener que tomar biopsias innecesarias”, dice Sharmila Anandasabapathy, colaboradora de Richards-Kortum y Profesora Asociada de Medicina y Gastroenterología, en la Escuela de Medicina Mount Sinai.

Imágenes in vivo utilizando el microendoscopio de fibra óptica en alta resolución revelan algunas de las mismas características de tejido que una histología convencional de una muestra de biopsia. Imágenes de la mucosa oral sana muestran núcleos pequeños uniformemente espaciados (a, microendoscopio; b, histología convencional). Imágenes del cáncer oral muestran núcleos grandes y con formas y espaciamiento variables (c, microendoscopio; d, histología convencional).

Una limitación importante del microendoscopio es que sólo toma imágenes del tejido que está en contacto con el haz de fibra óptica. El equipo de investigación está trabajando en expandir la penetración de la imagen a una profundidad de varias capas de células.

Una segunda limitación es el campo de vista estrecho del microscopio, que mide alrededor de 1 mm en diámetro. Anandasabapathy explica que llevaría horas el producir una imagen de toda la longitud del esófago (200 veces más que el campo de vista del microendoscopio), por ejemplo. Para superar esta limitación, ella utiliza el microendoscopio en combinación con una endoscopía de luz blanca y de alta definición, con una cromoendoscopía (una técnica más nueva que mancha las estructuras específicas en un tejido durante el procedimiento de la endoscopía), y con imágenes de banda estrecha (una técnica que utiliza diferentes colores de luz para intensificar la estructura fina del tejido, sin manchas). Aunque tienen una resolución inferior a la que proporciona el microendoscopio, estas técnicas avanzadas tienen un campo de vista más amplio que el microendoscopio y revelan más detalles del tejido que la endoscopía convencional.

Mejorando el Rendimiento, Ampliando las Aplicaciones

"Hemos estado utilizando esta tecnología bajo vigilancia, como un enfoque óptico para aumentar el rendimiento del diagnóstico y potencialmente también poder determinar si hemos eliminado completamente una zona durante la terapia endoscópica", dice Anandasabapathy. Ella agrega que con el uso de marcadores ópticos en la superficie del tejido, el dispositivo podría ayudar a guiar el pronóstico o tratamiento.

El microendoscopio está siendo probado en ensayos clínicos en China – donde hay una alta incidencia de cáncer del esófago – así como en Guatemala y Botswana – dos países que tienen una alta incidencia de cáncer del cérvix. "Nosotros, y otros grupos en el mundo, estamos trabajando en las maneras de ampliar la gama de cambios moleculares que podríamos convertir a imágenes con microscopios de este tipo”, dice Richards-Kortum. Por ejemplo, el dispositivo se ha mejorado recientemente para tomar imágenes de múltiples tintes fluorescentes, cada uno etiquetando una estructura diferente dentro de las células.

Para seguir desarrollando esta tecnología, Richards-Kortum y Anandasabathy formaron una asociación académica-industrial con Pentax. "Estamos desarrollando una tecnología de gran campo que podría ser utilizada a través del endoscopio para ayudar a dirigir el microendoscopio de fibra óptica. Vamos a comparar el rendimiento del microendoscopio de fibra óptica con el microendoscopio confocal de Pentax”, dice Richards-Kortum. Paralelamente a estos esfuerzos, el laboratorio de Richards-Kortum está desarrollando un microscopio lo suficientemente pequeño como para caber en una aguja de biopsia. El microendoscopio podría potencialmente proporcionar la misma información que una biopsia, sólo que en tiempo real, permitiendo a los pacientes a ser diagnosticados y comenzar el tratamiento en el momento de la visita clínica. Esta función será especialmente importante en los países en desarrollo, donde la ubicación remota de las clínicas y la pobreza impiden a los pacientes volver por los resultados de la prueba y el tratamiento.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Biongeniería e Imágenes Biomédicas y por el Instituto Nacional del Cáncer.

Referencias

Shin D, Pierce MC, Gillenwater AM, Williams MD, Richards-Kortum RR. A fiber-optic fluorescence microscope using a consumer-grade digital camera for in vivo cellular imaging. PLoS One. 2010 Jun 23;5(6):e11218.

Muldoon TJ, Thekkek N, Roblyer D, Maru D, Harpaz N, Potack J, Anandasabapathy S, Richards-Kortum R. Evaluation of quantitative image analysis criteria for the high-resolution microendoscopic detection of neoplasia in Barrett's esophagus. J Biomed Opt. 2010 Mar-Apr;15(2):026027.