Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Los Puntos Cuánticos Podrían Guiar a Los Cirujanos

Wednesday, February 11, 2004

Los puntos cuánticos se iluminan para revelar el ganglio linfático de Troisier más cercano a un tumor. La identificación de la ubicación del ganglio simplifica la extirpación quirúrgica y el examen para determinar la presencia de cáncer. En la imagen anterior del ratón, el ganglio de Troisier (indicado po r la flecha) es claramente visible cinco minutos después de inyectar al animal puntos cuánticos en la pata izquierda. La cortesía de las fotos de la National Academy of Sciences de las fotos de los E.E.U.U. apareció originalmente en los procedimientos de la National Academy of Sciences. © 2004 del copyright.

Los puntos cuánticos se iluminan para revelar el ganglio linfático de Troisier más cercano a un tumor. La identificación de la ubicación del ganglio simplifica la extirpación quirúrgica y el examen para determinar la presencia de cáncer. En la imagen anterior del ratón, el ganglio de Troisier (indicado po r la flecha) es claramente visible cinco minutos después de inyectar al animal puntos cuánticos en la pata izquierda. La cortesía de las fotos de la National Academy of Sciences de las fotos de los E.E.U.U. apareció originalmente en los procedimientos de la National Academy of Sciences. © 2004 del copyright.

Realizar el seguimiento de la propagación de los tumores es una tarea complicada. Los cirujanos realizan biopsias en los ganglios linfáticos cercanos para determinar si el cáncer se ha propagado, pero esto puede tener efectos secundarios importantes. Ahora, investigadores dirigidos por el Dr. John V. Frangioni del Centro Médico Beth Israel Deaconess y el Centro Médico de Harvard han desarrollado un método novedoso para la obtención de imágenes que utiliza una tecnología llamada puntos cuánticos (QD por sus siglas en inglés) para identificar el ganglio linfático de Troisier más cercano al tumor. Al extraer y evaluar este único ganglio linfático, los cirujanos pueden reducir de manera importante el trauma de las biopsias de ganglios linfáticos. En la edición de Nature Biotechnology publicada en enero del 2004, el Dr. Frangioni y el Dr. Moungi G. Bawendi del Instituto de Tecnología de Massachussets, junto con sus colegas, describen cómo pueden utilizarse las diminutas partículas sintéticas de los puntos cuánticos para identificar los ganglios linfáticos de Troisier en ratones y puercos, lo que permitiría una escisión sencilla y precisa. La técnica de los puntos cuánticos podría mejorar también la visualización de las células cancerosas.

Los ganglios linfáticos del cuerpo con tamaño de frijol recogen y filtran el líquido linfático casi incoloro que baña y drena los tejidos. El trabajo principal de los ganglios linfáticos es atrapar y eliminar sustancias nocivas del organismo, tal como células cancerosas. Para encontrar el ganglio de Troisier, el ganglio linfático más cercano a un tumor, los cirujanos inyectan normalmente un colorante azul y un marcador radioactivo en los alrededores del tumor, y después utilizan un detector de radioactividad para identificar la ubicación general del ganglio linfático de Troisier. Una vez realizada la incisión, el colorante azul, localizado en el ganglio linfático, proporciona una guía mejor. La técnica es imprecisa todavía, y los cirujanos frecuentemente tienen dificultades para ubicar el ganglio linfático de Troisier. Si no se encuentra, se deben extraer y tomar muestras de muchos ganglios linfáticos, lo que puede causar un linfedema, entre otros efectos secundarios.

El grupo del Dr. Frangioni está entre los primeros en explorar las posibles aplicaciones médicas de los puntos cuánticos, que son cristales nanométricos metálicos que pueden fabricarse para emitir luz a longitudes de onda específicas en respuesta a iluminación. Para este estudio, los investigadores eligen la emisión de luz en el espectro cercano al infrarrojo, porque la piel y otros tejidos son parcialmente transparentes a esta longitud de onda, lo que permite la visualización directa de los puntos cuánticos desde la superficie externa de los tejidos. Además, los científicos modificaron los puntos cuánticos, protegiéndolos en un revestimiento orgánico y alteraron ligeramente la síntesis de forma que las partículas tendrían un tamaño aproximado de 15 a 20 nanómetros, el tamaño adecuado para circular libremente a través de los vasos linfáticos y para que los ganglios linfáticos pudieran atraparlos.

Cuando se inyectaban en el muslo de un puerco, una pequeña cantidad de la solución de puntos cuánticos se acumulaba rápidamente en el ganglio linfático de Troisier y lo iluminaba, lo que permitía su extirpación quirúrgica con una incisión mínima. Los avances en el desarrollo de los puntos cuánticos podrían finalmente eliminar la necesidad de marcadores radioactivos y colorantes, y minimizar la cirugía exploratoria. Puesto que los puntos cuánticos se congregan en la misma parte de los ganglios linfáticos que normalmente lo hacen las células cancerosas, su emisión brillante podría permitir a los patólogos limitar la búsqueda de células cancerosas.

El Dr. Frangioni y sus colegan están evaluando actualmente el uso de los puntos cuánticos para obtener imágenes de los ganglios linfáticos de Troisier en modelos animales de cáncer de colon, melanoma y cáncer de mama. Pero antes de poder evaluar el procedimiento en pacientes, sería necesario perfeccionar la fabricación de puntos cuánticos. Actualmente, los puntos cuánticos están compuestos de metales tóxicos, aunque los investigadores no observaron ninguna evidencia de efectos tóxicos en los animales estudiados. "La mayoría del trabajo previo con puntos cuánticos se ha realizado con disolventes orgánicos, pero estamos explorando la posibilidad de usar puntos cuánticos en fluidos corporales", dice el Dr. Frangioni. Finalmente, esto significará el ajuste de la química para eliminar la toxicidad.

Al Dr. Frangioni también le gustaría modificar la superficie de los puntos cuánticos con la esperanza de descubrir una aplicación más amplia, con el objetivo de dirigirse a los tumores. Un problema con la cirugía del cáncer es la incertidumbre de que se haya extirpado completamente el cáncer. Incluso pequeños fragmentos cancerosos que no se hayan extirpado pueden volver a producir un tumor. Los puntos cuánticos que iluminan de forma brillante el tejido canceroso podrían mejorar mucho el éxito de la cirugía del cáncer.

La financiación parcial de esta investigación procede del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering o NIBIB) mediante una subvención para Desarrollo y Exploración (R21/R33) concedida a los doctores Frangioni y Bawendi. Estas subvenciones apoyan proyectos innovadores de investigación, y a veces de mucho riesgo, con posibilidades de conseguir avances importantes en los campos de bioingeniería e imágenes biomédicas. El NIBIB, el instituto más nuevo de los Institutos Nacionales de la Salud, fue establecido en el año 2001 para mejorar la salud humana, favoreciendo la realización de descubrimientos, diseños y desarrollos fundamentales, para permitir la implementación de tecnologías en aplicaciones de bioingeniería e imágenes biomédicas.

"El tipo de investigación que estamos haciendo es para lo que se creó el NIBIB ?una colaboración entre químicos e ingenieros, capaz de mejorar el cuidado de los pacientes," dice el Dr. Frangioni. "Los recursos del NIBIB han sido increíblemente importantes para conseguir realizar este trabajo."

Esta investigación también fue apoyada por la National Science Foundation, la Oficina de Investigación Naval (Office of Naval Research), el Departamento de Energía (Department of Energy), Stewart Trust de Washington, DC y la Fundación de Ingeniería y Ciencia de Corea.

Referencia

Kim S, Lim YT, Soltesz EG , De Grand AM, Lee J, Nakayama A, Parker JA, Mihaljevic T, Laurence RG, Dor DM, Cohn LH, Bawendi MG, Frangioni JV. Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping. Nature Biotechnology 22:93-97, 2004.