Los sensores fluorescentes, que se pueden usar para etiquetar y obtener imágenes de una amplia variedad de moléculas, ofrecen una visión única del interior de las células vivas. Sin embargo, por lo general solo se pueden usar en células cultivadas en una placa de laboratorio o en tejidos cerca de la superficie del cuerpo, porque su señal se pierde cuando se implantan demasiado profundo.
Los ingenieros del MIT han ideado ahora una manera de superar esta limitación. Usando una nueva técnica fotónica que desarrollaron para excitar cualquier sensor fluorescente, pudieron mejorar drásticamente la señal. Con este enfoque, los investigadores demostraron que podían implantar sensores a una profundidad de hasta 5,5 centímetros en el tejido y, aún así, obtener una fuerte señal.
"Si tiene un sensor fluorescente que puede sondear información bioquímica en cultivos celulares o en capas delgadas de tejido, esta tecnología le permite traducir todos esos tintes y sondas fluorescentes en tejido grueso"
Tal y como advierten sus creadores, este tipo de tecnología podría permitir el uso de sensores fluorescentes para rastrear moléculas específicas dentro del cerebro u otros tejidos en las profundidades del cuerpo, para el diagnóstico médico o para monitorizar los efectos de las drogas.
"Si tiene un sensor fluorescente que puede sondear información bioquímica en cultivos celulares o en capas delgadas de tejido, esta tecnología le permite traducir todos esos tintes y sondas fluorescentes en tejido grueso", apunta Volodymyr Koman, científico investigador del MIT y uno de los de los autores principales del nuevo estudio.
FLUORESCENCIA MEJORADA
Los científicos usan muchos tipos diferentes de sensores fluorescentes, incluidos puntos cuánticos, nanotubos de carbono y proteínas fluorescentes, para etiquetar moléculas dentro de las células. La fluorescencia de estos sensores se puede ver al iluminarlos con luz láser. Sin embargo, esto no funciona en tejido grueso y denso, o en lo profundo del tejido, porque el propio tejido también emite algo de luz fluorescente. Esta luz, llamada autofluorescencia, ahoga la señal que proviene del sensor.
"Todos los tejidos presentan autofluorescencia, y esto se convierte en un factor limitante", dice Koman, quien agrega que "a medida que la señal del sensor se vuelve más y más débil, la autofluorescencia del tejido la supera". Para superar esta limitación, el equipo del MIT ideó una forma de modular la frecuencia de la luz fluorescente emitida por el sensor para que pueda distinguirse más fácilmente de la autofluorescencia del tejido. Su técnica, a la que llaman filtrado de frecuencia inducida por longitud de onda (WIFF), utiliza tres láseres para crear un rayo láser con una longitud de onda oscilante.
Cuando este rayo oscilante brilla sobre el sensor, hace que la fluorescencia emitida por el sensor duplique su frecuencia. Esto permite que la señal fluorescente se distinga fácilmente de la autofluorescencia de fondo. Usando este sistema, los investigadores pudieron mejorar la relación señal-ruido de los sensores en más de 50 veces.
Una posible aplicación de este tipo de detección es monitorear la efectividad de los medicamentos de quimioterapia. Para demostrar este potencial, los investigadores se centraron en el glioblastoma, un tipo agresivo de cáncer cerebral. Los pacientes con este tipo de cáncer generalmente se someten a cirugía para extirpar la mayor cantidad posible del tumor y luego reciben el medicamento de quimioterapia temozolomida (TMZ) para tratar de eliminar las células cancerosas restantes.
"Estamos trabajando en tecnología para fabricar pequeños sensores que podrían implantarse cerca del propio tumor, lo que puede dar una indicación de la cantidad de fármaco que llega al tumor y si se metaboliza. Podría colocar un sensor cerca del tumor y verificar desde fuera del cuerpo la eficacia del fármaco en el entorno real del tumor", sentencian.