Agujas médicas del siglo XXI para diagnósticos de cáncer de alta tecnología
Al acoplar ondas de ultrasonido a una aguja médica, los investigadores pudieron hacer que la punta de una aguja médica vibre 30 000 veces por segundo. La nueva tecnología podría mejorar el manejo del cáncer. Crédito: Universidad Aalto
El diagnóstico de enfermedades como el cáncer casi siempre requiere un procedimiento de biopsia en el que un médico extrae una muestra de tejido sospechoso del cuerpo para examinarla, generalmente bajo un microscopio. Muchas áreas de la medicina de diagnóstico, especialmente el tratamiento del cáncer, han visto grandes avances en la tecnología, con secuenciación genética, biología molecular e inteligencia artificial que aumentan rápidamente la capacidad de los médicos para determinar qué le pasa a un paciente. Sin embargo, la tecnología de las agujas médicas no ha cambiado drásticamente en 150 años y, en el contexto del tratamiento del cáncer, las agujas luchan por proporcionar muestras de tejido adecuadas para las nuevas técnicas de diagnóstico. Ahora, los investigadores han demostrado que modificar la aguja de biopsia para que vibre rápidamente a 30 000 veces por segundo no solo proporciona datos suficientes para las necesidades de diagnóstico del siglo XXI, sino que también es potencialmente menos doloroso y menos traumático para los pacientes.
«Los rendimientos de las biopsias respecto a la cantidad de tejido extraído a menudo son inadecuados, y algunos estudios muestran que hasta un tercio de las biopsias con aguja fina tienen dificultades para obtener suficiente tejido para un diagnóstico confiable», dice el profesor Heikki Nieminen, del Departamento de Neurociencia de la Universidad de Aalto. e Ingeniería Biomédica. «Una biopsia puede ser dolorosa, y la espera de los resultados de una prueba de diagnóstico puede ser un momento muy angustioso para el paciente y la familia, especialmente si el diagnóstico necesita nuevas biopsias para ser concluyente. Queríamos que el procedimiento fuera más suave para el paciente». paciente, y aumentar la certeza de que la prueba será capaz de darnos una respuesta en el primer intento». El profesor Nieminen estaba de visita en la Universidad de Toronto, Canadá, para trabajar con el profesor Kenneth Pritzker, patólogo del Hospital Mount Sinai de Toronto, así como investigador universitario en la Facultad de Medicina de Temerty. Fue mientras almorzaban un día que Pritzker sugirió que tal vez la solución al problema podría abordarse con la ayuda de ultrasonido.
Uno de los métodos de biopsia menos dolorosos se llama «biopsia con aguja fina», que utiliza una aguja del mismo grosor que en muchos otros procedimientos médicos. Sin embargo, para tratamientos de diagnóstico más avanzados, como los que se usan en el cáncer, solo con agujas finas no obtiene suficiente material de manera rutinaria, por lo que la práctica actual es a menudo usar una aguja mucho más gruesa, llamada aguja central». Son dolorosas para el paciente y también pueden causar sangrado; no desea usar una aguja central a menos tengo que hacerlo», dice Pritzker. «A la temperatura corporal, el tejido humano existe como algo que se comporta a medio camino entre ser sólido y líquido. El avance aquí es que al hacer que la punta de la aguja vibre ultrasónicamente, podemos hacer que el tejido fluya más como un líquido, lo que nos permite extraer más a través de una aguja estrecha».
Se siente como una aguja normal
En un nuevo artículo, publicado en Scientific Reports, el equipo comparte con el resto del mundo lo bien que funcionan estas agujas vibratorias ultrasónicas. «Las vibraciones proporcionan energía al tejido para hacerlo más fluido. como», explica el primer autor del artículo, Emanuele Perra, que trabaja en el grupo de Nieminen en la Universidad Aalto. «Las vibraciones se localizan solo en la punta, por lo que no afecta a ningún otro tejido, excepto a una pequeña región alrededor de la aguja. Pudimos demostrar que las vibraciones ultrasónicas aumentan el rendimiento de la biopsia de tres a seis veces en comparación con la misma aguja sin ultrasonido, que fue incluso mayor de lo que esperábamos». Las vibraciones están muy por encima del rango auditivo para los humanos, y la amplitud de las ondas es lo suficientemente pequeño como para que no se sienta muy diferente a un análisis de sangre normal.
El gran aumento en la cantidad de tejido extraído en la biopsia significa que es muy útil para la tendencia creciente de alto -tecnología del tratamiento del cáncer. Un ejemplo de ello es el diagnóstico molecular, que examina la composición química de los tumores, para permitir a los médicos dirigir el tratamiento de manera más eficaz a un tipo específico de cáncer. «El diagnóstico molecular es un proceso costoso, y es una costosa pérdida de dinero que falle porque la calidad del material recolectado en la biopsia no era lo suficientemente buena», explica Pritzker.
La tecnología que alimenta la aguja es acústica no lineal, donde las vibraciones pasan a través de una estera Los materiales tienen una amplitud tan grande que interactúan con el material mismo. Estas interacciones permitieron a los diseñadores de la aguja concentrar toda la energía solo en la punta de la aguja y medir sus efectos. «Hemos podido caracterizar muy bien las vibraciones en el extremo de la aguja. Hemos utilizado cámaras de alta velocidad que nos han permitido estudiar los efectos físicos de la aguja vibratoria en los límites entre fluidos, sólidos y aire con un detalle sin precedentes». «, dice Nieminen. «La rica comprensión que logramos obtener de la física nos permitió diseñar el dispositivo médico y comprender cómo podría usarse para diferentes propósitos médicos».
Crédito: Universidad Aalto
Ensayos médicos en marcha
Se espera que la aguja pase pronto a estudios con pacientes reales de cáncer, aunque por el momento solo con los de cuatro patas. Se espera que pronto un hospital veterinario especializado en Canadá pruebe el dispositivo en mascotas domésticas con cáncer, y si todo sale como se espera, el equipo espera que sus agujas se utilicen en pacientes humanos poco después.
«La oncología moderna no solo toma una biopsia al comienzo del tratamiento», explica Nieminen. «Cada vez más, los oncólogos quieren poder tomar múltiples biopsias para rastrear cómo los tumores están cambiando y respondiendo en el transcurso del tratamiento. Queremos que las herramientas para estas biopsias sean lo más efectivas e indoloras posible».
Mientras el equipo prepara las agujas para las biopsias del mundo real, también están entusiasmados con las aplicaciones futuras que aún están investigando. «El efecto que las vibraciones ultrasónicas tienen en el tejido también podría funcionar al revés», explica Perra, «las vibraciones podrían facilitar la administración de productos farmacéuticos de manera específica en tejidos como el hígado. También podrían romperse pequeños objetos duros en los tejidos blandos, como cálculos renales o incluso pequeños tumores, todo de forma mínimamente invasiva». Al combinar expertos en física acústica con expertos en tecnología médica, el equipo espera que surjan muchas más innovaciones de su actualización del siglo XXI de la humilde aguja médica.
El artículo «La actuación ultrasónica de una aguja fina mejora el rendimiento de la biopsia» se publica en Scientific Reports.
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Aumento de infecciones relacionadas con biopsias con aguja de próstata en Nueva York Más información: Emanuele Perra et al. La actuación ultrasónica de una aguja fina mejora el rendimiento de la biopsia, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-87303-x Información de la revista: Scientific Reports
Proporcionado por Aalto University Cita: Agujas médicas del siglo XXI para diagnósticos de cáncer de alta tecnología (21 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-21st-century-medical-needles-high-tech.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.