El modelo de pulmón demuestra la viabilidad de la técnica de espectroscopia
Configuración de banco de laboratorio de fantoma de pulmón con matriz capilar y sondas GASMAS. Crédito: A. Pacheco, TNI
Respira profundo y agradable. Ahora imagina tus pulmones: una miríada de vías respiratorias como ramas, cada una con diminutas hojas parecidas a alvéolos. Esta estructura alveolar es clave para la absorción de oxígeno y la excreción de dióxido de carbono que llamamos «aliento». A medida que respiramos, el volumen de gases en los pulmones cambia continuamente con diversos grados de inhalación y exhalación. Estos volúmenes son médicamente importantes para la evaluación clínica y el diagnóstico de patologías respiratorias.
Una tecnología basada en la luz conocida como espectroscopia de absorción de gas en medios de dispersión (GASMAS) puede permitir la detección óptica no invasiva de los volúmenes respiratorios. Usando espectroscopía láser de diodo sintonizable, GASMAS convierte las señales ópticas en información para medir la concentración de gas. Los modelos de referencia, conocidos como «fantasmas», ofrecen características relevantes que ayudan a los investigadores de óptica biomédica a identificar los desafíos técnicos y las posibles aplicaciones de la tecnología GASMAS.
Como se informó en el Journal of Biomedical Optics, los científicos del Instituto Nacional Tyndall ( TNI) en Irlanda desarrolló recientemente un fantasma de pulmón que imita las propiedades ópticas y la estructura del pulmón, incluidos los diminutos alvéolos. La complejidad de la anatomía alveolar ha significado que los fantomas pulmonares de última generación anteriores la hayan descuidado. El trabajo realizado con este nuevo fantoma pulmonar demuestra la viabilidad de GASMAS para detectar cambios en el volumen de gas en un entorno controlado que imita el tejido pulmonar.
El trabajo anterior sobre el uso clínico de GASMAS para la atención de la salud respiratoria se ha centrado en los recién nacidos, porque el grosor de los órganos protectores que rodean sus pulmones está dentro de los límites de profundidad de penetración de la luz infrarroja cercana. Según la primera autora Andrea Pacheco, Ph.D. estudiante del Biophotonics@Tyndall Group, la extensión de la técnica GASMAS más allá de los recién nacidos dependerá de los avances en la miniaturización y la integración de endoscopios pulmonares con sondas GASMAS. «Un paso más en esa dirección podría ser colocar dos sondas GASMAS en miniatura en una geometría similar a la de un endoscopio y usar nuestro fantasma para determinar la calidad de la señal y la separación óptima entre la fuente y el detector», dice. Pacheco y sus coautores muestran los principios básicos involucrados en la recreación del tejido pulmonar. Los futuros investigadores pueden variar las dimensiones o la densidad de las bolsas de gas simplemente diseñando un nuevo soporte de capilares y utilizando capilares con diferentes radios internos.
Desafíos del fantasma de pulmón
Para imitar los alvéolos, la novela El fantoma pulmonar desarrollado por el equipo de TNI Biophotonics cuenta con un sistema de capilares que se pueden llenar de forma variable y progresiva con líquido que coincide con las propiedades ópticas del tejido pulmonar, lo que permite bolsas de aire incrementalmente variables que imitan los sacos alveolares llenos de aire. La transmisión de luz corresponde al contenido capilar de manera análoga al inflado y desinflado de los pulmones. Todo esto se lleva a cabo dentro de un entorno cuidadosamente controlado que imita la humedad y la temperatura del cuerpo, que normalmente se mantienen alrededor de los 37 grados centígrados.
Según Pacheco, los desafíos que implica la creación de un modelo relativamente complejo del pulmón para uso clínico requirió importantes inversiones de tiempo y energía: «La traducción clínica de las tecnologías existentes es un gran desafío. El trabajo relacionado con este artículo comenzó hace dos años». La parte más difícil del trabajo fue la necesidad de imitar la temperatura corporal y la humedad relativa de manera controlada.
Pacheco dice: «Fue frustrante simplemente tratar de mantener una temperatura de 37 grados centígrados dentro de la mitad de una botella». -lleno de agua. No importa lo que intenté, no logré hacer dos mediciones GASMAS consecutivas con los mismos (o al menos similares) parámetros. Y si esto era solo una botella, ¿cómo se suponía que debía moverme de allí para recrear ¿tejido pulmonar?»
Pacheco planteó el problema en una reunión con el equipo de biofotónica del TNI, incluido Brian C. Wilson de la Universidad de Toronto, quien estaba de visita en el instituto en ese momento. «Después de una lluvia de ideas, el camino para hacer un fantasma de tejido pulmonar parecía factible. Las habilidades únicas de cada uno de los coautores se combinaron con nuestro arduo trabajo para dar sus frutos», dice Pacheco.
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La tecnología de rayos X de campo oscuro mejora el diagnóstico de enfermedades pulmonares Más información: Andrea Pacheco et al, Fantasma de tejido pulmonar que imita las propiedades ópticas pulmonares, la humedad relativa y la temperatura: una herramienta para analizar los cambios en la absorción de oxígeno gaseoso para diferentes volúmenes inflados, Journal of Biomedical Optics (2021). DOI: 10.1117/1.JBO.27.7.074707 Información de la revista: Journal of Biomedical Optics
Proporcionado por SPIE Cita: El modelo de pulmón demuestra la viabilidad de la técnica de espectroscopia (2021 , 1 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-lung-viability-spectroscopy-technique.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.