Nueva tecnología podría hacer que las biopsias sean cosa del pasado
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Un equipo de Columbia Engineering ha desarrollado una tecnología que podría reemplazar las biopsias convencionales y la histología con imágenes en tiempo real dentro del cuerpo vivo. Descrito en un nuevo artículo publicado hoy en Nature Biomedical Engineering, MediSCAPE es un microscopio 3D de alta velocidad capaz de capturar imágenes de estructuras tisulares que podrían guiar a los cirujanos para navegar por los tumores y sus límites sin necesidad de extirpar tejidos y esperar los resultados de la patología.
Para muchos procedimientos médicos, en particular la cirugía y la detección del cáncer, es común que los médicos tomen una biopsia y corten pequeños trozos de tejido para poder observarlos más de cerca con un microscopio. «La forma en que se procesan las muestras de biopsia no ha cambiado en 100 años: se cortan, se fijan, se incrustan, se cortan, se tiñen con tintes, se colocan en un portaobjetos de vidrio y un patólogo las observa con un microscopio simple. Por eso puede llevar días escuchar noticias sobre su diagnóstico después de una biopsia», dice Elizabeth Hillman, profesora de ingeniería biomédica y radiología en la Universidad de Columbia y autora principal del estudio.
El grupo de Hillman soñaba con una alternativa audaz , preguntándose si podrían capturar imágenes del tejido mientras aún está dentro del cuerpo. «Tal tecnología podría brindarle al médico información en tiempo real sobre qué tipo de tejido está mirando sin la larga espera», explica. «Esta respuesta instantánea les permitiría tomar decisiones informadas sobre la mejor manera de extirpar un tumor y asegurarse de que no quede ninguno».
Otro beneficio importante del método es que cortar tejido, solo para descubrir qué es, es una decisión difícil para los médicos, especialmente para tejidos preciosos como el cerebro, la médula espinal, los nervios, el ojo , y áreas de la cara. Esto significa que los médicos pueden pasar por alto áreas importantes de la enfermedad. «Debido a que podemos obtener imágenes del tejido vivo, sin cortarlo, esperamos que MediSCAPE haga que esas decisiones sean cosa del pasado», dice Hillman.
Aunque ya hay algunos microscopios para guía quirúrgica disponibles, solo brinda a los médicos una imagen de un plano 2D pequeño y único, lo que dificulta examinar rápidamente áreas más grandes de tejido e interpretar los resultados. Estos microscopios generalmente también requieren que se inyecte un tinte fluorescente en el paciente, lo que lleva tiempo y puede limitar su uso para ciertos pacientes.
Durante la última década, Hillman, quien también es profesor de Herbert y Florence Irving en El Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de Columbia ha estado desarrollando nuevos tipos de microscopios para la investigación en neurociencia que pueden capturar imágenes 3D muy rápidas de muestras vivas como diminutos gusanos, peces y moscas para ver cómo las neuronas de sus cerebros y cuerpos se activan cuando se mueven. El equipo decidió probar si su tecnología, denominada SCAPE (microscopía de excitación plana alineada confocalmente barrida) podía ver algo útil en tejidos de otras partes del cuerpo.
«Uno de los primeros tejidos que observamos fue riñón fresco de ratón, y nos sorprendió ver estructuras magníficas que se parecían mucho a lo que se obtiene con la histología estándar», dice Kripa Patel, un Ph.D. reciente. Graduado del laboratorio Hillman y autor principal del estudio. «Lo que es más importante, no agregamos ningún tinte al ratón, todo lo que vimos fue fluorescencia natural en el tejido que, por lo general, es demasiado débil para ver. Nuestro microscopio es tan eficiente que pudimos ver bien estas señales débiles, a pesar de que también estábamos imágenes de volúmenes 3D completos a velocidades lo suficientemente rápidas como para desplazarse en tiempo real, escaneando diferentes áreas del tejido como si estuviéramos sosteniendo una linterna».
Mientras «viajaba», Patel podía incluso unir los volúmenes adquiridos y convertir los datos en grandes representaciones 3D del tejido que un patólogo podría examinar como si fuera una caja llena de portaobjetos de histología.
«Esto era algo que no esperaba que realmente pudiera ver estructuras en 3D desde diferentes ángulos», dice la Dra. Shana Coley, patóloga renal del Centro Médico de la Universidad de Columbia que colaboró estrechamente en el estudio. «Encontramos muchos ejemplos en los que no habríamos podido identificar una estructura a partir de una sección 2D en un portaobjetos de histología, pero en 3D pudimos ver claramente su forma. En particular, en patología renal, donde trabajamos rutinariamente con cantidades muy limitadas de tejido, cuanta más información podamos derivar de la muestra, mejor para brindar una atención más eficaz al paciente».
El equipo demostró el poder de MediSCAPE para una amplia gama de aplicaciones, desde el análisis del cáncer de páncreas en un ratón, al interés de Coley en la evaluación rápida y no destructiva de trasplantes de órganos humanos como los riñones. Coley ayudó al equipo a obtener muestras frescas de riñones humanos para demostrar que MediSCAPE podía detectar signos reveladores de enfermedad renal que coincidían bien con las imágenes histológicas convencionales.
El equipo también se dio cuenta de que al obtener imágenes de tejidos mientras están vivos en el cuerpo, podrían obtener incluso más información que a partir de biopsias extirpadas sin vida. Descubrieron que en realidad podían visualizar el flujo de sangre a través de los tejidos y ver los efectos a nivel celular de la isquemia y la reperfusión (cortar el suministro de sangre al riñón y luego dejar que fluya de nuevo).
«Comprender si los tejidos se mantienen saludables y si obtienen un buen suministro de sangre durante los procedimientos quirúrgicos es realmente importante», dice Hillman. «También nos dimos cuenta de que si no tenemos que quitar (y matar) los tejidos para mirarlos, podemos encontrar muchos más usos para MediSCAPE, incluso para responder preguntas simples como ‘¿qué tejido es este?’ o para navegar alrededor de nervios preciosos. Ambas aplicaciones son realmente importantes para las cirugías robóticas y laparoscópicas, donde los cirujanos están más limitados en su capacidad para identificar e interactuar con los tejidos directamente».
Un paso final crítico para el equipo fue reducir el gran formato de los microscopios SCAPE estándar en el laboratorio de Hillman a algo que cabría en una sala de operaciones y podría ser utilizado por un cirujano en el cuerpo humano. El becario postdoctoral Wenxuan Liang trabajó con el equipo para desarrollar una versión más pequeña del sistema con un mejor factor de forma y una tapa de imagen estéril. Doctor. El candidato Malte Casper ayudó a adquirir la primera demostración de MediSCAPE del equipo en un ser humano vivo, recopilando imágenes de una variedad de tejidos dentro y alrededor de la boca. Estos resultados incluyeron imágenes rápidas mientras un voluntario literalmente lamía el extremo de la sonda de imágenes, produciendo vistas detalladas en 3D de las papilas de la lengua.
Ansioso por llevar esta tecnología al siguiente nivel con un ensayo clínico más grande, el equipo está trabajando actualmente en la comercialización y la aprobación de la FDA. Hillman agrega: «Estamos tan sorprendidos de ver lo que MediSCAPE revela cada vez que lo usamos en un nuevo tejido, y especialmente que casi nunca necesitábamos agregar tintes o tinciones para ver estructuras que los patólogos pueden reconocer».
Hillman y su equipo esperan que MediSCAPE haga que la histología estándar sea cosa del pasado, poniendo el poder de la histología en tiempo real y la toma de decisiones en manos del cirujano.
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El microscopio de alta velocidad ilumina la biología a la velocidad de la vida Más información: Microscopía de hoja de luz de alta velocidad para la adquisición in situ de imágenes histológicas volumétricas de tejido vivo , Naturaleza Ingeniería Biomédica (2022). DOI: 10.1038/s41551-022-00849-7 Información de la revista: Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia Cita: La nueva tecnología podría make biopsies a thing of the past (28 de marzo de 2022) obtenido el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-technology-biopsies.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.