El microscopio. Imagen: Dennis Wise. Fuente: UW.
Los cirujanos que eliminan un tumor maligno en el cerebro no quieren dejar material canceroso, pero también tratan de proteger la parte sana y minimizar el daño neurológico.
Una vez que abren el cráneo de un paciente, no hay tiempo para enviar muestras de tejido a un laboratorio de patología -donde normalmente son congeladas, rebanadas, coloreadas, montadas en portaobjetos y exploradas en un voluminoso microscopio- para distinguir definitivamente entre las células cerebrales cancerosas y las normales.
Pero ahora, un microscopio de mano, en miniatura, que está siendo desarrollado por ingenieros mecánicos de la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.) podría permitir a los cirujanos "ver" a nivel celular en la sala de operaciones y determinar dónde parar el corte.
La nueva tecnología, desarrollada en colaboración con el Memorial Sloan Kettering Cancer Center (Nueva York), la Universidad Stanford (California) y el Instituto Neurológico Barrow (Arizona), se describe en un artículo publicado en la revista Biomedical Optics Express.
El microscopio de mano, aproximadamente del tamaño de una pluma, combina tecnologías de forma novedosa para ofrecer imágenes de alta calidad a velocidades más rápidas que los dispositivos existentes. Los investigadores esperan comenzar a probarlo como herramienta de cribado del cáncer en la práctica clínica el próximo año.
Dentista
Por ejemplo, los dentistas que se encuentran una lesión sospechosa en la boca de un paciente a menudo terminan cortándola y enviándola a un laboratorio para que hagan una biopsia de cáncer oral. La mayoría resultan ser benignos.
Ese proceso somete a los pacientes a un procedimiento invasivo y sobrecarga a los laboratorios de patología. Un microscopio en miniatura con una resolución suficiente para detectar cambios a nivel celular podría ser utilizado en clínicas dentales o dermatológicas para evaluar mejor qué lesiones o lunares son normales y cuáles necesitan biopsia.
"Las tecnologías de microscopio que se han desarrollado en el último par de décadas son caras y todavía bastante grandes, del tamaño de un secador de pelo o una pequeña máquina de rayos X dental", dice el co-autor Milind Rajadhyaksha, del servicio de dermatología del Memorial Sloan Kettering Cancer Center. "Así que hay una necesidad de crear microscopios mucho más miniaturizados."
Hacer microscopios más pequeños, sin embargo, por lo general requiere sacrificar algún aspecto de la calidad de la imagen o del rendimiento como la resolución, el campo de visión, la profundidad, el contraste de imagen o la velocidad de procesamiento. "Creemos que este dispositivo es uno de los que mejor compensa las ventajas y desventajas", dice Jonathan Liu, profesor asociado de ingeniería mecánica y autor principal, en la información de UW.
El microscopio en miniatura utiliza un enfoque innovador llamado "microscopía confocal de doble eje" para iluminar y ver más claramente a través del tejido opaco. Se pueden capturar los detalles hasta medio milímetro por debajo de la superficie del tejido, donde se originan algunos tipos de células cancerosas.
En este vídeo, por ejemplo, los investigadores producen imágenes de vasos sanguíneos (fluorescentes) de una oreja de ratón a varias profundidades, que van desde 0,075 a 0,125 milímetros de profundidad.
Una vez que abren el cráneo de un paciente, no hay tiempo para enviar muestras de tejido a un laboratorio de patología -donde normalmente son congeladas, rebanadas, coloreadas, montadas en portaobjetos y exploradas en un voluminoso microscopio- para distinguir definitivamente entre las células cerebrales cancerosas y las normales.
Pero ahora, un microscopio de mano, en miniatura, que está siendo desarrollado por ingenieros mecánicos de la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.) podría permitir a los cirujanos "ver" a nivel celular en la sala de operaciones y determinar dónde parar el corte.
La nueva tecnología, desarrollada en colaboración con el Memorial Sloan Kettering Cancer Center (Nueva York), la Universidad Stanford (California) y el Instituto Neurológico Barrow (Arizona), se describe en un artículo publicado en la revista Biomedical Optics Express.
El microscopio de mano, aproximadamente del tamaño de una pluma, combina tecnologías de forma novedosa para ofrecer imágenes de alta calidad a velocidades más rápidas que los dispositivos existentes. Los investigadores esperan comenzar a probarlo como herramienta de cribado del cáncer en la práctica clínica el próximo año.
Dentista
Por ejemplo, los dentistas que se encuentran una lesión sospechosa en la boca de un paciente a menudo terminan cortándola y enviándola a un laboratorio para que hagan una biopsia de cáncer oral. La mayoría resultan ser benignos.
Ese proceso somete a los pacientes a un procedimiento invasivo y sobrecarga a los laboratorios de patología. Un microscopio en miniatura con una resolución suficiente para detectar cambios a nivel celular podría ser utilizado en clínicas dentales o dermatológicas para evaluar mejor qué lesiones o lunares son normales y cuáles necesitan biopsia.
"Las tecnologías de microscopio que se han desarrollado en el último par de décadas son caras y todavía bastante grandes, del tamaño de un secador de pelo o una pequeña máquina de rayos X dental", dice el co-autor Milind Rajadhyaksha, del servicio de dermatología del Memorial Sloan Kettering Cancer Center. "Así que hay una necesidad de crear microscopios mucho más miniaturizados."
Hacer microscopios más pequeños, sin embargo, por lo general requiere sacrificar algún aspecto de la calidad de la imagen o del rendimiento como la resolución, el campo de visión, la profundidad, el contraste de imagen o la velocidad de procesamiento. "Creemos que este dispositivo es uno de los que mejor compensa las ventajas y desventajas", dice Jonathan Liu, profesor asociado de ingeniería mecánica y autor principal, en la información de UW.
El microscopio en miniatura utiliza un enfoque innovador llamado "microscopía confocal de doble eje" para iluminar y ver más claramente a través del tejido opaco. Se pueden capturar los detalles hasta medio milímetro por debajo de la superficie del tejido, donde se originan algunos tipos de células cancerosas.
En este vídeo, por ejemplo, los investigadores producen imágenes de vasos sanguíneos (fluorescentes) de una oreja de ratón a varias profundidades, que van desde 0,075 a 0,125 milímetros de profundidad.
"Tratar de ver debajo de la superficie del tejido es como tratar de conducir en una niebla espesa", explica Liu. "Pero hay trucos que podemos usar para ver más profundamente, como una luz de niebla que ilumina desde un ángulo diferente y reduce el deslumbramiento."
El microscopio también emplea una técnica llamada análisis de línea para acelerar el proceso de captación de la imagen. Utiliza espejos micro-eléctrico-mecánicos -también conocidos como MEMS- para dirigir un haz óptico que escanea el tejido, línea por línea, y construye una imagen rápidamente.
La velocidad de imagen es particularmente importante para un dispositivo portátil, que tiene que lidiar con el movimiento de la persona que lo usa. Si el ritmo de formación de imágenes es demasiado lento, las imágenes serán borrosas.
Resolución
En el artículo, los investigadores demuestran que el microscopio en miniatura tiene resolución suficiente para ver los detalles subcelulares. Imágenes tomadas en tejidos de ratón son comparables con las producidas en un proceso de varios días en un laboratorio de patología clínica -el patrón-oro para la identificación de células cancerosas en los tejidos.
Los investigadores esperan que después de probar el rendimiento del microscopio como herramienta de detección del cáncer, se pueda introducir en cirugías u otros procedimientos clínicos en los próximos 2-4 años.
"Para la cirugía de tumor cerebral, a menudo se quedan células que son invisibles para el neurocirujano. Este dispositivo permitirá identificar estas células durante la operación y determinar exactamente cuánto más se puede reducir el residuo", dice el colaborador del proyecto Nader Sanai, profesor de neurocirugía en el Instituto Neurológico Barrow de Phoenix.
El microscopio también emplea una técnica llamada análisis de línea para acelerar el proceso de captación de la imagen. Utiliza espejos micro-eléctrico-mecánicos -también conocidos como MEMS- para dirigir un haz óptico que escanea el tejido, línea por línea, y construye una imagen rápidamente.
La velocidad de imagen es particularmente importante para un dispositivo portátil, que tiene que lidiar con el movimiento de la persona que lo usa. Si el ritmo de formación de imágenes es demasiado lento, las imágenes serán borrosas.
Resolución
En el artículo, los investigadores demuestran que el microscopio en miniatura tiene resolución suficiente para ver los detalles subcelulares. Imágenes tomadas en tejidos de ratón son comparables con las producidas en un proceso de varios días en un laboratorio de patología clínica -el patrón-oro para la identificación de células cancerosas en los tejidos.
Los investigadores esperan que después de probar el rendimiento del microscopio como herramienta de detección del cáncer, se pueda introducir en cirugías u otros procedimientos clínicos en los próximos 2-4 años.
"Para la cirugía de tumor cerebral, a menudo se quedan células que son invisibles para el neurocirujano. Este dispositivo permitirá identificar estas células durante la operación y determinar exactamente cuánto más se puede reducir el residuo", dice el colaborador del proyecto Nader Sanai, profesor de neurocirugía en el Instituto Neurológico Barrow de Phoenix.
Referencia bibliográfica:
C. Yin, A.K. Glaser, S. Y. Leigh, Y. Chen, L. Wei, P. C. S. Pillai, M. C. Rosenberg, S. Abeytunge, G. Peterson, C. Glazowski, N. Sanai, M. J. Mandella, M. Rajadhyaksha y J. T. C. Liu: Miniature in vivo MEMS-based line-scanned dual-axis confocal microscope for point-of-care pathology. Biomedical Optics Express (2016). DOI: 10.1364/BOE.7.000251.
C. Yin, A.K. Glaser, S. Y. Leigh, Y. Chen, L. Wei, P. C. S. Pillai, M. C. Rosenberg, S. Abeytunge, G. Peterson, C. Glazowski, N. Sanai, M. J. Mandella, M. Rajadhyaksha y J. T. C. Liu: Miniature in vivo MEMS-based line-scanned dual-axis confocal microscope for point-of-care pathology. Biomedical Optics Express (2016). DOI: 10.1364/BOE.7.000251.