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Estudios abren nuevas perspectivas para el uso de ultrasonido en oncología

Publicado em 13 outubro 2020

Por Marcos de Oliveira, da Agência FAPESP

Dos estudios realizados en la Universidad de San Pablo, en Ribeirao Preto, traen nuevos horizontes para el uso de aparatos de ultrasonido. Comunes en los campos de la gastroenterología, cardiología, obstetricia y ginecología, estos equipos, que emiten ondas ultrasónicas para diagnósticos en órganos y tejidos en el interior del cuerpo humano, podrían, aliados a fibras ópticas y nanopartículas de óxido de hierro, identificar y hasta destruir tumores cancerígenos por hipertermia.

Otro posible uso presentado en los estudios es la utilización de fibras ópticas acopladas al ultrasonido para determinar el grado de oxigenación en tumores u otros tejidos y en las articulaciones. “Ya está muy confirmado que los tumores con menos oxígeno, o hipóxicos, presentan mayores dificultades de tratamiento y merecen una especial atención por parte de los médicos”, explicó el físico Theo Pavan, profesor del Departamento de Física, coordinador de las investigaciones e investigador del Grupo de Innovación en Instrumentación Médica y Ultrasonido (Giimus) de la USP.

Los dos estudios, que fueron publicados en las revistas IEEE Transactions on Biomedical Engineering, el de hipertermia, y Sensors, que cuantifica la presencia de oxígeno en los tejidos por medio de iluminación con fibra óptica, recibieron financiación de la FAPESP a través de un proyecto de Apoyo a Investigaciones de Investigadores Jóvenes.

“Elegimos el ultrasonido como principal instrumento de investigación porque estos dispositivos son portátiles y más económicos que la resonancia magnética y no emiten radiaciones ionizantes como en la tomografía computarizada, que impide la ejecución de exámenes seguidos en el mismo paciente. El ultrasonido también está presente en un mayor número de hospitales y clínicas en comparación a los otros”, dice Pavan. En el complejo hospitalario de la USP en Ribeirão Preto, por ejemplo, hay dos equipos de resonancia magnética y decenas de equipos de ultrasonido.

El mayor número de aparatos de ultrasonido permite que las nuevas tecnologías puedan ser incorporadas de manera más fácil y económica, agregando a la ultrasonografía, que es un medio de diagnóstico, la posibilidad de tratamiento. "Es lo que llamamos teranosis, una palabra que combina terapia y diagnóstico en un mismo equipo", dice Pavan.

Magnetismo en nanopartículas

El experimento con nanopartículas de óxido de hierro sigue una expectativa que surgió con los primeros estudios en nanotecnología, a principios de la década de 2000. Las nanopartículas al ser introduducidas en el torrente sanguíneo, podrían ser transportadas por magnetismo hasta un tumor canceroso, llevando medicamentos o alguna sustancia biológica para destruir las células cancerosas y curar al paciente.

El uso de nanopartículas en tumores está en desarrollo en varios laboratorios de todo el mundo y en unos años puede convertirse en una realidad en los hospitales. El experimento del grupo de Ribeirão Preto fue concebido para resolver algunos desafíos de esta práctica, como la entrega y ubicación de nanopartículas magnéticas en los tejidos y el monitoreo de la temperatura durante el tratamiento de la hipertermia. “La hipertermia magnética comenzó a desarrollarse a partir de la década de 1950, pero existen muchos desafíos técnicos que aún dificultan el traslado a la clínica”, explica Pavan.

“La intención final de este tipo de tratamiento es necrosar el tumor o aumentar la temperatura, de 2° C a 3° C, en el ambiente tumoral para hacer más eficientes los tratamientos tradicionales, como la radioterapia y la quimioterapia”, dice Pavan.

El arreglo tecnológico utilizado por los investigadores incluyó dispositivos de campo magnético de radiofrecuencia para calentar las nanopartículas a partir de la superficie de la piel e imágenes de ultrasonido para identificarlas y medir la temperatura local. Los estudios se realizaron en estructuras que imitan la consistencia del organismo humano también producidas por el grupo.

Los resultados, que se pueden observar en la pantalla de ultrasonido, mostraron que las nanopartículas fueron efectivamente localizadas y generaron calor para el experimento de la hipertermia. “Colocamos un pulso externo de campo magnético para provocar una vibración, que es detectada por nuestro algoritmo, que luego se transforma en una imagen en color con la ubicación de las nanopartículas en la pantalla”.

El siguiente paso de este experimento es testear la hipertermia con nanopartículas en animales. Inicialmente, pueden insertarse en el tumor a través de una pequeña incisión en el cuerpo y no necesariamente aplicarse al torrente sanguíneo y transportarse por magnetismo hasta el tumor. "Estas nanopartículas ya han demostrado una gran biocompatibilidad con el organismo humano, como se muestra en la literatura científica", dijo Pavan.

Luz en las hemoglobinas

En el otro experimento, el concepto fotoacústico se utiliza para evaluar la irrigación sanguínea de un tejido o articulación determinados. El pulso de luz láser es absorbido por los tejidos y, en esta interacción, es inducido un pequeño aumento de la temperatura local, generando una respuesta en forma de sonido que es captado por el receptor del dispositivo de ultrasonido. El resultado aparece en la pantalla del equipo con la identificación de dónde se absorbió la luz en un punto determinado del tejido.

Un ejemplo de esta interacción de luz y tejido es el oxímetro de dedo, que mide la saturación de oxígeno de una persona. En este caso, son interacciones de la luz LED con la capacidad de absorción luminosa de las hemoglobinas de la sangre.

Con la fotoacústica se puede obtener información similar al oxímetro, y la respuesta a esta interacción de la luz con las hemoglobinas da como resultado la creación de una imagen transformada en números, siendo posible estimar localmente si la sangre está más o menos oxigenada.

La tecnología desarrollada por el grupo también demostró ser adecuada para controlar el riego sanguíneo. “La idea también era arrojar luz en los puntos más profundos para saber si una región tiene más o menos oxígeno, y si está más o menos irrigada de sangre”.

“Desarrollamos nuestro propio sistema para generar una imagen fotoacústica. Hay algunos equipos comerciales, pero son muy caros ”, dice Pavan.

La idea de los investigadores es analizar el centro de los tumores, para comprobar el grado de oxigenación. Si hay poco oxígeno, aumenta la dificultad del tratamiento. Sin embargo, con estos datos, los médicos pueden predecir con mayor precisión la terapia que se utilizará.

En la artritis reumatoide, una enfermedad en la que las articulaciones presentan dolor, será posible con este equipamiento, desarrollado por Pavan y su equipo, verificar la oxigenación en la articulación. Los niveles de oxigenación del tejido también indicarán el tipo de tratamiento.

El equipo de Pavan pudo montar en el transductor, que es la parte del equipo de ultrasonido que toca al paciente, dos cables con fibras ópticas para dirigir la luz láser.

La luz que penetra en el tejido biológico se puede insertar desde la superficie de la piel, de forma angulada y precisa. Por tanto, es posible enfocar un punto del tumor, por ejemplo, mediante dos trayectos de luz.

El prototipo se evaluó experimentalmente mediante la obtención de imágenes de un modelo de piel y músculo, el abdomen de un ratón, el antebrazo y el dedo índice de un voluntario. "Fue posible obtener imágenes con unos centímetros por debajo de la piel y determinar la saturación de oxígeno en el sitio". Según los resultados, el equipo seguirá mejorando el equipamiento.

Al artículo “A Novel Theranostic Platform: Integration of Magnetomotive and Thermal Ultrasound Imaging with Magnetic Hyperthermia” puede accederse en https://ieeexplore.ieee.org/document/9079651 y al artículo “Multiangle Long-Axis Lateral Illumination Photoacoustic Imaging Using Linear Array Transducer” en www.mdpi.com/1424-8220/20/14/4052.