Muitos tipos de câncer poderiam ser tratados mais facilmente se fossem detectados em um estágio anterior. Os pesquisadores do MIT desenvolveram agora um sistema de imagem, chamado "GOLFINHO, "o que poderia permitir que eles encontrassem pequenos tumores, tão pequeno quanto algumas centenas de células, profundamente dentro do corpo.

Em um novo estudo, os pesquisadores usaram seu sistema de imagem, que depende de luz infravermelha próxima, para rastrear uma sonda fluorescente de 0,1 milímetro através do trato digestivo de um camundongo vivo. Eles também mostraram que podem detectar um sinal a uma profundidade de tecido de 8 centímetros, muito mais profundo do que qualquer técnica de imagem óptica biomédica existente.

Os pesquisadores esperam adaptar sua tecnologia de imagem para o diagnóstico precoce de câncer de ovário e outros tipos de câncer que atualmente são difíceis de detectar até os estágios finais.

"Queremos ser capazes de encontrar o câncer muito mais cedo, "diz Angela Belcher, o professor James Mason Crafts de Engenharia Biológica e Ciência dos Materiais no MIT e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer, e o recém-nomeado chefe do Departamento de Engenharia Biológica do MIT. "Nosso objetivo é encontrar pequenos tumores, e fazer isso de uma forma não invasiva. "

Belcher é o autor sênior do estudo, que aparece na edição de 7 de março da Relatórios Científicos . Xiangnan Dang, um ex-pós-doutorado do MIT, e Neelkanth Bardhan, um Mazumdar-Shaw International Oncology Fellow, são os principais autores do estudo. Outros autores incluem os cientistas pesquisadores Jifa Qi e Ngozi Eze, ex-pós-doutorado Li Gu, pós-doutorado Ching-Wei Lin, estudante de graduação Swati Kataria, e Paula Hammond, o professor de engenharia David H. Koch, chefe do Departamento de Engenharia Química do MIT, e um membro do Instituto Koch.

Imagem mais profunda

Todos os métodos existentes para imagens de tumores têm limitações que os impedem de serem úteis para o diagnóstico precoce do câncer. A maioria tem uma compensação entre resolução e profundidade de imagem, e nenhuma das técnicas de imagem óptica pode produzir imagens com mais de 3 centímetros de profundidade no tecido. Varreduras comumente usadas, como tomografia computadorizada (TC) de raios-X e imagem por ressonância magnética (MRI), podem obter imagens de todo o corpo; Contudo, eles não podem identificar tumores com segurança até que atinjam cerca de 1 centímetro de tamanho.

O laboratório de Belcher começou a desenvolver novos métodos ópticos para imagens de câncer há vários anos, quando eles se juntaram ao Instituto Koch. Eles queriam desenvolver uma tecnologia que pudesse criar imagens de grupos muito pequenos de células nas profundezas do tecido e fazê-lo sem qualquer tipo de marcação radioativa.

Luz infravermelha próxima, que tem comprimentos de onda de 900 a 1700 nanômetros, é adequado para imagens de tecido porque a luz com comprimentos de onda mais longos não se espalha tanto quanto quando atinge objetos, o que permite que a luz penetre mais profundamente no tecido. Para tirar vantagem disso, os pesquisadores usaram uma abordagem conhecida como imagem hiperespectral, que permite imagens simultâneas em vários comprimentos de onda de luz.

Os pesquisadores testaram seu sistema com uma variedade de sondas emissoras de luz fluorescente próximo ao infravermelho, principalmente nanopartículas de fluoreto de ítrio de sódio que têm elementos de terras raras, como érbio, hólmio, ou praseodímio adicionado através de um processo denominado dopagem. Dependendo da escolha do elemento de dopagem, cada uma dessas partículas emite luz fluorescente infravermelha de diferentes comprimentos de onda.

Usando algoritmos que desenvolveram, os pesquisadores podem analisar os dados da varredura hiperespectral para identificar as fontes de luz fluorescente de diferentes comprimentos de onda, o que lhes permite determinar a localização de uma sonda específica. Ao analisar ainda mais a luz de bandas de comprimento de onda mais estreitas em todo o espectro de infravermelho próximo, os pesquisadores também podem determinar a profundidade em que uma sonda está localizada. Os pesquisadores chamam seu sistema de "GOLFINHO", que significa "Detecção de sondas opticamente luminescentes usando imagens hiperespectrais e difusas no infravermelho próximo".

Para demonstrar a utilidade potencial deste sistema, os pesquisadores rastrearam um aglomerado de nanopartículas fluorescentes de 0,1 milímetro que foi engolido e viajou através do trato digestivo de um camundongo vivo. Essas sondas podem ser modificadas de modo que tenham como alvo e marcem de forma fluorescente células cancerosas específicas.

“Em termos de aplicações práticas, esta técnica nos permitiria rastrear de forma não invasiva um tumor marcado com fluorescência de 0,1 milímetro, que é um aglomerado de cerca de algumas centenas de células. Para nosso conhecimento, ninguém foi capaz de fazer isso anteriormente usando técnicas de imagem óptica, "Bardhan diz.

Detecção anterior

Os pesquisadores também demonstraram que podiam injetar partículas fluorescentes no corpo de um camundongo ou rato e, em seguida, imagens de todo o animal, que requer imagens com uma profundidade de cerca de 4 centímetros, para determinar onde as partículas foram parar. E em testes com simuladores de tecido humano e tecido animal, eles foram capazes de localizar as sondas a uma profundidade de até 8 centímetros, dependendo do tipo de tecido.

Este tipo de sistema pode ser usado com qualquer sonda fluorescente que emita luz no espectro infravermelho próximo, incluindo alguns que já são aprovados pela FDA, dizem os pesquisadores. Os pesquisadores também estão trabalhando na adaptação do sistema de imagem para que ele possa revelar diferenças intrínsecas no contraste do tecido, incluindo assinaturas de células tumorais, sem qualquer tipo de etiqueta fluorescente.

Em trabalho contínuo, eles estão usando uma versão relacionada deste sistema de imagem para tentar detectar tumores ovarianos em um estágio inicial. O câncer de ovário geralmente é diagnosticado muito tarde porque não há maneira fácil de detectá-lo quando os tumores ainda são pequenos.

"O câncer de ovário é uma doença terrível, e é diagnosticado tão tarde porque os sintomas são tão indefinidos, "Belcher diz." Queremos uma maneira de acompanhar a recorrência dos tumores, e, eventualmente, uma maneira de encontrar e seguir tumores precoces quando eles começam o caminho para o câncer ou metástase. Este é um dos primeiros passos ao longo do caminho em termos de desenvolvimento desta tecnologia. "

Os pesquisadores também começaram a trabalhar na adaptação deste tipo de imagem para detectar outros tipos de câncer, como câncer de pâncreas, Cancer cerebral, e melanoma.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.