Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han ideado una forma de mejorar los sensores fluorescentes que se usan para etiquetar y obtener imágenes de una gran variedad de moléculas, lo que podría ayudar a diagnosticar o controlar el cáncer, según publican en la revista 'Nature Nanotechnology'.

Estos sensores fluorescentes normalmente hasta ahora solo podían utilizarse en células cultivadas en una placa de laboratorio o en tejidos cercanos a la superficie del cuerpo, porque su señal se pierde cuando se implantan a demasiada profundidad. Utilizando una novedosa técnica fotónica que desarrollaron para excitar cualquier sensor fluorescente, lograron mejorar drásticamente la señal fluorescente. Con este método, los investigadores demostraron que podían implantar sensores a una profundidad de hasta 5,5 centímetros en el tejido y seguir obteniendo una señal potente.

Este tipo de tecnología podría permitir el uso de sensores fluorescentes para rastrear moléculas específicas dentro del cerebro u otros tejidos en las profundidades del cuerpo, para el diagnóstico médico o el seguimiento de los efectos de los medicamentos, dicen los investigadores.

"Si se dispone de un sensor fluorescente capaz de sondear información bioquímica en un cultivo celular o en capas finas de tejido, esta tecnología permite trasladar todos esos tintes y sondas fluorescentes a un tejido grueso", explica Volodymyr Koman, investigador científico del MIT y uno de los autores principales del nuevo estudio.

Los científicos utilizan muchos tipos diferentes de sensores fluorescentes, como los puntos cuánticos, los nanotubos de carbono y las proteínas fluorescentes, para etiquetar moléculas dentro de las células. La fluorescencia de estos sensores puede verse al iluminarlos con luz láser. Sin embargo, esto no funciona en los tejidos gruesos y densos, o en las profundidades de los mismos, porque el propio tejido también emite algo de luz fluorescente. Esta luz, llamada autofluorescencia, ahoga la señal procedente del sensor.

"Todos los tejidos son autofluorescentes y esto se convierte en un factor limitante -afirma Koman-. A medida que la señal del sensor se hace más y más débil, se ve superada por la autofluorescencia del tejido". Para superar esta limitación, el equipo del MIT ideó una forma de modular la frecuencia de la luz fluorescente emitida por el sensor, de modo que pueda distinguirse más fácilmente de la autofluorescencia del tejido. Su técnica, que denominan filtrado de frecuencia inducido por la longitud de onda (WIFF), utiliza tres láseres para crear un rayo láser con una longitud de onda oscilante.Mejorar la relación señal/ruido

Cuando este haz oscilante se proyecta sobre el sensor, hace que la fluorescencia emitida por el sensor duplique su frecuencia. Esto permite distinguir fácilmente la señal fluorescente de la autofluorescencia de fondo. Con este sistema, los investigadores consiguieron mejorar la relación señal/ruido de los sensores en más de 50 veces. Una de las posibles aplicaciones de este tipo de sensores es el control de la eficacia de los fármacos de quimioterapia. Para demostrar este potencial, los investigadores se centraron en el glioblastoma, un tipo de cáncer cerebral agresivo. Los pacientes con este tipo de cáncer suelen someterse a una intervención quirúrgica para extirpar la mayor parte posible del tumor y, a continuación, reciben el fármaco quimioterapéutico temozolomida (TMZ) para intentar eliminar cualquier célula cancerosa restante.

Este fármaco puede tener efectos secundarios graves y no funciona en todos los pacientes, por lo que sería útil disponer de una forma de controlar fácilmente si está funcionando o no, afirma Strano. "Estamos trabajando en una tecnología para fabricar pequeños sensores que podrían implantarse cerca del propio tumor, lo que puede dar una indicación de la cantidad de fármaco que llega al tumor y si se está metabolizando. Se podría colocar un sensor cerca del tumor y verificar desde fuera del cuerpo la eficacia del fármaco en el entorno real del tumor", afirma.

Cuando la temozolomida entra en el cuerpo, se descompone en compuestos más pequeños, entre ellos uno conocido como AIC. El equipo del MIT diseñó un sensor capaz de detectar el AIC y demostró que podía implantarlo a 5,5 centímetros de profundidad en el cerebro de un animal. Pudieron leer la señal del sensor incluso a través del cráneo del animal.

Estos sensores también podrían diseñarse para detectar firmas moleculares de la muerte de las células tumorales, como las especies de oxígeno de reacción. Además de detectar la actividad de la TMZ, los investigadores demostraron que podían utilizar el WIFF para potenciar la señal de una variedad de otros sensores, incluidos los basados en nanotubos de carbono que el laboratorio de Strano ha desarrollado previamente para detectar peróxido de hidrógeno, riboflavina y ácido ascórbico.Para cualquier sensor

"La técnica funciona con cualquier longitud de onda y puede utilizarse para cualquier sensor fluorescente -afirma Michael Strano, catedrático de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT-. Como ahora tienes mucha más señal, puedes implantar un sensor a profundidades en el tejido que antes no eran posibles".

Para este estudio, los investigadores utilizaron tres láseres juntos para crear el rayo láser oscilante, pero en futuros trabajos esperan utilizar un láser sintonizable para crear la señal y mejorar la técnica aún más. Esto debería ser más factible a medida que el precio de los láseres sintonizables disminuya y sean más rápidos, dicen los investigadores.

Para facilitar el uso de los sensores fluorescentes en pacientes humanos, los investigadores están trabajando en sensores biológicamente reabsorbibles, de modo que no sea necesario extraerlos quirúrgicamente.