Hacia un prototipo de mamógrafo óptico

Según estadísticas del Ministerio de Salud de la Provincia de Buenos Aires, una de cada ocho mujeres en Argentina podría desarrollar cáncer de mama a lo largo de su vida, y el 20% de ellas antes de los 40 años, aunque en la mayoría de los casos son curables si son diagnosticados a tiempo.

Sin embargo, debido a la nocividad de los rayos X no se recomienda su uso frecuente para el seguimiento de la evolución de la enfermedad o tratamiento. Asimismo, los Rayos X no son específicos.

Desde hace aproximadamente 15 años, investigadores del Grupo de Óptica Biomédica del Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires (CIFICEN, CONICET-CICPBA-UNCPBA) trabajan en temas relacionados a la propagación de la luz en medios difusivos, de los cuales los tejidos biológicos son un ejemplo, con el objetivo de desarrollar técnicas y algoritmos que complementen a los sistemas convencionales de imágenes médicas utilizando luz infrarroja (IR) en lugar de radiaciones ionizantes como los rayos X.

Juan Pomarico, investigador independiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y director del Grupo de Óptica Biomédica del CIFICEN, explica que desde hace años trabajan en aplicaciones de la propagación de la luz en medios difusivos, en particular, en el desarrollo de un mamógrafo óptico. “Por medio de múltiples imágenes del medio de estudio, obtenidas iluminando su superficie con luz Infrarroja, y luego de un procesamiento adecuado, es posible obtener mapas en 2D de las variaciones de absorción de los tejidos debidas a los cambios de concentración de hemoglobina. Es decir, la propagación de la luz es diferente cuando hay un tejido sano o cuando el tejido está enfermo, como por ejemplo con un tumor. Esa discriminación es la ventaja más importante que tendría esta técnica respecto de las convencionales con rayos X”, sostiene el investigador.

El proyecto del mamógrafo óptico, se inicia como parte de la tesis doctoral de Nicolás Carbone – doctor en Física, y becario postdoctoral del CONICET. Este proyecto fue reconocido en el Concurso de Ideas de Negocio “Prendete”, organizado por la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNCPBA), la Municipalidad de Tandil, el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Buenos Aires, entre otras instituciones.

Ventajas de un mamógrafo óptico

La luz infrarroja es completamente inocua para los seres vivos, por lo que puede utilizarse las veces que sea necesario. Es un método no invasivo en comparación con los rayos X, puesto que, al igual que toda radiación ionizante, estos últimos tienen la potencialidad de producir alteraciones en las células.

Una característica que tienen las mamografías convencionales es que la necesaria compresión de las mamas, resulta incómoda y hasta dolorosa en la mayoría de las mujeres. Para evitar esta situación, surge la idea de desarrollar un dispositivo basado en la técnica óptica descripta, donde no se requiera dicha compresión. Esto podría ser posible si la paciente se recuesta boca abajo con la mama apoyada contra una superficie transparente a través de la cual es posible adquirir las imágenes por reflectancia.

Otro beneficio, es la potencial especificidad de la técnica para la detección de tumores y/o quistes, así como la discriminación, a través de los parámetros ópticos, de si es benigno o maligno. “En este aspecto, muchas veces las imágenes de rayos X muestran simplemente que hay una masa extraña y determinar si es benigna o maligna depende en gran parte de la experiencia del profesional, y muchas veces para dirimir eso hay que recurrir a una biopsia”, afirma Pomarico. Es decir, como las imágenes con luz IR dependen de la concentración de hemoglobina, y los tumores tienden a concentrar hemoglobina porque están más irrigados que los tejidos sanos, es posible, en principio, tener cierto grado de discriminación de la característica del tumor.

Alternativas para mejorar la resolución de las imágenes

En el caso de los rayos X, la resolución espacial es alta, lo que permite observar detalles geométricos de los tumores dentro del tejido. Esto no es así para la radiación infrarroja ya que la luz se dispersa dentro del tejido y no permite una buena resolución en cuanto a la ubicación y tamaño del tumor.

En este sentido, Daniela Iriarte, investigadora independiente del CONICET e integrante del Grupo, sostiene que para obtener una mejor resolución en la imágenes se estudian otras alternativas, y aclara que son un tanto invasivas porque “habría que utilizar, por ejemplo, agentes biomarcadores fluorescentes, como la indocianina verde (ICG), que requerirían ser introducidos en el organismo por vía endovenosa”, explica la doctora en Física.

Y agrega: “Con el mismo sistema de detección uno podría observar la absorción del tumor y a su vez la emisión de fluorescencia de la indocianina. Este es uno de los complementos en los que estamos trabajando para mejorar la parte de la detección. Otro de los marcadores que estamos explorando en nuestros experimentos es la utilización de nanopartículas de oro. Se podría inyectar alguna solución con estas nanopartículas, muy absorbentes en el rango de longitudes de onda utilizado, y la zona del tumor quedaría “marcada”, incrementando la detectabilidad de las posibles lesiones”.

Además, Guido Báez, integrante del equipo de investigación, matemático y becario posdoctoral del CONICET, desarrolla y adapta modelos matemáticos de recuperación de información bajo incertidumbre que permiten mejorar la resolución de las imágenes, como así también reducir el tiempo de procesamiento. “La tomografía es costosa computacionalmente, lo que buscamos es reducir los tiempos de cálculos y mejorar la resolución”, explica Báez.

Proyección a futuro

Al momento, se dispone de un dispositivo que funciona a nivel laboratorio y sin utilizar seres vivos, sino elementos que simulan tejidos vivos, llamados fantomas. “Sabemos qué es lo que contienen y vemos que las imágenes que se obtienen son realmente de aquellos elementos que hemos introducido en el fantoma, simulando el tumor”, explica Pomarico.

El siguiente paso es convertir lo que está sobre la mesa de diseño en un sistema compacto, es decir, un prototipo, donde puedan establecerse y determinarse, siempre a nivel de laboratorio el grado de especificidad y de sensibilidad.

“Convertir este diseño en un sistema compacto, donde se puedan variar las propiedades del medio que se quiere estudiar, y convertirlo en un prototipo que permita obtener las imágenes en forma automatizada, simulando una situación clínica real. Ese tipo de test debe ser realizado previamente para poder decidir si el dispositivo amerita ser convertido en un equipo que vaya a ser utilizado en seres vivos. A partir de este punto, el equipo tendría que ser sometido a todos los procesos de homologación que las autoridades médicas correspondientes requieran”, sostiene Pomarico.

Para llegar a esa etapa, los investigadores han conversado, por el momento en forma preliminar, con personal médico del Hospital Ramón Santamarina de Tandil, como así también con miembros de la carrera de Medicina de Olavarría (Escuela de Salud de la UNCPBA). Según aclara el Dr. Pomarico, “La participación de profesionales de la salud y de la bioingeniería en la etapa de concepción del prototipo resulta fundamental para tener en cuenta todos los aspectos relativos a las Cs. Médicas”.

Cabe destacar que el Grupo de Óptica Biomédica del CIFICEN mantiene una relación fluida con grupos de investigación de la Facultad de Cs. Veterinarias de la UNCPBA, así como también con un grupo del Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA, CONICET – UNMDP), de la ciudad de Mar del Plata. Desde el año 2006, colaboran también con el grupo de Óptica Biomédica del Physikalisch- Technische Bundesanstalt (PTB) de Berlín, Alemania.

Además de los investigadores y becarios mencionados, forman parte del equipo: Dr. Oscar Di Rocco, investigador principal del CONICET, los Dres. Héctor García, María Victoria Waks Serra, Pamela Pardini y el estudiante de Cs. Físicas, Demián Vera.