Los puntos cuánticos pueden identificar tipos específicos de células dentro de los tejidos profundos del cuerpo

Para diagnosticar y tratar enfermedades con precisión, los médicos e investigadores necesitan ver qué hay dentro del cuerpo. Las herramientas de imágenes médicas han recorrido un largo camino desde que se realizó la humilde radiografía, pero la mayoría de las herramientas existentes siguen siendo demasiado toscas para identificar números o tipos específicos de células dentro de los tejidos más profundos del cuerpo.

Los puntos cuánticos pueden hacer exactamente eso, según una nueva investigación en ratones de la Universidad de Illinois.

Los puntos cuánticos pueden medir cosas en el cuerpo que son tan dinámicas y complejas que actualmente no podemos verlas. Nos brindan la capacidad de contar celdas, descubrir sus ubicaciones exactas y monitorear los cambios a lo largo del tiempo. Creo que es realmente un gran avance.. «

Andrew Smith, coautor del estudio y profesor del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Illinois

Los puntos cuánticos son nanopartículas cultivadas en laboratorio, de unos pocos cientos de átomos de tamaño, con propiedades ópticas especiales que pueden detectarse mediante microscopía estándar, tomografía (por ejemplo, escáneres PET/CT) e imágenes de fluorescencia. Dependiendo de su tamaño y composición, los bioingenieros como Smith pueden hacerlos brillar en colores específicos y emitir luz en el espectro infrarrojo.

«La emisión de luz en el infrarrojo es rara. Los tejidos emiten muy poca luz en el infrarrojo, por lo que si se coloca en el cuerpo, se ve muy brillante. Podemos ver en el interior del cuerpo y podemos medir las cosas con mayor precisión de lo que podemos». con tecnología en el rango visible”, dice Smith.

En el ACS nanoEn el estudio, Smith y sus colegas dejaron sueltos los puntos cuánticos en los macrófagos.

Cuando nuestros cuerpos necesitan devorar patógenos o limpiar desechos celulares, los macrófagos están trabajando. Una de sus funciones es iniciar la inflamación, haciendo que el ambiente sea desfavorable para los microbios dañinos. Pero a veces hacen el trabajo muy bien. Dependiendo del tejido en el que se encuentre, la inflamación crónica de la actividad de los macrófagos puede provocar diabetes, problemas cardiovasculares, cáncer y más.

El equipo de la U de I estaba particularmente interesado en los macrófagos en el tejido adiposo o adiposo.

«Con el sobrepeso y la obesidad, se sabe que el número de macrófagos aumenta en el tejido adiposo y tiende a cambiar hacia un fenotipo inflamatorio, lo que contribuye al desarrollo de resistencia a la insulina y síndrome metabólico. El número y la ubicación de los macrófagos en el tejido adiposo no están bien descritos», dice. Kelly Swanson, profesora de nutrición humana en el Departamento de Nutrición Humana del Departamento de Ciencias Animales de la U de I y coautora del estudio, Kelly Swanson, «particularmente in vivo».

“Los puntos cuánticos desarrollados por nuestro grupo permiten una mejor cuantificación y caracterización de las células del tejido adiposo y su distribución espacial”, añade.

El equipo creó puntos cuánticos recubiertos con dextrano, una molécula de azúcar que también se dirige a los conectores del tejido graso. Como prueba de concepto, inyectaron estos puntos cuánticos en ratones obesos y compararon los resultados de las imágenes con dextrano solo, el estándar actual para las imágenes de macrófagos.

Los puntos cuánticos han superado al dextrano solo en todas las plataformas de imágenes, incluidas las técnicas ópticas simples.

«Los puntos cuánticos emiten una enorme cantidad de luz, lo que nos da la capacidad de medir y localizar tipos de células específicos en mayor medida», dice Smith. «Este grado de salida de luz permite utilizar técnicas ópticas, que son mucho más accesibles que otras tecnologías de imagen. En comparación con los escáneres MRI y PET, son herramientas económicas que pueden caber en una clínica pequeña. Todos pueden tenerlas».

Aunque los puntos cuánticos aún no se han usado en humanos, Swanson ve un futuro en el que una tecnología óptica simple como el ultrasonido se puede usar para diagnosticar y rastrear macrófagos inflamatorios en pacientes con sobrepeso.

«Podría haber un dispositivo como un ultrasonido en el que escaneas a alguien, e incluso si el peso del paciente no cambia, el médico puede ver si los tipos de células están cambiando. Más células inflamatorias pueden predecir la resistencia a la insulina y otros problemas», dice. . “Por eso me interesa, por sus propiedades diagnósticas”.

Los puntos cuánticos no se usan en humanos porque generalmente están hechos de metales pesados ​​como el cadmio y el mercurio, y los científicos aún no han descubierto cómo metabolizarlos y eliminarlos del cuerpo. Smith y su equipo están trabajando en puntos cuánticos hechos de elementos más seguros, pero aun así siguen siendo una herramienta de investigación invaluable. Por ejemplo, su largo tiempo de respuesta, nueve veces mayor que el de dextrano en el estudio actual, podría brindar a los expertos en diagnóstico una forma de superar una instantánea a tiempo.

«Hay un tremendo nivel de variabilidad en los macrófagos, incluso a lo largo del día”, dice Smith. «El tejido adiposo puede tener un número muy alto a la mitad del día y luego bajar mucho». «En los estudios con animales, podemos sacrificar animales al principio y al final del día para estudiar la tendencia, pero con los puntos cuánticos, es posible que no tengamos que hacer eso. Puede rastrear un solo animal a lo largo del tiempo para ver su progreso».

«Los puntos cuánticos ofrecen una gran cantidad de valor en los estudios con animales. Entonces, incluso si los puntos cuánticos no llegan a los humanos, si no encontramos una manera de hacerlos no tóxicos, el valor sigue siendo realmente impresionante».