Clave referencia: INNVA1/2022/50
Entidad financiadora: Generalitat Valenciana. Agencia Valenciana de Innovació (AVI),
Línea 1: Valorización, transferencia y explotación por las empresas de resultados de I+D
Investigador Principal: Juan J. García Garrigós.
Presupuesto: 328.396€
NOTA DE PRENSA CSIC
Entidades participantes:
- I3M, Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular, Centro mixto de investigación, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV).
- ICTA, Instituto de Ciencia y Tecnología Animal, Universitat Politècnica de València (UPV).
- IBV, Instituto de Biomecánica de Valencia. Centro tecnológico subcontratado con fondos del proyecto.
Nueva técnica de imagen fotoacústica
La imagen fotoacústica, también llamada imagen optoacústica, es una técnica emergente de imagen biomédica molecular que permite formar imágenes tridimensionales del interior de un organismo biológico, de forma no invasiva e indolora y sin el uso de radiaciones ionizantes. Esto se realiza gracias a la iluminación con pulsos de luz láser cortos combinada con la detección de ondas de ultrasonidos que se generan por absorción de esta luz en las moléculas de su interior. Así pues, mediante esta técnica se puede seleccionar la observación de determinadas sustancias propias del organismo, o cromóforos endógenos, como la hemoglobina, melanina, lípidos o colágenos, entre otros, eligiendo la longitud de onda, o color, del láser al que estas moléculas tengan una mayor absorción de luz con respecto al resto de sustancias del tejido circundante.
Adicionalmente, esta técnica de imagen se puede beneficiar enormemente de los agentes de contraste, o cromóforos exógenos, con los que se puede mejorar las imágenes a mayor profundidad, o bien, emplear fluoróforos o nanopartículas ligadas a moléculas del organismo, como las proteínas o los anticuerpos, para así poder realizar imágenes específicas y funcionales, en zonas del tejido donde haya más concentración de estas partículas y poder visualizar la evolución de los diferentes procesos biológicos.
Resultados del proyecto
En el Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (i3M), centro mixto del CSIC y la UPV, se ha realizado un proyecto financiado por la Agencia Valencia de Innovación (AVI) para el desarrollo de un microscopio de imagen fotoacústica de resolución óptica (OR-PAM, por su acrónimo en inglés) aplicado a la obtención de imágenes de melanoma tridimensionales a profundidades de varios milímetros bajo la piel y elevada resolución (entre 50-75 micras), con el objetivo de ser una herramienta de ayuda al diagnóstico precoz del melanoma, que es el tipo de peor pronóstico de entre los cánceres de piel por su elevada probabilidad de metástasis a través del torrente sanguíneo o el sistema linfático.
Este proyecto ha sido desarrollado en el laboratorio de ultrasonidos UMIL del i3M, por el equipo de investigación en imagen fotoacústica, que es pionero en la investigación y desarrollo de esta técnica en España, además de contar con la colaboración indispensable para los ensayos del Instituto de Ciencia y Tecnología Animal (ICTA) de la Universitat Politècnica de València, y, en el diseño mecánico del Instituto de Biomécánica de Valencia (IBV).
El prototipo se construyó en base a un diseño del microscopio de muy bajo coste, con patente concedida de principios de 2024, que permite el uso de diodos láser pulsados (PLD) de luz infrarroja (longitud de onda de 905 nanómetros) y tamaño muy reducido de forma eficiente, en lugar de los láseres basados en cristales de estado sólido que se usan en sistemas fotoacústicos similares, muy voluminosos y con un coste varias decenas superior a los PLD.
Recientemente, en julio de 2024, el equipo del i3M y el ICTA ha realizado los ensayos de imagen en ratones in vivo con el prototipo de microscopio fotoacústico (ver foto inferior), con los que se han obtenido por primera vez imágenes de melanoma en ratones con esta tecnología de bajo coste basada en diodo láser pulsado. En la foto superior, a la izquierda, se observan tres grupos de células de melanoma sobre la piel del ratón y, a la derecha, la imagen fotoacústica reconstruida en 3D, donde se identifican estas tres agrupaciones de melanocitos y su penetración bajo la piel, con el mayor de ellos con más de medio milímetro de grosor. El sistema consigue adquirir las imágenes volumétricas del tejido de forma relativamente rápida, de pocos minutos para un milímetro cúbico aproximadamente, mediante su diseño de escaneo láser con espejos. Además, la fidelidad de la imagen en profundidad se consigue gracias al desarrollo de unos nuevos algoritmos de procesado basados en la compensación de la respuesta al impulso espacial, pendientes de publicar en revistas especializadas.
Actualmente, se está trabajando para evolucionar el prototipo, con un diseño más portátil orientado claramente a facilitar su práctica clínica, además de añadir otra fuente láser con longitud de onda visible, para convirtirlo en un microscopio fotoacústico dual con el que se observarán, además de melanomas, las redes vasculares circundantes con mucha mayor sensibilidad que en el prototipo actual, lo cual permitiría, por ejemplo, ver las posibles angiogénesis asociadas a la evolución tumoral que ayuden en la decisión al diagnóstico médico.
Este proyecto está financiado por el Programa Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Comunitat Valenciana 2021-2027
