La innovadora tecnología PET permitirá obtener imágenes precisas del cerebro con múltiples trazadores

La innovadora tecnología PET permitirá obtener imágenes precisas del cerebro con múltiples trazadores

Afin de mieux étudier et diagnostiquer les maladies cérébrales, Shiva Abbaszadeh, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l’UC Santa Cruz, développe une technologie qui permettra une imagerie précise par tomographie par émission de positons multitraceurs de l’organe le plus complexe du cuerpo humano.

La tomografía por emisión de positrones, o PET, utiliza radiotrazadores para permitir a los investigadores y médicos tomar imágenes de órganos y tejidos dentro del cuerpo. Abbaszadeh, experto en imágenes PET, está colaborando con investigadores y médicos de varias instituciones para crear una nueva modalidad tecnológica que permitirá la detección de múltiples biomarcadores a la vez y mejorará la resolución espacial de las imágenes cerebrales.

El equipo de investigación desarrollará su tecnología con el apoyo de una subvención de 4 millones de dólares de la iniciativa Investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras (BRAIN) de los Institutos Nacionales de Salud. El proyecto de cinco años incluirá dos años de simulación y fase de prueba de principio, seguidos de tres años de fase exploratoria y de desarrollo para construir el sistema tomográfico.

El proyecto está dirigido por el profesor de imágenes médicas de la Universidad de Arizona, Lars Furenlid, y otros colaboradores incluyen al profesor de radiología de la Facultad de Medicina Chan de la Universidad de Arizona, Michael King, al profesor de medicina de la Universidad de Arizona Phillip Kuo y al profesor de ciencias ópticas de la Universidad de Arizona Matthew. Kupinski.

“El lanzamiento de esta tecnología fue la primera subvención de mi carrera y ahora es muy importante ver que estamos tomando la idea que tenía en mente e implementándola para algo más grande”, dijo Abbaszadeh.

La tecnología, según las directrices de la Iniciativa BRAIN, no es específica de una enfermedad, sino más bien una demostración general de una tecnología que podría usarse para todo, desde cáncer hasta enfermedades neurodegenerativas.

Desarrollos técnicos para mejorar las imágenes PET

Las imágenes PET se han considerado durante mucho tiempo muy útiles para estudiar el cerebro. En las imágenes PET, se inyecta un radiotrazador en el cuerpo y se conecta a un biomarcador y libera fotones gamma después de la aniquilación de positrones, que pueden detectarse para permitir la obtención de imágenes. No fue posible obtener imágenes de varios biomarcadores al mismo tiempo porque las señales de positrones se emiten a la misma frecuencia y no se pueden distinguir entre sí.

Sin embargo, la tecnología de Abbaszadeh tiene como objetivo introducir un método para rastrear múltiples biomarcadores a la vez aprovechando señales gamma rápidas además de las señales de positrones. Las señales gamma rápidas son un segundo tipo de señal que se puede detectar con imágenes PET sofisticadas, lo que permite rastrear múltiples biomarcadores con una sola exploración PET. El desarrollo de escáneres con un rango dinámico de detección muy amplio permite que la tecnología mida trazadores de energía baja a alta.

Las imágenes multitrazador son útiles para los médicos que desean observar múltiples indicadores de salud a la vez, como la actividad metabólica de una región y la eficacia con la que esa región filtra las sustancias químicas a través de la barrera hematoencefálica. La imagen multitrazador no tenía una gran demanda en este campo hace sólo unos años, pero hoy en día está adquiriendo cada vez más relevancia con más claridad sobre el interés clínico de esta imagen y la aparición de la teranóstica, que combina el diagnóstico del cáncer y el tratamiento con radiotrazador.

A pesar del renovado interés en las imágenes multitrazador para teranósticos, los grupos actualmente deben utilizar dos escáneres separados para hacerlo, un obstáculo de costo y espacio que podría superarse con la tecnología de Abbaszadeh.

El uso de señales gamma rápidas también supera las limitaciones de resolución espacial en las imágenes PET. Esto es particularmente relevante para la iniciativa BRAIN, ya que las imágenes de mayor resolución espacial son particularmente importantes para estudiar características muy pequeñas del cerebro.

Las imágenes PET con señales de positrones están inherentemente limitadas por la naturaleza de la física involucrada, en el sentido de que los positrones sólo pueden viajar una distancia limitada y el trazador no captura el punto exacto del positrón en el cuerpo. Por el contrario, las señales gamma rápidas no tienen este problema de resolución espacial, lo que significa que las imágenes pueden ser mucho más precisas.

“Estas herramientas no estaban disponibles antes”, dijo Abbaszadeh. “Estamos aprovechando la física y la ingeniería de estos trazadores para ofrecer una nueva modalidad”.

La tecnología es una tecnología de conversión directa, que también mejora la calidad de la imagen de resolución espacial. La conversión directa detecta partículas de alta energía directamente, mientras que la conversión indirecta transforma la alta energía en luz visible y luego la detecta, lo que da como resultado una dispersión isotrópica de la luz y, por lo tanto, una resolución más baja.

Una vez que la tecnología de Abbaszadeh sea capaz de detectar señales tanto de positrones como de señal gamma, será necesario reconstruir estas señales en una imagen utilizable. El uso de una técnica de reconstrucción articular mejorará enormemente la utilidad de las imágenes. Para ello, Abbaszadeh y su grupo colaborarán con investigadores de la Universidad de Arizona, líderes mundiales en reconstrucción conjunta.

Las venas y el flujo sanguíneo a través del cuerpo introducen un elemento de movimiento en las imágenes, lo que complica aún más el proceso. Michael King de la Facultad de Medicina Chan de la UMass es un experto en movimiento y también colaborará en este proyecto, corrigiendo el movimiento en las imágenes.

“Estoy muy emocionado porque tres muy buenos equipos se unirán para recibir esta subvención”, dijo Abbaszadeh. “Algo realmente bueno va a salir de esto porque tenemos toda la experiencia que conducirá al éxito de este proyecto. »

Un cuarto colaborador, Phillip Kuo, es profesor de medicina, biología del cáncer e ingeniería biomédica en la Universidad de Arizona y un médico que puede ayudar a defender la tecnología ante los médicos para demostrar su impacto y abogar por su adopción en el mundo clínico.

En general, Abbaszadeh ve esta tecnología como una plataforma que puede adaptarse a las necesidades de diferentes partes interesadas, en este caso médicos y clínicos de diferentes campos médicos. En el futuro, espera expandir la tecnología a innumerables áreas que podrían beneficiarse de mejores imágenes tomográficas. Abbaszadeh ha visto disminuir los costos de fabricación de PET y la tecnología de semiconductores durante la última década, y espera que esta tendencia continúe a través de la innovación en esta área.

Este proyecto está financiado a través de la iniciativa Investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras (BRAIN) de los Institutos Nacionales de Salud, que se estableció en 2013 para acelerar el desarrollo de neurotecnologías innovadoras.

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