Sistema de imagen ultrasensible detecta cáncer cuatro veces antes que tecnologías actuales.

Científicos de Michigan State University han desarrollado un sistema compacto de imagen que puede identificar tejido canceroso con una sensibilidad sin precedentes, detectando señales luminosas cuatro veces más débiles que las herramientas comerciales actuales.

La tecnología, publicada en la revista científica Optica, combina un láser de fuente barrida con un detector superconductor de nanohilos capaz de detectar partículas individuales de luz. El sistema está diseñado para identificar señales extremadamente tenues de nanopartículas de dispersión Raman mejorada de superficie (SERS, por sus siglas en inglés) que se adhieren específicamente a marcadores tumorales.

"Los métodos tradicionales de diagnóstico relacionados con cáncer consumen tiempo y requieren trabajo intensivo porque necesitan teñir muestras de tejido y que un patólogo busque anomalías", explicó Zhen Qiu, líder del equipo de investigación del Instituto de Ciencias e Ingeniería Cuantitativa para la Salud (IQ) de Michigan State. "Aunque nuestro sistema no reemplazaría inmediatamente a la patología, podría servir como herramienta de detección rápida para acelerar el diagnóstico".

Sensibilidad femtomolar y contraste excepcional

Los investigadores probaron el sistema utilizando nanopartículas SERS recubiertas con ácido hialurónico, que permite que las partículas se unan a CD44, una proteína de superficie presente en muchas células tumorales. Los experimentos iniciales con soluciones simples de nanopartículas demostraron que el sistema puede alcanzar sensibilidad femtomolar —capacidad de detectar concentraciones extremadamente bajas de sustancias.

El equipo aplicó posteriormente la plataforma de imagen a células de cáncer de mama cultivadas, tumores en ratones y muestras de tejido sano. "Las señales SERS se concentraron fuertemente en muestras tumorales, con solo un ruido de fondo mínimo detectado en tejido sano", afirmó Qiu. "Esto demuestra tanto la sensibilidad excepcional del sistema como su capacidad para proporcionar un contraste confiable entre tumor y tejido sano".

Tecnología superconductora de detección

El avance clave radica en el uso de detectores superconductores de nanohilos de fotón único (SNSPD), que utilizan un alambre superconductor capaz de detectar partículas individuales de luz. Esta tecnología permite capturar señales ópticas extremadamente débiles a alta velocidad mientras mantiene el ruido de fondo muy bajo.

"Combinar este detector avanzado con una arquitectura Raman de fuente barrida que reemplaza una cámara voluminosa y recolecta luz de manera más eficiente resultó en un sistema con un límite de detección muy superior al de sistemas comerciales comparables", señaló Qiu. "Además, la configuración de acoplamiento de fibra y el diseño compacto facilitan la miniaturización del sistema y su futura traducción clínica".

Aplicaciones potenciales en cirugía y diagnóstico

Según los investigadores, la tecnología podría eventualmente habilitar dispositivos portátiles o intraoperatorios que permitan a los clínicos detectar cánceres en etapas más tempranas, mejorar la precisión del muestreo de biopsias y monitorear la progresión de la enfermedad mediante pruebas menos invasivas.

El método es adaptable a diferentes tipos de cáncer. "Al ajustar o sustituir la molécula de orientación, este método podría adaptarse para otros tipos de cáncer", explicó Qiu. El equipo planea experimentos de multiplexación utilizando diferentes nanopartículas para apuntar simultáneamente a múltiples biomarcadores.

Próximos pasos hacia uso clínico

Antes de que el sistema pueda utilizarse en entornos clínicos, los investigadores necesitan aumentar la velocidad de lectura y expandir los estudios de validación. El equipo está explorando fuentes láser más rápidas, incluyendo VCSEL, y probando si reducir el rango de barrido puede mejorar aún más el rendimiento.

Los avances podrían mejorar significativamente los resultados para pacientes y reducir retrasos diagnósticos, acelerando el camino desde la detección hasta el tratamiento del cáncer.