Científicos crean una antena sensible para monitorear el flujo sanguíneo en capilares diminutos

Las antenas son necesarias no solo para transmitir imágenes de televisión, sino también para monitorizar el flujo sanguíneo vascular. Científicos rusos del Instituto de Física Aplicada de Nizhni Nóvgorod de la Academia de Ciencias de Rusia han creado una nueva antena esférica que permite observar el movimiento de la sangre en los vasos, desde las grandes arterias hasta los capilares más pequeños, con alta resolución espacial y temporal.

El estudio del flujo sanguíneo que circula por vasos de diferentes tamaños, especialmente en los capilares más pequeños, es muy importante para el diagnóstico precoz y el tratamiento de enfermedades cardiovasculares, oncológicas y neurodegenerativas.

Sin embargo, los métodos de imagen existentes, como la ecografía, la tomografía computarizada y la resonancia magnética, no ofrecen la calidad diagnóstica necesaria. Por ejemplo, algunos carecen de la resolución espacial y temporal requerida. Otros métodos, según los científicos, requieren una intervención invasiva, como la angiografía, un método de examen radiográfico de los vasos sanguíneos en el que se inyecta un medio de contraste en el sistema vascular para visualizarlo.

Según los científicos, los médicos se enfrentan a dificultades particulares cuando es necesario

Observación simultánea de grandes vasos y microcapilares en tiempo real, sin alterar la fisiología del tejido.

El objetivo de los físicos del IAP RAS, así como de sus colegas de Suiza, China, España y Alemania, era encontrar una manera de visualizar el sistema vascular sin interferir con el cuerpo y con el máximo detalle.

Se sabe que la tomografía optoacústica (OAT) proporciona una alta resolución, comparable a la de los métodos ópticos, pero que permite una mayor penetración en los tejidos. Este método de imagenología médica combina tecnologías ópticas y ultrasónicas. El procedimiento consiste en irradiar el tejido con pulsos láser cortos que provocan expansión térmica y generan ondas ultrasónicas. Estas ondas son detectadas por antenas especiales y, a partir de ellas, se crean imágenes, que representan imágenes reales del flujo sanguíneo corporal en tiempo real.

Mediante el uso de diferentes longitudes de onda ópticas, este enfoque podría utilizarse para obtener imágenes de vídeo del flujo sanguíneo en vasos diminutos, así como información funcional, como la saturación de oxígeno tisular. Sin embargo, hasta hace poco, esto se veía dificultado por la sensibilidad limitada y el rango de frecuencia limitado de las antenas receptoras.

Según informó la Fundación Rusa de Ciencias a MK, los científicos lograron superar esta barrera desarrollando la primera antena multielemento de banda ancha altamente sensible del mundo, basada en un polímero piezoeléctrico: fluoruro de polivinilideno (PVDF). En comparación con los materiales piezocerámicos tradicionales, su sensibilidad a las señales optoacústicas se ha multiplicado por más de diez.

Los autores crearon una esfera a partir de la película más delgada de PVDF, en cuya superficie formaron 512 elementos piezoeléctricos (convertidores de energía eléctrica en energía mecánica) con un área de menos de 1 milímetro cuadrado cada uno. Hoy en día, esto representa un récord mundial en densidad de empaquetamiento de antenas ultrasónicas.

Experimentos con tejidos humanos demostraron que, por primera vez, la tecnología nos permitió ver simultáneamente desde vasos grandes, de hasta 10 milímetros de diámetro, hasta capilares diminutos, comparables al tamaño de un glóbulo rojo (aproximadamente 10 micrómetros). Los científicos también lograron mostrar la primera visualización transcraneal (a través del cráneo) del cerebro de un ratón con alta resolución y sin intervenciones invasivas.

Según Pavel Subochev, jefe del laboratorio de ultrasonido y diagnóstico óptico-acústico del IAP RAS, esta tecnología abre nuevas posibilidades no solo para la medicina práctica, sino también para la biología fundamental. «Ahora podemos observar la oxigenación y la microcirculación con el más mínimo detalle, descubriendo patrones previamente desconocidos», afirma el científico. En el futuro, los investigadores planean ampliar el ámbito de aplicación de esta tecnología OAT para estudiar los mecanismos de los procesos neurodegenerativos en el cerebro.

Como nos explicaron expertos independientes, este trabajo, por supuesto, no alcanza el nivel de un "Premio Nobel", pero los profesionales lo consideran un avance revolucionario de muy alta calidad. Los autores han mejorado significativamente el método de tomografía optoacústica, proponiendo un nuevo diseño de lente que reemplaza el piezoeléctrico tradicional por uno de polímero. "Se ha implementado un método único de adhesión de una película a una semiesfera, una lente; algo nunca antes visto en el mundo", afirman los profesionales. "Un resultado contundente". Las desventajas de la tecnología, señalan, son la complejidad de fabricar la electrónica de 512 canales, que puede complicar la implementación clínica, así como el hecho de que las películas para la antena deben adquirirse en el extranjero; aún no existen en Rusia.