Científicos de Vigo e Boston obteñen imaxes únicas a grande escala de glóbulos vermellos

O que se confirmou como un programa aplicable para a detección en aeroportos de explosivos, armas ou drogas camufladas, “decatámonos que se podía aplicar tamén ao mundo microscópico para obter imaxes de membranas celulares”, explica Hipólito Gómez, investigador de posdoutoramento na Northeastern University de Boston, tras obter recentemente o título de doutor en Vigo. Gómez, xunto aos docentes e investigadores da institución académica viguesa Óscar Rubiños e da Northeastern University José Ángel Martínez, respectivamente, traballa desde hai anos, como parte da súa tese, que presentou hai uns meses, no desenvolvemento dun programa para a simulación computacional de ondas electromagnéticas.

Imaxe a grande escala de glóbulos vermellos, conseguida por investigadores de Vigo e Boston | Fonte: DUVI.

“A idea orixinal para a tese era aplicar este programa só a aplicacións de seguridade en aeroportos baseadas en compressive sensing, que é unha técnica matemática que permite obter imaxes detalladas realizando poucas medidas electromagnéticas. Non obstante, tras rematar de escribir o código do programa de simulación decatámonos de que o mesmo concepto que podíamos aplicar no mundo macroscópico, para detectar drogas ou explosivos agochados, podíase aplicar no mundo microscópico para obter imaxes de membranas celulares”, explica Gómez en declaracións recollidas por Mª del Carmen Echevarría no DUVI. 

Antes de rematar a súa tese, Hipólito Gómez, xunto a Martínez e Rubiños, elaborou un artigo no que se sintetizaban as ideas e resultados de simulacións realizadas os meses anteriores e no que se plasmaba a idea de acadar imaxes en vivo a frecuencias ópticas, usando a idea de compressive nano-antenna, que potencialmente podería ser incorporada nun nano robot. Así naceu Hematologic Characterization and 3D Imaging of Red Blood Cells using a Compressive Nano-Antenna and ML-FMA Modeling, un traballo que obtivo, entre máis de 1.200 propostas aspirantes, o premio Best Antenna Desing and Applications Award na Conferencia Europea de Antenas e Propagación, EuCAP’16, a cita anual máis importante de Europa e unha das máis destacadas do mundo sobre aplicacións xerais de radiocomunicación e enxeñaría electromagnética.

“Neste traballo propóñense innovadoras técnicas baseadas en simulacións de mostras reais de sangue, a diferenza das publicacións previas sobre o tema nas que unicamente se simularon glóbulos illados, un por un, pero nunca mostras completas. Este importante avance cuantitativo foi posible como resultado dun meticuloso proceso de desenvolvemento ao longo de catro anos dun potente código de electromagnetismo computacional, que permite abordar a simulación de mostras reais de gran tamaño”, explican os investigadores, que sinalan que este código inclúe varias técnicas de simulación inéditas, recentemente publicadas en dous artigos na prestixiosa revista internacional Journal of Electromagnetic Waves and Applications.

APLICACIÓNS

Adicionalmente, segundo explica Hipólito Gómez, o aspecto máis innovador do traballo gañador consiste na simulación da compressive nano-antenna, varias antenas metálicas do tamaño do grosor duna cabelo humano, pero co mesmo aspecto dunha antena de televisión, axeitadamente colocadas no interior dunha peza de cristal con superficie rugosa. As antenas, xunto coa peza de cristal forman unha estrutura maior, emisora e receptora de luz, chamada compressive nano-antenna, que permite realizar imaging de glóbulos vermellos, é dicir, obter imaxes a gran escala das células reais mediante unhas poucas medidas sinxelas combinadas coas fórmulas matemáticas axeitadas.

“A diferenza de propostas previas doutras investigacións, a técnica de imaging introducida no noso traballo non require utilizar nas montaxes experimentais lentes nin outros dispositivos pesados e voluminosos, como cámaras. Esta vantaxe abre a porta á adquisición in vivo de imaxes en tempo real, mediante pequenos robots inxectados ou cosidos no interior do corpo humano”, explica o investigador, que se amosa convencido de que cando a tecnoloxía de fabricación estea plenamente desenvolvida, este tipo de robots non só permitirán unha observación en tempo real de tecidos e células biolóxicas, senón que tamén xogarán un papel crucial na localización e tratamento de células cancerosas dentro do corpo humano.

As técnicas propostas polos investigadores da Universidade de Vigo integrados en AtlantTIC e da Northeastern University, parten da evidencia de que os glóbulos vermellos son dispersores naturais de luz, de xeito que ao seren iluminados, prodúcese un cambio na intensidade da luz rebotada nas membranas celulares. A medición destas alteracións na intensidade luminosa permite diagnosticar numerosos trastornos sanguíneos (unha membrana de maior tamaño que o habitual, macrocitose, pode indicar leucemia e unha membrana anormalmente alongada é un indicativo dun tipo de anemia).

Desde hai anos diferentes grupos de investigación propuxeron varias técnicas para a diagnose de glóbulos vermellos, baseadas en simulacións computacionais, o denominado electromagnetismo computacional, que permite obter unha estimación moi precisa do comportamento das ondas electromagnéticas en xeral e da luz en particular.

“O propósito destes recentes esforzos de investigación consiste en deseñar técnicas e instrumental que superen, en termos de precisión, fiabilidade e tempo, ás técnicas clásicas en citometría de fluxo para a identificación e clasificación de glóbulos vermellos”, explica Hipólito Gómez, que lembra, que a aplicación dun microscopio electrónico á observación de células sanguíneas presenta varias desvantaxes que o electromagnetismo busca mitigar como o tamaño, o mantemento, formación do operador e erros nas imaxes provocados por unha incorrecta preparación da mostra sanguínea, informa Mª del Carmen Echevarría.