Nuevo enfoque de imágenes ópticas no invasivas para monitorear la salud cerebral en pacientes con lesiones cerebrales traumáticas

El Prof. Mohammed N. Islam dirige un equipo de investigadores que ha desarrollado un nuevo medio rentable, portátil y no invasivo para monitorear el metabolismo y la hemodinámica cerebral, tisular y de órganos simultáneamente. La herramienta, un sistema no invasivo de espectroscopia infrarroja supercontinua de citocromo C-oxidasa (SCISCCO), puede ayudar a la detección temprana de lesiones cerebrales o disfunciones neuronales y puede monitorear continuamente la salud del cerebro para ayudar a guiar terapias y tratamientos para lesiones.

«La hemorragia interna debida a lesiones traumáticas es una de las principales causas de muertes prevenibles», dijo Islam. «Nuestro método no invasivo para monitorear el metabolismo de los tejidos podría ayudar a mejorar el diagnóstico y el monitoreo de afecciones como conmociones cerebrales, accidentes cerebrovasculares, lesiones cerebrales traumáticas y otras afecciones médicas».

La lesión cerebral traumática (TBI, por sus siglas en inglés) resulta en daño estructural al cerebro. Los pacientes requieren intervención médica inmediata, evacuación y cuidados intensivos, y muchos necesitarán asistencia de por vida después de la recuperación. Si bien la TBI puede ocurrirle a cualquiera, se la conoce como la herida característica de los veteranos de las guerras en Irak y Afganistán. El Departamento de Defensa informa que más de 320,000 soldados sufrieron TBI entre 2010 y 2015. Sin embargo, el ejército aún no tiene una forma objetiva de diagnosticarlo en el campo.

Además, tres cuartas partes de los sobrevivientes de lesiones cerebrales traumáticas experimentan una lesión cerebral traumática leve (mTBI) o conmoción cerebral. La conmoción cerebral es difícil de diagnosticar, ya que implica un breve cambio en el estado mental sin ningún daño estructural observable en el cerebro. Sin embargo, las personas con una conmoción cerebral aún pueden sufrir desafíos cognitivos o psicológicos de por vida, como problemas de memoria y trastorno de estrés postraumático.

Los métodos actuales para monitorear los cambios en el flujo sanguíneo al cerebro se basan en sistemas de neuroimagen hemodinámica, pero estos sistemas no pueden detectar cambios en el tejido neural en sí. Esto puede resultar en una enfermedad o lesión que no se detecta y, por lo tanto, no se trata. Para abordar este problema, el equipo de Islam se centró en medir los marcadores ópticamente activos de la función celular, como los citocromos.

La citocromo C-oxidasa (CCO) es una enzima fotosensible que es responsable de más del 95% del metabolismo del oxígeno en el cuerpo. La concentración de CCO también es significativamente mayor en el cerebro que en los tejidos extracerebrales. Por lo tanto, el metabolismo neuronal podría medirse capturando cambios en CCO, y las mediciones simultáneas de CCO y estados redox de hemoglobina podrían proporcionar información adicional sobre el metabolismo y la hemodinámica del cerebro, lo que podría ayudar en el diagnóstico y tratamiento de lesiones o enfermedades neurológicas.

Los medios convencionales para medir el CCO se basan en fuentes de luz basadas en lámparas para proporcionar la iluminación, pero estos sistemas están plagados de una relación señal/ruido generalmente deficiente. El equipo de Islam, por el contrario, utiliza una fuente de luz supercontinua integrada completamente en fibra para un enfoque de imagen óptica no invasivo. Este enfoque mejora en gran medida la relación señal-ruido y da como resultado mediciones más definitivas de CCO. El resultado es el sistema de espectroscopia infrarroja supercontinua de citocromo C-oxidasa (SCISCCO).

«Nuestro sistema puede proporcionar una mejora de casi un orden de magnitud en el brillo en comparación con las lámparas de tungsteno-halógeno que se emplean normalmente para las mediciones de CCO», dijo Islam.

El sistema SCISCCO también es extremadamente versátil.

«El sistema SCISCCO podría aplicarse a una variedad de usos, desde servir como una nueva herramienta para evaluar a los pacientes con conmociones cerebrales, como en los resultados de las pruebas de atención cognitiva, hasta usarlo en una unidad de cuidados intensivos para medir la respuesta de los órganos de un paciente a los tratamientos, dijo Islam.

Específicamente, puede realizar mediciones de CCO, hemoglobina oxigenada (HbO) y hemoglobina desoxigenada (HbR) para determinar la función metabólica de cualquier órgano, como el hígado, los riñones, el corazón y los pulmones. También se puede utilizar para medir y controlar la función metabólica de los tejidos, como el tejido muscular, el tejido nervioso y los tejidos epiteliales.

El equipo de Islam actualmente está realizando estudios en humanos en una unidad de cuidados intensivos (UCI) con el departamento de Neurocirugía de la UM.

El artículo, «Monitoreo no invasivo del metabolismo y la hemodinámica mediante espectroscopía infrarroja supercontinua de un instrumento de citocromo C oxidasa (SCISCCO)», se publica en Ciencias Aplicadas.