Nuevo dosímetro de rayos X en cápsula ingerible permite monitorear la radioterapia en tiempo real

El cáncer gástrico se encuentra entre los cánceres más predominantes en todo el mundo. La precisión es vital en la radioterapia moderna, ya que su objetivo es apuntar a las células tumorales y minimizar el daño al tejido sano. Sin embargo, los desafíos como las poblaciones de pacientes diversas, las incertidumbres del tratamiento y la variabilidad en los métodos de administración dan como resultado una eficacia baja y resultados inconsistentes. La monitorización en tiempo real de las dosis de radiación, especialmente en el tracto gastrointestinal, podría mejorar la precisión y la eficacia de la radioterapia, pero sigue siendo una tarea difícil. Además, los métodos actuales para rastrear indicadores bioquímicos como el pH y la temperatura se quedan cortos al evaluar de forma integral la radioterapia. Ahora, una nueva invención puede mejorar el tratamiento del cáncer gástrico al aumentar la precisión de la radioterapia, que a menudo se combina con cirugía, quimioterapia o inmunoterapia.

Los dosímetros clínicos convencionales, como los transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal, los sensores de termoluminiscencia y las películas estimuladas ópticamente, generalmente se colocan sobre o cerca de la piel de un paciente para estimar la dosis de radiación absorbida en el área objetivo. Si bien se han investigado los dispositivos de imagen de portal electrónico para la verificación del tratamiento, estos dispositivos pueden ser costosos y absorber la radiación, lo que reduce la dosis de radiación prevista para el paciente. Los sensores ingeribles se han limitado a monitorear el pH y la presión, creando la necesidad de un sensor ingerible asequible que pueda rastrear simultáneamente los indicadores bioquímicos y la absorción de dosis de rayos X durante la radioterapia gastrointestinal. Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS, Singapur) ha creado un dosímetro de rayos X ingerible capaz de detectar dosis de radiación en tiempo real. Al integrar su innovador diseño de cápsula con un modelo de regresión basado en redes neuronales que calcula la dosis de radiación en función de los datos capturados por la cápsula, los investigadores lograron un monitoreo de dosis aproximadamente cinco veces más preciso en comparación con los métodos estándar existentes.

El novedoso dosímetro de rayos X ingerible puede medir la dosis de radiación, los cambios de pH y la temperatura en tiempo real durante la radioterapia gastrointestinal. Los componentes principales de la cápsula consisten en una fibra óptica flexible envuelta en nanocentelleadores que emiten luz en respuesta a la radiación, una película sensible al pH, un módulo de fluidos con múltiples entradas para el muestreo dinámico de fluidos gástricos, sensores duales para la medición de dosis y pH, una tarjeta de circuito microcontrolador que procesa las señales fotoeléctricas para transmitirlas a una aplicación móvil y una batería compacta de óxido de plata para alimentar la cápsula.

Al ingerirse y llegar al tracto gastrointestinal, los nanocentelleadores emiten una luminiscencia más fuerte cuando se exponen a una mayor radiación de rayos X. Un sensor dentro de la cápsula mide este brillo para determinar la dosis de radiación entregada al área objetivo. Simultáneamente, el módulo fluídico recolecta fluido gástrico para la detección del pH mediante la película que cambia de color. Este cambio de color es registrado por un segundo sensor dentro de la cápsula. Además, ambos sensores pueden detectar la temperatura, proporcionando información sobre posibles reacciones adversas al tratamiento de radioterapia, como las respuestas alérgicas.

La placa de circuito microcontrolador procesa las señales fotoeléctricas de los dos sensores y transmite la información a una aplicación móvil mediante tecnología Bluetooth y una antena. La aplicación móvil emplea un modelo de regresión basado en redes neuronales para procesar los datos brutos, mostrar información como la dosis de radioterapia, temperatura y el pH de los tejidos que se someten a tratamiento. El dosímetro de cápsula mide 18 mm de largo y 7 mm de ancho, un tamaño estándar para suplementos y medicamentos, y tiene un costo de producción de 50 dólares de Singapur.

Si bien actualmente está diseñada para monitorear las dosis de radioterapia en el cáncer gástrico, la cápsula también podría adaptarse para rastrear el tratamiento de varios tumores malignos con modificaciones en su tamaño. Por ejemplo, se podría insertar una cápsula más pequeña en el recto para la braquiterapia del cáncer de próstata o en la cavidad nasal superior para medir en tiempo real las dosis absorbidas en tumores nasofaríngeos o cerebrales, minimizando el daño por radiación a las estructuras adyacentes. El equipo de investigación esta trabajando para llevar su innovación hacia la aplicación clínica. La investigación futura incluye determinar la ubicación y la orientación de la cápsula después de la ingestión, idear un sistema de posicionamiento confiable para asegurar la cápsula en el sitio objetivo y refinar la precisión de los dosímetros ingeribles para un uso clínico seguro y efectivo.

“Nuestra novedosa cápsula cambia las reglas del juego al proporcionar un monitoreo efectivo y asequible de la eficacia del tratamiento de radioterapia. Tiene el potencial de brindar garantía de calidad de que la dosis correcta de radiación llegará a los pacientes”, dijo el profesor Liu Xiaogang del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la NUS, quien dirigió el equipo de investigación.

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