Espectroscopia óptica difusa para la evaluación cuantitativa de la radiación ionizante aguda La toxicidad cutánea inducida utilizando un modelo de ratón
27 de mayo de 2016
Presentamos un enfoque espectroscópico óptico difuso (DOS) que proporciona biomarcadores ópticos cuantitativos de la respuesta de la piel a la radiación. Describimos el diseño de la instrumentación del DOS, los parámetros ópticos, los algoritmos de extracción y los procedimientos de manejo de animales necesarios para obtener datos representativos de un modelo preclínico de eritema inducido por radiación en ratones.
El objetivo general de esta técnica de espectroscopia óptica difusa es desarrollar un biomarcador cuantitativo para describir el eritema agudo inducido por radiación. Este método se puede utilizar en el campo de la radioterapia como biomarcador predictivo para identificar a los pacientes con riesgo de toxicidad cutánea grave por radiación. Por lo tanto, la principal ventaja de esta técnica es que proporciona una métrica objetiva y sistemática para cuantificar las toxicidades cutáneas por radiación.
Yo demostraré la técnica de espectroscopia óptica difusa, y Elina, investigadora del Loo Lab, se encargará de los ratones. Encienda la electrónica y permita que el sistema arranque. A continuación, apague todas las luces fluorescentes de la habitación y coloque las luces incandescentes a una distancia del dispositivo de medición para proporcionar una iluminación de trabajo.
A continuación, configure el instrumento para tomar medidas de la piel del ratón. Ajuste los parámetros de la señal de la siguiente manera. Establezca el tiempo de recolección en 25 milisegundos, establezca los promedios de señal en 25 y establezca el ancho del filtro del vagón en uno.
Estos parámetros ofrecen un equilibrio razonable entre el tiempo de adquisición y la relación señal-ruido. A continuación, utilizando el software de adquisición programado personalizado, adquiera automáticamente una lectura de fondo con el LED apagado. A continuación, adquiera una lectura con reflectancia difusa a dos distancias de separación del detector de fuentes.
Tome una medida a 260 micras y la segunda a 520 micras. El tiempo de adquisición en total debe ser de unos dos segundos. Después de anestesiar el ratón, muévalo al área de sondaje DOS esterilizada.
Colóquelo de lado y asegure su hocico a un cono de nariz que suministre gas isoflurano al 2% para mantener la anestesia. Ahora esterilice la sonda con etanol al 70%, pero no intente esterilizar la piel. Sostenga la sonda esterilizada suavemente sobre la piel del flanco.
No presione demasiado, ya que la vasculatura local no debe ser dispersada por la presión de la sonda. Mientras sostiene la sonda, adquiera datos de reflectancia en el área cuadrada de dos centímetros que se va a irradiar. Recopile datos en una formación de cinco puntos como en un dado.
Mantenga este patrón y la presión de sondeo consistentes en todas las mediciones posteriores. Después de realizar las mediciones, coloque el ratón en una jaula de recuperación. Mientras el mouse se recupera, repita el procedimiento en el siguiente mouse.
Este procedimiento se adapta al irradiador disponible. Ajústalo según sea necesario para irradiar una pequeña sección de piel. Después de anestesiar a un ratón, pellizca suavemente un poco de piel en su flanco y pega la piel estirada para formar una solapa.
A continuación, coloque el ratón sobre una plataforma de plexiglás y cubra su cuerpo con una plantilla de plomo personalizada. Use una caja de plomo que sea accesible por dos lados y que tenga una ventana para que la piel sea irradiada. A continuación, tira de la solapa de piel a través de la ventana de la plantilla y pega la solapa al escenario.
Si el ratón no está inmovilizado por la plantilla, aplícale una inyección anestésica. A continuación, coloque la platina con la plantilla y el ratón en el irradiador. Calcule la dosis de irradiación requerida.
Por ejemplo, una fuente de rayos X de 160 kilovoltajes máximos colocada a 11 centímetros de distancia irradiaría adecuadamente la piel funcionando a 6,3 miliamperios durante 2,5 minutos. A continuación, administre la dosis calculada. Después de dosificar al animal, devuélvalo a una jaula de recuperación.
Una vez recuperado de la anestesia, regrese al ratón a su jaula de alojamiento compartida normal. Los ratones fueron irradiados y medidos como se describe. Antes de la irradiación, se tomó un espectro de referencia con una separación de fuente de 260 micras en un modelo de piel de ratón atímico.
La línea verde gruesa muestra un ajuste matemático de la línea azul delgada. En comparación con las mediciones realizadas seis días después de una irradiación de 40 grises, se observaron diferencias en la forma espectral entre 550 y 600 nanómetros, probablemente debido a un aumento de la hemoglobina oxigenada. También se observa un pequeño aumento en la reflectancia absoluta, y puede estar correlacionado con un aumento en el poder de dispersión del tejido.
Los datos ajustados devuelven biomarcadores ópticos cuantitativos que se pueden rastrear en función del tiempo posterior a la irradiación. Por ejemplo, las mediciones de la saturación de oxígeno en los tejidos aumentaron progresivamente después de la irradiación. Estos datos cuantitativos se correlacionaron con un grado visual de la toxicidad cutánea, que también aumentó progresivamente después de la irradiación.
Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo emplear la espectroscopia óptica difusa para la puntuación cuantitativa de las toxicidades cutáneas por radiación. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en dos o tres minutos, si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante presionar suavemente la sonda DOS para evitar dispersar la vasculatura.
Esta técnica se puede utilizar en el campo de la radioterapia como una forma de vincular los parámetros fisiológicos para describir la respuesta normal de los tejidos a la radiación.
Descripción general
Este estudio presenta una técnica de espectroscopía óptica difusa (DOS) para cuantificar la respuesta de la piel a la radiación, centrándose específicamente en la eritema aguda inducida por radiación. El método tiene como objetivo proporcionar biomarcadores objetivos que puedan predecir la toxicidad cutánea en pacientes sometidos a radioterapia.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Terapia de radiación
- Espectroscopía óptica
Antecedentes
- La eritema aguda inducida por radiación es un efecto secundario común de la radioterapia.
- Los métodos actuales para evaluar la toxicidad cutánea suelen ser subjetivos.
- La espectroscopía óptica difusa ofrece un enfoque no invasivo para medir la respuesta de la piel.
- Esta técnica puede ayudar a identificar pacientes con riesgo de reacciones cutáneas graves.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un biomarcador cuantitativo para la toxicidad cutánea inducida por radiación.
- Mostrar la técnica DOS en un modelo preclínico con ratones.
- Establecer un método sistemático para medir la respuesta de la piel a la radiación.
Métodos Utilizados
- Diseño de instrumentación para espectroscopía óptica difusa.
- Procedimientos de manejo de animales para la recolección precisa de datos.
- Medición de la reflectancia de la piel a distancias especificadas.
- Análisis de biomarcadores ópticos tras la irradiación.
Resultados principales
- Se rastrearon con éxito biomarcadores ópticos cuantitativos a lo largo del tiempo.
- Se observó un aumento en la saturación tisular de oxígeno tras la irradiación.
- Los cambios en la forma espectral se correlacionaron con las evaluaciones visuales de la toxicidad cutánea.
- La técnica puede realizarse eficientemente en pocos minutos.
Conclusiones
- La espectroscopía óptica difusa proporciona un método objetivo para evaluar la toxicidad cutánea por radiación.
- La técnica puede mejorar la gestión del paciente en la terapia de radiación.
- Se necesitan más estudios para validar estos hallazgos en entornos clínicos.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La evaluación cuantitativa de la toxicidad cutánea aguda inducida por radiación sigue siendo una brecha crítica en la investigación traslacional de radioterapia, lo que limita la confianza predictiva y la evaluación objetiva de la respuesta del tejido normal. La espectroscopía óptica difusa (DOS) ofrece un enfoque reproducible y de alto rendimiento para generar biomarcadores ópticos funcionales, apoyando la reducción de riesgos mecanicistas y la validación de dianas para estrategias intervencionistas. La integración de métricas derivadas de la DOS en flujos de trabajo preclínicos y clínicos mejora la toma de decisiones en carteras y el avance ajustado al riesgo de agentes radioprotectores.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la cuantificación objetiva de la toxicidad cutánea inducida por radiación para la comprobación de hipótesis.
- Apoya la validación funcional de vías y dianas candidatas implicadas en la respuesta del tejido.
- Facilita la reducción mecanicista de riesgos al vincular parámetros fisiológicos con lesiones por radiación.
- Mejora la confianza predictiva para seleccionar y clasificar compuestos de intervención.
Desarrollo de pruebas y cribado
- Proporciona biomarcadores ópticos cuantitativos estandarizados para el desarrollo de ensayos.
- Permite la medición reproducible de la respuesta cutánea en cohortes experimentales.
- Facilita el cribado de alto rendimiento de agentes radioprotectores candidatos en modelos preclínicos.
- Ofrece resultados cuantitativos adecuados para comparaciones entre estudios y entre plataformas.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea los resultados de biomarcadores preclínicos con puntos finales clínicamente relevantes para la toxicidad cutánea.
- Permite el seguimiento longitudinal de la respuesta del tejido, favoreciendo la continuidad traslacional.
- Reduce la ambigüedad en la evaluación de la eficacia de intervenciones radioprotectoras o mitigadoras.
- Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo basadas en datos cuantitativos y objetivos.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
La evaluación cuantitativa de la toxicidad cutánea basada en DOS se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la fase preclínica, actuando como nexo entre estudios mecanicistas iniciales y la validación traslacional de estrategias radioprotectoras.
- Biología del Descubrimiento: Proporciona métricas objetivas para la prueba de hipótesis y la aclaración de vías en la respuesta a la radiación.
- Selección: Permite obtener resultados de ensayos cuantitativos y reproducibles para la evaluación de compuestos.
- Análisis: Ofrece mediciones de biomarcadores ópticos y comparaciones estadísticas de la respuesta del tejido.
- Investigación Traducional: Alinea los biomarcadores ópticos preclínicos con los puntos finales clínicos de toxicidad cutánea.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma escalable y estandarizada para la investigación continua en radiobiología y la evaluación de terapias.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en los estudios de toxicidad por radiación.
- Valor operativo: Estandariza y acelera la evaluación cuantitativa de la respuesta cutánea en modelos preclínicos.
- Valor estratégico: Apoya decisiones sólidas de avance o interrupción y el avance eficiente en términos de capital de candidatos radioprotectores.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo y la comparabilidad entre programas de la eficacia de las intervenciones.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en espectroscopía óptica y análisis cuantitativo de datos.
- Necesita instrumentación dedicada y condiciones controladas de iluminación para lograr reproducibilidad.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de medición y de la interpretación de datos.
- La adaptación a otros modelos de tejidos o entornos clínicos puede requerir optimización del protocolo.
- Es fundamental manipular cuidadosamente la sonda para evitar artefactos provocados por el desplazamiento vascular local.
