Un equipo de investigadores de la Universidad Ca’ Foscari de Venecia y de la Universidad Autónoma de Madrid ha desarrollado una técnica innovadora que permite mapear la temperatura en tres dimensiones dentro de tejidos biológicos, utilizando luz invisible y inteligencia artificial. Este avance, publicado recientemente en Nature Communications, podría transformar la forma en que se monitorea la temperatura en el interior del cuerpo humano, mejorando potencialmente la detección temprana de enfermedades y el seguimiento de tratamientos, sin necesidad de recurrir a tecnologías de imagen costosas o invasivas.
Riccardo Marin, profesor asociado en Ca’ Foscari y uno de los autores principales del estudio, explica: «Estamos convirtiendo las distorsiones ópticas, que comúnmente se consideran un problema, en una fuente de información. Con este método, podemos detectar tanto la temperatura de un tejido como la profundidad a la que se encuentra bajo la superficie».
La técnica se basa en termómetros nanoluminiscentes, partículas extremadamente pequeñas compuestas de sulfuro de plata (Ag₂S) que brillan en el infrarrojo cercano cuando son estimuladas por luz. El color y la intensidad de este brillo dependen tanto de la temperatura de la partícula como de la cantidad de tejido biológico que la luz debe atravesar.
Para decodificar estos sutiles cambios espectrales, el equipo entrenó una red neuronal de doble capa con cientos de imágenes hiperespectrales recopiladas bajo diferentes condiciones. El resultado es un modelo capaz de reconstruir mapas térmicos tridimensionales precisos de los tejidos, incluso en escenarios biológicos complejos.
Implicaciones y potencial de la técnica
Los experimentos de prueba de concepto demostraron la capacidad del sistema para detectar gradientes de temperatura tanto en fantasmas de tejido artificial como en muestras biológicas reales. Además, los investigadores lograron mapear vasos sanguíneos en un animal vivo, marcando un hito al conseguir imágenes térmicas en 3D de alta resolución mediante luz sola.
A diferencia de técnicas convencionales como la resonancia magnética funcional (fMRI) o los escáneres PET, que requieren equipos costosos y formación especializada, este nuevo método óptico es portátil, más seguro y significativamente menos caro, lo que podría permitir diagnósticos incluso fuera del entorno hospitalario.
Más allá de la detección de temperatura, los mismos principios podrían adaptarse para medir otros parámetros vitales, como la concentración de oxígeno y el pH, al ajustar las propiedades ópticas de las nanopartículas. «Creemos que esto es solo el comienzo», añade Erving Ximendes, profesor asistente y Fellow Ramón y Cajal en la Universidad Autónoma de Madrid. «El aprendizaje automático ofrece una herramienta poderosa para navegar la complejidad de los sistemas biológicos reales, más allá de lo que los modelos tradicionales pueden lograr».
Este estudio subraya también el valor de la colaboración internacional y la circulación de talento. El proyecto se inició durante la estancia de Marin en la Universidad Autónoma de Madrid e involucró a Anna Romelli, una estudiante de Ca’ Foscari en movilidad Erasmus. La investigación coincide ahora con el regreso de Marin a Ca’ Foscari, su alma mater, como parte de los esfuerzos más amplios de la universidad para atraer a investigadores destacados y fortalecer sus redes de investigación globales.
Este hallazgo sienta las bases para un nuevo proyecto de cinco años liderado por Marin, quien recientemente aseguró una subvención de 1.5 millones de euros para avanzar en tecnologías de nanosensores de luminiscencia. Su proyecto, denominado MAtCHLESS, se enfocará en desarrollar sensores y sistemas de imagen de próxima generación para monitorear parámetros intracelulares clave, como temperatura, pH y oxígeno, con una velocidad y resolución sin precedentes. Esta investigación, realizada en estrecha colaboración con colegas de Madrid, explorará la función tanto de células de mamíferos como de microbios extremófilos, microorganismos que pueden sobrevivir en condiciones extremas, con el fin de aportar avances en diagnósticos médicos, biotecnología e incluso astrobiología, profundizando en nuestra comprensión de la vida en condiciones extremas, en la Tierra y posiblemente más allá.
