Los investigadores de la Universidad de California en San Diego han encontrado un aliado inusual en la búsqueda de un diagnóstico de cáncer más rápido, más preciso y más accesible en todo el mundo: la mariposa Morpho. Conocida por sus brillantes alas azules, la mariposa Morpho debe su brillantez no a los pigmentos sino a estructuras microscópicas que manipulan la luz. Ahora, los investigadores están aprovechando esas mismas estructuras para obtener información detallada sobre la composición fibrosa de las muestras de biopsia de cáncer, sin necesidad de tinción química o equipo de diagnóstico por imagen costoso.
Por Liezel Labios, Universidad de California, San Diego
Los hallazgos se detallan en un artículo publicado en Advanced Materials .
La fibrosis, la acumulación de tejido fibroso, es una característica clave de muchas enfermedades, entre ellas los trastornos neurodegenerativos, las enfermedades cardíacas y el cáncer. En oncología, evaluar el grado de fibrosis en una muestra de biopsia puede ayudar a determinar si el cáncer de un paciente se encuentra en una etapa temprana o avanzada.
«El gran desafío, sin embargo, es que es extremadamente difícil distinguir entre estas etapas utilizando los métodos clínicos actuales», dijo la autora principal del estudio, Lisa Poulikakos, profesora del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego.
Estos métodos se basan en la tinción de tejidos para resaltar las estructuras clave en la biopsia del tumor, pero los resultados pueden ser subjetivos: un patólogo puede interpretar una muestra de manera diferente a otro. Y si bien existen técnicas de diagnóstico por imágenes más avanzadas que pueden brindar detalles más detallados, requieren equipos costosos y especializados que muchas clínicas simplemente no tienen.
Ahí es donde entra en juego la mariposa Morpho. Poulikakos y su equipo descubrieron que al colocar una muestra de biopsia sobre el ala de una mariposa Morpho y observarla con un microscopio estándar, pueden evaluar si la estructura de un tumor indica cáncer en etapa temprana o tardía, sin necesidad de tinciones o costosas máquinas de diagnóstico por imágenes.
«Podemos aplicar esta técnica utilizando microscopios ópticos estándar que ya tienen las clínicas», dijo Poulikakos. «Y es más objetiva y cuantitativa que lo que está disponible actualmente».
La idea de este método surgió de Paula Kirya, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica en la Universidad de California en San Diego y primera autora del estudio. Kirya había estudiado previamente las alas de la mariposa Morpho y sus propiedades ópticas mientras era investigadora universitaria en el Pasadena City College. Cuando se trasladó a la Universidad de California en San Diego y se unió al laboratorio de Poulikakos (donde los investigadores construyen nanoestructuras sintéticas para obtener imágenes de tejidos biológicos), reconoció una oportunidad.
«Había estado imaginando alas de mariposas, estudiando cómo reaccionan a diferentes entornos», dijo. «Y cuando vi lo que estaban haciendo en el laboratorio, pensé: ‘La morfo tiene esta propiedad de forma natural, ¿por qué no aprovecharla?'»
Los investigadores descubrieron que las micro y nanoestructuras del ala responden fuertemente a la luz polarizada, un tipo de luz que se propaga en una dirección específica. Las fibras de colágeno, que son un componente estructural clave del tejido fibrótico, también interactúan con la luz polarizada, pero sus señales son débiles. Al colocar una muestra de biopsia sobre un trozo de ala de una mariposa Morpho, los investigadores amplificaron estas señales, lo que facilitó el análisis de la densidad y la disposición de las fibras de colágeno.
Las señales resultantes pueden traducirse luego en una medida de cuán densas y organizadas son las fibras de colágeno en la muestra de biopsia. Para ello, los investigadores desarrollaron un modelo matemático basado en el cálculo de Jones, un método para analizar la luz polarizada. El modelo correlaciona la intensidad de la luz con la densidad y la organización de las fibras de colágeno , lo que proporciona una métrica cuantificable para evaluar la fibrosis dentro del tejido.
Con este método, los investigadores analizaron muestras de biopsia de cáncer de mama humano con y sin colágeno, proporcionadas por los colaboradores y coautores del estudio Jing Yang, profesor de los Departamentos de Farmacología y Pediatría de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y codirector del Programa de Biología y Señalización del Cáncer del Centro Oncológico Moores, y Aida Mestre-Farrera, científica postdoctoral del grupo de Yang. Sus resultados fueron comparables a los de los métodos de tinción convencionales y a los de un método de obtención de imágenes avanzado y de alto coste.
«Básicamente, estamos tratando de ampliar estos procedimientos con una alternativa libre de tinciones que no requiere nada más que un microscopio óptico estándar y un trozo de un ala de Morpho», dijo Kirya.
«En muchas partes del mundo, la detección temprana del cáncer es un desafío debido a las limitaciones de recursos. Si podemos proporcionar una herramienta más sencilla y accesible, podemos ayudar a que más pacientes sean diagnosticados antes de que sus cánceres alcancen etapas agresivas».
Aunque el estudio actual se centró en el cáncer de mama, los investigadores creen que su técnica podría aplicarse a una amplia gama de enfermedades fibróticas.
«Estamos entusiasmados por poder utilizar esta técnica para todo tipo de diagnósticos de tejidos», afirmó Poulikakos. «Fue realmente sorprendente ver lo bien que la naturaleza ya había diseñado una solución a través del ala de la mariposa Morpho y sus micro y nanoestructuras naturales. Nuestro trabajo demuestra que la naturaleza nos ha proporcionado algo que puede ayudarnos a obtener imágenes de tejidos enfermos sin necesidad de costosas instalaciones de fabricación».
Más información: Paula Kirya et al, Aprovechamiento de la anisotropía óptica del ala de la mariposa morfo para la evaluación cuantitativa, sin tinción y sin contacto de las microestructuras de tejidos biológicos, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202407728
