MADRID 11 Feb. (EUROPA PRESS) -
Los científicos de la Universidad Rice y sus colaboradores en el Baylor College of Medicine (BCM) en Estados Unidos han demostrado un nuevo método para detectar la presencia de sustancias químicas peligrosas del humo del tabaco en la placenta humana con una velocidad y precisión sin precedentes.
Sus hallazgos se recogen en una publicación en 'Proceedings of the National Academy of Sciences'. Un equipo de investigación utilizó una combinación de técnicas de obtención de imágenes basadas en luz y algoritmos de aprendizaje automático (ML) para identificar y etiquetar hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y sus derivados (PAC), compuestos tóxicos generados a través de la combustión incompleta de materiales orgánicos.
La exposición a estas sustancias químicas durante el embarazo puede provocar consecuencias negativas para la salud, como parto prematuro, bajo peso al nacer y problemas de desarrollo. "Nuestro trabajo aborda un desafío crítico en la salud materna y fetal al mejorar nuestra capacidad para detectar compuestos nocivos como los HAP y los PAC en muestras de placenta", detalla Oara Neumann, científica investigadora de Rice y primera autora del estudio.
"Los hallazgos revelan que la espectroscopia vibracional mejorada con aprendizaje automático puede distinguir con precisión entre muestras de placenta de fumadores y no fumadores", afirma.
El nuevo método se utilizó para analizar las placentas de mujeres que informaron haber fumado durante el embarazo y de no fumadoras, lo que confirmó que los HAP y los PAC estaban presentes solo en las muestras recogidas de fumadoras. Los hallazgos ofrecen una herramienta fundamental para el control ambiental y de la salud, ya que permiten la identificación y el etiquetado de toxinas nocivas asociadas con el tabaquismo, así como otras fuentes como incendios forestales, conflagraciones, sitios Superfund y otros entornos de alta contaminación y productos contaminados.
"Medir los niveles de sustancias químicas ambientales en la placenta puede darnos una idea de las exposiciones que experimentaron tanto la madre como el bebé durante el embarazo", expone Melissa Suter , profesora adjunta de obstetricia y ginecología en BCM. "Esta información puede ayudarnos a comprender cómo estas sustancias químicas pueden afectar el embarazo y el desarrollo del bebé y ayudar a los científicos a informar sobre las medidas de salud pública".
La investigación se basó en la espectroscopia de superficie mejorada, un método que utiliza nanomateriales especialmente diseñados para amplificar la forma en que las longitudes de onda de luz específicas interactúan con los compuestos específicos. En este caso, los investigadores aprovecharon las propiedades ópticas especiales de las nanocapas de oro diseñadas en el grupo de investigación de Fotónica y Plasmónica Nanoingeniería dirigido por Naomi Halas , profesora universitaria y profesora Stanley C. Moore de Ingeniería Eléctrica e Informática en Rice.
"Combinamos dos técnicas complementarias ? espectroscopia Raman de superficie mejorada y absorción infrarroja de superficie mejorada para generar firmas vibracionales altamente detalladas de las moléculas en las muestras de placenta", aporta Halas, quien es la autora correspondiente del estudio.
Halas junto con Peter Nordlander , presidente de la Cátedra Wiess en Física y Astronomía y profesor de ingeniería eléctrica e informática y ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice, han hecho contribuciones significativas a la plasmónica, el estudio de las oscilaciones colectivas inducidas por la luz de los electrones libres en la superficie de las nanopartículas metálicas. La espectroscopia de superficie mejorada aprovecha la plasmónica para hacer posible el estudio en profundidad de las estructuras moleculares con muy alta resolución en las concentraciones traza encontradas en muestras biológicas y ambientales.
La integración de algoritmos de aprendizaje automático (CaPE, por sus siglas en inglés) y CaPSim, por sus siglas en inglés), reveló patrones sutiles en los datos que de otro modo habrían pasado desapercibidos. CaPE identificó firmas químicas clave de los conjuntos de datos complejos, mientras que CaPSim hizo coincidir estas señales con firmas químicas conocidas de HAP. Este resultado muestra el impacto transformador de las herramientas computacionales para aplicaciones médicas y de salud pública.
Experimentos posteriores validaron los resultados de la investigación y confirmaron que el nuevo método ofrece una alternativa funcional a las técnicas tradicionales, que requieren más trabajo y tiempo.
Más allá de la exposición relacionada con el tabaquismo, la investigación podría permitir el seguimiento de la exposición a toxinas ambientales después de desastres naturales o accidentes industriales, lo que proporcionaría a los proveedores de atención médica una forma más rápida y confiable de evaluar el riesgo y potencialmente mejorar los resultados de salud fetal y materna.