Detector de trazas de diamante: el magnetómetro cuántico endoscópico le indicará al cirujano dónde buscar ganglios linfáticos centinela

Físicos de la Universidad de Warwick han presentado un prototipo de magnetómetro de diamante endoscópico para oncocirugía. El sensor utiliza centros de nitrógeno-vacante (NV) en el diamante y lee los campos magnéticos del trazador de óxido de hierro MagTrace™, el mismo que se utiliza en la biopsia del ganglio linfático centinela en cirugía mamaria. El dispositivo registra una masa de hierro de tan solo 0,56 mg a una distancia de hasta 5,8 mm, lo que supone aproximadamente 100 veces la dosis recomendada del trazador; a concentraciones más altas, la distancia de trabajo aumenta a 14,6 mm. El diámetro del cabezal del sensor no supera los 10 mm, por lo que puede instalarse en endoscopios y laparoscopios.

Antecedentes del estudio

La biopsia del ganglio linfático centinela (BGLC) es el método estándar para la estadificación del cáncer de mama en etapa temprana y otros tumores: se extirpan los primeros ganglios linfáticos a lo largo del drenaje linfático para determinar si el tumor ha penetrado en el sistema linfático, evitando así una disección más traumática. La navegación clásica consiste en un radioisótopo con un colorante azul, pero el método presenta inconvenientes: logística radiológica, ventanas de tiempo limitadas, reacciones alérgicas poco frecuentes y limitaciones para procedimientos mínimamente invasivos. Por lo tanto, se están desarrollando activamente alternativas, como los óxidos de hierro superparamagnéticos (SOPI), por ejemplo, el trazador clínico MagTrace®, aprobado por el NICE y la FDA, en combinación con la sonda Sentimag. Estos marcadores pueden introducirse minutos o semanas antes de la cirugía, permanecen en los ganglios y son visibles mediante sensores magnéticos en el quirófano.

Sin embargo, las sondas magnéticas existentes suelen ser dispositivos portátiles con un imán permanente y un sensor Hall: funcionan, pero su sensibilidad y su diseño limitan su uso en endoscopia y laparoscopia, y el umbral de detección fomenta el uso de inyecciones de trazadores de dosis completa. La herramienta ideal para el cirujano es una sonda miniatura, compatible con esterilización, que puede detectar cantidades muy pequeñas de SPIO a distancias de centímetros y funcionar sin imanes magnetizantes masivos.

En este contexto, los sensores cuánticos en diamante se presentan como una plataforma prometedora: los centros de nitrógeno-vacante (NV) en el diamante permiten la lectura óptica del campo magnético (ODMR) a temperatura ambiente, sin criógenos; los dispositivos pueden fabricarse con fibra óptica, lo que permite extraer láseres y detectores de la zona estéril. En los últimos años, se han demostrado magnetómetros NV compactos para aplicaciones biomédicas, incluyendo el registro de señales de nanopartículas magnéticas. Diversos artículos de revisión sistematizan métodos para aumentar la sensibilidad y confirman el potencial del diamante NV como plataforma para magnetómetros aplicados.

Un nuevo desarrollo de la Universidad de Warwick cierra esta brecha: se ha presentado un magnetómetro de diamante NV endoscópico que detecta el trazador clínico MagTrace®. El prototipo detecta masas de hierro de hasta 0,56 mg a una distancia de hasta 5,8 mm (aproximadamente 100 veces menor que la dosis recomendada) y trabaja con concentraciones de hasta 2,8 mg/ml a una distancia de hasta 14,6 mm; el diámetro del cabezal del sensor, ≤10 mm, es compatible con endoscopios y laparoscopios. Si estos parámetros se confirman in vivo, la tecnología puede reducir las dosis de trazador requeridas, simplificar la navegación en cirugía mínimamente invasiva y reducir la dependencia de radioisótopos. Por ahora, este es un prototipo de laboratorio que espera calibración en tejido vivo y comparación directa con sistemas existentes, pero el camino cuántico hacia la práctica clínica ya es visible.

Cómo funciona esto

Dentro del sensor se encuentra un microcristal de diamante con impurezas de neutrones. Un láser verde y una señal de microondas sintonizan los centros de neutrones, y su luminiscencia cambia al entrar en un campo magnético. Esta lectura por resonancia óptica (ODMR) proporciona alta sensibilidad a temperatura ambiente, sin criógenos ni superconductores. En el nuevo dispositivo, el cabezal de diamante está conectado mediante fibra óptica al resto del sistema óptico: toda la electrónica pesada permanece fuera del campo estéril, y solo se acerca al paciente un sensor en miniatura, lo cual resulta práctico para el quirófano.

¿Por qué los cirujanos oncológicos necesitan esto?

En el cáncer de mama (y otros tumores), es fundamental que el cirujano localice y extirpe con precisión los ganglios linfáticos centinela, aquellos donde las células tumorales se desplazan primero. Los trazadores magnéticos basados en óxido de hierro superparamagnético son una alternativa segura a los radioisótopos y colorantes (con riesgos anestésicos y alérgicos). Un sensor de diamante cuántico añade delicadeza y compacidad a esta técnica: cuanto menor sea el umbral de detección y más pequeño el sensor, más precoz y cómoda será la visualización del "rastro magnético" del ganglio, incluso en procedimientos endoscópicos.

Datos y cifras clave

• Umbral de masa de hierro: 0,56 mg detectado a una distancia de hasta 5,8 mm (≈100× menos que la dosis recomendada).
• Umbral de concentración: 2,8 mg/ml (≈20× menos de lo recomendado) - con una distancia de trabajo de hasta 14,6 mm.
• Dimensiones del sensor: “cabeza” ≤10 mm de diámetro – compatible con endoscopia/laparoscopia.
• Aplicación: detección del trazador de óxido de hierro MagTrace™ (Endomag/Endomagnetics) en cirugía de mama.

¿En qué se diferencia de las sondas existentes?

Actualmente, los quirófanos utilizan sensores magnéticos manuales con un imán permanente y un sensor Hall. Han demostrado su funcionalidad, pero su sensibilidad y formato son limitados. Magnetómetro Diamond NV:

• funciona sin magnetización mediante imanes masivos,
• Lee campos débiles de pequeñas cantidades de trazador,
• encaja en un factor de forma endoscópico,
• Permite retirar la fibra óptica fuera de la zona estéril.

¿Qué significa esto para el paciente (y el quirófano)?

En un escenario ideal, el cirujano utiliza un "puntero cuántico": al colocar una sonda delgada sobre el tejido, observa dónde el rastro magnético del trazador es más intenso y busca allí el ganglio centinela. Esto permite:

• reducir el tiempo de búsqueda y el volumen de cortes;
• reducir la dosis del trazador administrado (manteniendo la fiabilidad);
• ayudar en intervenciones mínimamente invasivas - en el pecho, abdomen, pelvis;
• reducir la dependencia de los radioisótopos y la logística del marcado nuclear.

Contexto y evaluaciones independientes

La publicación en Physical Review Applied es de acceso abierto y cuenta con licencia CC BY 4.0. La Universidad de Warwick emitió un comunicado de prensa titulado «Diamantes que ayudan a detectar el cáncer», en el que destaca la portabilidad y el diámetro endoscópico de la sonda. Publicaciones especializadas para médicos e ingenieros señalan que una sensibilidad inferior a las dosis clínicas es un paso importante hacia un quirófano real.

¿Qué más hay que comprobar (una lista honesta de cosas por hacer)?

• Esterilidad y ergonomía: “fundas” desechables, fijación a endoscopios, comodidad para los asistentes.
• Calibraciones en tejido vivo: la influencia de la sangre, la grasa, la profundidad del ganglio y los instrumentos metálicos en la señal.
• Comparaciones directas: frente a las sondas magnéticas actuales y la navegación con radionúclidos, en términos de precisión, tiempo y "objetivos falsos".
• Ruta regulatoria: Estándares EMC y base de evidencia para aprobación en diferentes países.

¿Por qué centros de diamantes y NV?

Los centros de neurociencia cuentan con sensibilidad cuántica a los campos magnéticos y a la lectura de señales ópticas: esta combinación permite construir sensores compactos y estables que operan a temperatura ambiente. Esto es crucial para la medicina: ausencia de criógenos, arranque rápido, modularidad (el láser y el fotodetector se extraen del paciente mediante fibra óptica) y posibilidad de escalado a lotes clínicos.

Conclusión

El nuevo magnetómetro endoscópico de diamante detecta con precisión el trazo magnético de un trazador clínico a dosis inferiores a las habituales y se adapta a un formato de 10 mm. Si las próximas pruebas confirman su estabilidad en el entorno quirúrgico, los cirujanos contarán con un asistente cuántico, compacto y fácil de usar para la detección de ganglios linfáticos centinela, desde cirugías abiertas hasta laparoscopia y endoscopia. Este es un caso excepcional en el que la sensórica cuántica está casi lista para traspasar el umbral de la práctica clínica.

Fuente: AJ Newman et al. Magnetómetro de diamante endoscópico para cirugía oncológica. Physical Review Applied 24, 024029 (12 de agosto de 2025). DOI: https://doi.org/10.1103/znt3-988w