El láser ilumina la biología

Las investigaciones biológicas basadas en la luz, especialmente la luz láser, están en pleno auge. ¿Quién no ha observado su mano iluminada por detrás por una bombilla y ha atisbado huesos y venas? ¿O quién no ha mirado a través de un microscopio tradicional para descubrir lo que no se detecta a simple vista? Sobre estas mismas bases, con la ayuda de los conocimientos biológicos, la tecnología, las matemáticas y el láser, avanzan los microscopios para ver órganos y células con detalle antes inalcanzable y para aplicar esas técnicas de imagen biológica al diagnóstico, el seguimiento y la terapia en campos médicos como la neurología y la oncología.

La espectroscopia de infrarrojo cercano (con diodos láser), por ejemplo, proporciona un método no invasivo para medir de forma continua el grado de oxigenación de los tejidos, el metabolismo y el flujo de la sangre en el cerebro.

Un grupo investiga nanoesferas de oro para destruir células cancerosas con calor

La microscopía óptica se desarrolla más rápidamente que nunca

Estos datos permiten estudiar el desarrollo del cerebro en bebés sanos, como están haciendo Clare E. Elwell y sus colegas del University College de Londres, con sensores ópticos aplicados en forma de casco. Se trata de tener una alternativa a la resonancia magnética funcional, que permite ver las áreas del cerebro que se encienden con cada actividad y que no se puede aplicar a los niños pequeños. Algo que se adivina muy útil, por ejemplo, en el diagnóstico precoz del autismo. Las aplicaciones terapéuticas, todavía experimentales, especialmente en bebés prematuros en unidades de cuidados intensivos, y otras no terapéuticas, como las relacionadas con la oxigenación muscular en atletas de élite, son el fruto de los grandes avances recientes en instrumentación y métodos de análisis.

"De cara a los próximos juegos olímpicos en Londres, estamos probando un sensor óptico que se sujeta al muslo de los patinadores de velocidad, para saber cual es la mejor estrategia de calentamiento", explicó Elwell en el congreso internacional L4H (Luz para la Salud) que se ha celebrado en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en Castelldefels (Barcelona). Las aplicaciones biológicas de la física de la luz constituyen uno de los tres programas básicos del ICFO, junto a la energía y la información cuántica, explica su director, el físico Lluis Torner.

En oncología, los métodos de óptica difusa se están desarrollando, entre otras cosas, para caracterizar tumores de mama y predecir el efecto de cada terapia. "Hay necesidad de métodos funcionales, baratos, portátiles y no ionizantes para hacer un seguimiento constante de las pacientes", indica Regine Choe (Universidad de Rochester). La técnica no es tan fácil como iluminar con láser la mama y recoger la información. Son necesarios complicados algoritmos para medir exactamente lo que se quiere, en este caso la hemoglobina, la oxigenación y el flujo de la sangre, ya que donde crece un tumor aumentan los vasos sanguíneos que necesita para alimentarse. Los experimentos hechos en pacientes en combinación con técnicas más contrastadas son prometedores, entre otras cosas, para distinguir entre tumores benignos y malignos.

La base de los experimentos de Romain Quidant, de ICFO, es mucho más compleja, ya que se trata de desarrollar nanoherramientas basadas en la óptica cuántica, para su aplicación en biología avanzada. Su equipo estudia, con programas europeos, la utilización de nanoesferas de oro como método mínimamente invasivo para el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Estas nanoesferas, excitadas por láser, son fuentes puntuales de luz y de calor. Pueden, por ejemplo, detectar bajas concentraciones de marcadores tumorales en suero.

Por un lado se pretende construir un chip que sea un laboratorio completo para diagnóstico precoz y seguimiento de tratamientos. Por otro, se piensa en utilizar las nanopartículas como caballos de Troya con control remoto. El objetivo es que se adhieran exclusivamente a las células tumorales y las destruyan selectivamente por calor.

En las matemáticas se basa también el nuevo sistema comercial de microscopía STORM de Nikon, capaz de una resolución 10 veces superior a la de los más avanzados microscopios ópticos. Se introduce en el reino de lo diminuto, ya que puede hacer imágenes de detalles de células vivas, con ayuda de moléculas fluorescentes, con una resolución de 20 nanómetros, gracias a la gran cantidad de fotones que se emiten. Es una tecnología nacida en la Universidad de Harvard que ya se estaba utilizando en los laboratorios, y ahora se presenta, en forma compacta, como prueba de que "la microscopía óptica se desarrolla más rápidamente que nunca", en palabras de Peter Drent, director general de Nikon Instruments en Europa. El primero que se instala en el continente está desde la semana pasada en el ICFO (Universidad Politécnica de Cataluña), que ha sido elegido como centro de excelencia europeo para rodarlo, especialmente en el desarrollo del software.

Con más de 200 científicos y técnicos en la actualidad, el ICFO pretende, desde su creación en 2002, estar en la vanguardia mundial de las ciencias fotónicas experimentales. Torner explica que la fotónica es un campo muy amplio, una tecnología básica para el avance en otras áreas. Han elegido tres programas principales de investigación: energía, salud e información cuántica, siempre con la intención de ser líderes mundiales. Ya han publicado más de 25 artículos en el grupo Nature y a pesar de sus pocos años de existencia ya tienen un puesto en el mapa mundial.