La física y medicina abren nuevas vías en Valencia

Son invisibles, pero ellos nos ayudan a ver, a ver más allá de donde llega la vista. Son intangibles, pero con ellos podemos tocar y llegar más allá de donde alcanzan nuestras manos. No se trata de magia, ni de fantasmas: se trata de los fotones y de otras partículas subatómicas de las que hoy se vale la Medicina. Las nuevas técnicas que se utilizarán en el Centro de Física Médica de la Universitat de València y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

Una simple radiografía ya nos muestra un mundo al que antes sólo se podía acceder usando el bisturí. Hoy, el médico puede desterrar o confirmar sus sospechas gracias a esas imágenes que los rayos X han dejado en la placa, después de pasar, invisibles e intangibles, a través del paciente. Gracias al descubrimiento de los rayos X por el físico alemán Wilhelm Röntgen, los científicos comienzan a hacer visible lo invisible. Está acabando el siglo XIX y todavía no se conoce la naturaleza de esa radiación. No obstante, de modo inmediato, físicos y médicos emplean el equipo de Röntgen para analizar la anatomía humana que, por primera vez, se ve sin necesidad de intervención quirúrgica. Es el inicio del diagnóstico por imagen. A su vez, el médico francés Victor Despeigne aplica los rayos X para curar un tumor maligno, abriendo el camino a la radioterapia. Esta transferencia de conocimiento desde el laboratorio de un físico a un hospital en un tiempo tan breve marcó un hito en la historia.

A principios del siglo XX, Planck, Einstein y Compton revelaron que la radiación electromagnética, de la cual forman parte la luz visible y los rayos X, está formada por cuantos energéticos: los fotones. Estas partículas sin masa, cuando viajan a través de la materia, se acoplan a los electrones siguiendo leyes físicas del mundo cuántico. El conocimiento de esas leyes, del comportamiento de los fotones en el cuerpo humano, abrió las puertas a una radioterapia controlada.

Con la radioterapia pretendemos destruir las células cancerígenas. Para ello se irradia al paciente con haces de fotones (o de electrones), con la intención de que la mayor energía posible se deposite en la zona tumoral. En su camino a través del cuerpo, el fotón va perdiendo energía que se transfiere a los átomos de las células que encuentra en su camino. Esto quiere decir que la radiación también afecta en parte al tejido sano, que ha de reparar las células dañadas. Por suerte (y es clave en la radioterapia), los mecanismos de reparación de las células sanas son más efectivos que los de las células tumorales. El comportamiento del haz a su paso por la materia es muy distinto si, en vez de fotones, empleamos protones o núcleos como el carbono, que son hadrones, partículas pesadas.

En efecto, con la Protonterapia la mayor parte de la energía del haz se deposita en el lugar en el que los protones se detienen, que va a depender de la energía inicial de dichas partículas y del tejido que atraviesan. Debido a ello, el efecto terapéutico es muy preciso porque, tal como hemos dicho, se puede concentrar mucho mejor la acción del haz en la zona afectada por el tumor, mientras que la radiación recibida por los tejidos sanos colindantes se reduce. Por ello, la terapia con protones es especialmente útil para irradiar ciertos tumores que, por su localización, serían difíciles o imposibles de tratar por medio de la radioterapia. Este es el caso de ciertos tumores de la base del cráneo y del raquis, del ojo o del cerebro. Por ser tan precisa, la terapia de protones es especialmente conveniente cuando los pacientes son niños.

Tanto en radioterapia como en terapia de protones, se necesita un acelerador para producir los haces de partículas con los que irradiar al paciente. Mientras que los aceleradores empleados en radioterapia caben en una habitación, para producir haces de protones con fines terapéuticos se necesitan instalaciones mucho más sofisticadas en torno al acelerador, que suele ser de tipo ciclotrón. Por ser mucho más complejos y costosos que las destinadas a radioterapia, pocos países disponen de ellas.

Los aceleradores de partículas en Medicina no sólo están destinados a curar, sino también a producir sustancias radiactivas con las que podemos ver determinados procesos metabólicos. En los ciclotrones podemos producir un tipo específico de núcleos radiactivos que, al desintegrarse, emiten partículas de antimateria. Se trata de los radioisótopos emisores de positrones. Con ellos se marcan sustancias de importancia biológica que luego se inyectan al paciente. El cuerpo humano es incapaz de distinguir las sustancias marcadas de aquellas que no lo están; sin embargo, la desintegración radiactiva del emisor de positrones delata su localización y concentración en el organismo. Como el positrón es la antipartícula del electrón, cuando el positrón emitido por el marcador se encuentre en su camino a un electrón de los tejidos, ambos se aniquilarán; es decir, dejarán de existir y se convertirán en radiación pura con una energía dada por la famosa formula de Einstein, E=mc2. Ésta es la base física de la tomografía por emisión de positrones (PET). Mediante la PET podemos ver la existencia de tumores antes de poderlos detectar mediante otras técnicas de diagnóstico por imagen. También permite diagnosticar trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer antes que ningún otro método las haya podido ver.

El diagnostico precoz aumenta el éxito de las terapias. Por eso, cuanto antes veamos el problema, antes y mejor podemos intentar curarlo. La Física puede contribuir a ambas cosas. Y es precisamente eso, la combinación de Física, diagnóstico y terapia, el objetivo del futuro Instituto de Física Médica de Valencia (IFIMED). En el IFIMED se desarrollarán actividades de I+D en sistemas de detección de partículas, en dispositivos para el diagnóstico médico, en imagen médica y en aceleradores. De hecho, el IFIMED dispondrá de un acelerador de tipo ciclotrón con el que generar haces de protones de alta energía para uso terapéutico, industrial y para investigación. Estos haces permitirán ofrecer un servicio de protonterapia hasta ahora no existente en toda España.

Los países más avanzados están desarrollando centros para actividades en técnicas de frontera para el diagnóstico por imagen y centros de hadronterapia (por protones o por núcleos de carbono), casi siempre por separado. Una novedad de un proyecto como el IFIMED de Valencia es la integración de los servicios de terapia médica e industriales que puede ofrecer un ciclotrón de protones de alta energía en un instituto de investigación avanzada en imagen médica y aceleradores.

Una de las medidas capitales del grado de civilización de un país es el de ofrecer una mejora de la calidad de vida de sus ciudadanos, y con este proyecto la física continuará aportando nuevas aplicaciones a la sociedad.

José Bernabéu es Catedrático de Física Teórica de la Universitat de València y coordinador del proyecto del IFIMED. Magdalena Rafecas es investigadora del Instituto de Física Corpuscular, centro mixto del CSIC y la Universitat de València.