La biofotónica y su rol innovador en la medicina*
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Desde la literatura hasta la pantalla grande, pasando por los comics y obras de ciencia ficción como La guerra de los mundos y Star Wars, ha estado presente una peculiar protagonista: la luz. En muchas historias, nuestra heroína ha estado latente en forma de armas, medios de comunicación e incluso medios de transporte, o ¿acaso has olvidado que con la luz “muchos ovnis secuestran vacas”?
La fotónica La fotónica es la ciencia que permite producir, controlar y detectar fotones (partículas de luz). Esta disciplina tiene diversas ramas, entre las cuales destaca la biofotónica, que es la encargada de aprovechar la luz como terapia y como un medio de diagnóstico en el área médica, ya que nos permite utilizar las técnicas ópticas para estudiar y estimular moléculas biológicas, células y tejidos sin comprometer su integridad. Por eso, es la rama mayoritariamente utilizada en la medicina, la agricultura y las ciencias ambientales. Por otro lado, es importante saber que las aplicaciones de la fotónica con fines médicos están relacionadas con las características ópticas de cada sistema biológico, ya que éstas varían en cada uno; por ello, hay que seleccionar adecuadamente las fuentes de luz, para poder penetrar en cada uno de los diferentes tejidos sin dañarlos, sin comprometer su integridad. Biofotónica cerebral Cuando la fotónica se enfoca en el uso biomédico, teniendo como base las características ópticas de un tejido específico, como el cerebro, se seleccionan fuentes de luz que optimicen la absorción y esparcimiento para alcanzar regiones específicas dentro del cuerpo humano. Para ello es vital encontrar las condiciones óptimas para la propagación de la luz, lo cual puede ser difícil, sobre todo en las regiones del hueso craneal, por lo que se consideran materiales novedosos, como el uso de cerámicos “transparentes”, para proporcionar acceso óptico en distintos rangos de longitudes de onda.
En el caso del diagnóstico y tratamiento de lesiones cerebrales basados en la fotónica se requiere de implantes craneales transparentes, para lo cual se han explorado técnicas que proponen el adelgazamiento craneal o la utilización de implantes de vidrio, sin embargo, estos comprometen las características mecánicas necesarias para la protección del cerebro. ¿Por qué? Porque no todos los materiales utilizados son mecánicamente estables o biocompatibles, es decir, se corre el riesgo de que se rompan o que el cuerpo rechace ciertos materiales, haciendo imposible su uso. Por lo anterior, en la investigación “Ventanas al cerebro” se presenta una alternativa que proporciona dureza y biocompatibilidad: el uso de un material a base de circonia transparente nanocristalina. El uso de este material abre el panorama a la hora de realizar tratamientos terapéuticos cerebrales. Los implantes craneales con circonia, a pesar de contar con las características apropiadas de biocompatibilidad y dureza, tenían el inconveniente de la opacidad; para subsanarlo, se usaron técnicas novedosas de síntesis de materiales para volver el material altamente transparente.
Si bien es cierto que el uso de este material resulta en una elevada biocompatibilidad, por ejemplo, en implantes dentales e incluso en aplicaciones ortopédicas, a la hora de hablar de implantes craneales la realidad cambia, ya que necesita evaluarse la respuesta biológica al material a largo plazo. Aunado a esto, debe monitorearse que el material no pierda transparencia ya que esto impediría el aprovechamiento de la luz correctamente; por ello, es necesario llevar a cabo una serie de experimentos hasta tener completa confianza en la técnica para su implementación en humanos. Beneficios terapéuticos de la fotónica Llegado el tiempo en el que esta nueva técnica sea segura se abrirá la ventana para el mejoramiento de estudios cerebrales. La tecnología de imágenes ópticas es quizás el candidato más natural para ser explotado para mejorar el diagnóstico de lesiones cerebrales. De la misma manera, aparte del diagnóstico, se vislumbra la posibilidad de proporcionar tratamiento terapéutico mediante el uso de luz (láser, led) a ciertas patologías, incluyendo tumores y distintas lesiones; esto abrirá la oportunidad de aplicaciones no solo en el cerebro sino en el resto del organismo, creando una alternativa rápida y eficaz para el tratamiento de enfermedades y disminución de la mortalidad por estas causas. Esto queda de manifiesto en entrevistas con el Dr. Santiago Camacho López, investigador titular del Departamento de Óptica del CICESE, y coautor del artículo en el que se basa esta información (“A New Window for Photonics in the Brain”).
En conclusión, podemos observar cómo la fotónica combinada con una adecuada selección de nanomateriales biocompatibles, da como resultado la innovación para el análisis, diagnóstico, tratamiento, y la creación de protocolos preventivos para ciertas enfermedades o, simplemente, el monitoreo de ciertas dinámicas fisiológicas. Lo anterior con el fin de mejorar la eficiencia al enfrentar un padecimiento médico, otorgando al paciente una alternativa de mejora en su calidad de vida. Por ello, es importante continuar con el estudio de diversas técnicas y métodos que la biofotónica ofrece a la medicina. Referencias Juan Hernández-Cordero, Rubén Ramos-Garcia, Santiago Camacho-Lopez, Guillermo Aguilar, “A New Window for Photonics in the Brain” (IEEE photonics Society News, 2018) - *El presente trabajo toma como fuentes de información principales el artículo “New Window for Photonics in the Brain”, así como entrevistas realizadas al Dr. Santiago Camacho López, investigador titular del Departamento de Óptica del CICESE. **Estudiante de la Licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias, UABC. Gracias a la Mtra. Norma Herrera Hernández por su guía en la escritura, revisión y edición final de este artículo. |
Especulaciones aparte, pensemos en la infinidad de usos de esta peculiar aliada y volvamos al mundo real donde la luz, en su dualidad onda, partícula, y transformada en tecnología cobra gran relevancia en diversas industrias, como la médica, que está empeñada en mejorar la calidad de vida de muchos pacientes.
Santiago Camacho comenta otro ejemplo en el campo de la salud: el uso de luz láser para eliminar bacterias, lo cual puede resultar ventajoso sobre otros métodos, ya que en este caso la luz daña las bacterias de manera selectiva.