El láser: una alternativa en biomedicina

Hace dos años nos topamos con esta noticia en la televisión sobre un interesantísimo descubrimiento español en el que se afirmaba que se había mejorado la tecnología láser que podría ayudar en biomedicina. El propio Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) emitía una nota de prensa en la que se explicaban las ventajas de la nueva técnica descrita y sus aplicaciones. 

 

 Crédito: Agencia EFE. 

Es posible que a todos nos surgieran muchas preguntas al ver la noticia. ¿Cómo es posible que un simple láser sea de tanta utilidad? ¿Un láser se emplea para curar a personas? ¡Vamos a ver si podemos resolverlas! 

Pero, lo primero de todo, ¿qué es el láser? A diferencia de la luz visible, que tiene muchas longitudes de onda, el láser tiene una sola longitud de onda. Además, es un rayo muy concentrado y potente que se puede usar incluso para dar forma a los diamantes o cortar metales.

Y efectivamente… el láser es muy útil. Tiene usos en una gran variedad de campos, especialmente en el de la medicina estética. Todos nos hemos hartado de ver anuncios de depilación láser, tratamiento de varices, eliminación de tatuajes… ¡Incluso parece que es posible cambiarse el color de los ojos con el láser! Sin embargo, no solo se emplea para finalidades puramente estéticas, sino que también es importante en cirugía, por ejemplo para corregir la miopía e hipermetropía y otras alteraciones oculares. Otra de las grandes aplicaciones del láser en medicina es la eliminación de tumores, y de hecho se usa en cáncer de próstata, de cuello de útero... Todos estos procesos se basan en lo siguiente: al irradiar una zona con el láser, ésta se calienta o se vaporiza, lo que nos permite eliminar las células en el caso de un tumor, hacer una incisión con mucha precisión en cirugía, eliminar el folículo piloso en la depilación… 

Para conseguir todo esto lo mejor es emplear láseres que emiten luz con una longitud de onda superior a los 650 nanómetros, es decir láseres de luz roja, porque pueden atravesar las células y profundizar más.  Sin embargo, uno de los principales problemas de los láseres que se emplean normalmente es que no es posible conseguir una emisión duradera de luz roja porque absorben muy poca luz de excitación. Pero, ¿esto qué significa? Uno de los elementos clave de los láseres son los colorantes del medio activo¹, moléculas que cuando absorben radiación (por ejemplo, la luz) emiten otra distinta (láser). Esto significa que si absorben poca luz de excitación se emite menos radiación. En otras palabras, la luz láser que se genera es más débil. Otro problema es la degradación de colorantes o fotodegradación, que dispara el coste.

Esquema simplificado de los componentes básicos de un láser y su funcionamiento. Al irradiar con luz, los colorantes del medio activo se excitan y cuando vuelven al estado de baja energía se genera la luz láser. Por un sistema de espejos, una parte de la luz sale, pero otra se emplea para seguir excitando los colorantes (amplificación). Imagen tomada del blog La Mecánica Cuántica. 

El proyecto mencionado en el vídeo ofrece una solución a estos problemas. Liderado por un equipo de investigadores del CSIC, la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), permitió desarrollar un nuevo material láser que mejora la eficiencia y la estabilidad de los colorantes. Para ello se emplean los llamados “sistemas de láseres de colorante en estado sólido”²: usan partículas con un tamaño del orden de nanómetros (¡un millón de veces menor que un milímetro!) a las que han unido dos colorantes, la Rhodamina 6G (Rh6G) y el Azul de Nilo (NB). Rh6G es un colorante muy resistente a la fotodegradación que es capaz de absorber la radiación de excitación, verde en este caso. Cuando vuelve al estado inicial emite radiación que excita a NB, que finalmente emite luz roja. Es una reacción en cadena conocida como FRET del inglés Förster Resonance Energy Transfer³ y que significa Transferencia de Energía de Resonancia Förster. Así, tal y como vemos en el vídeo cuando se irradia con luz verde la mezcla de nanopartículas se genera un haz láser de color rojo estable.

Ejemplo del fenómeno FRET. Cuando las dos moléculas están próximas, la luz azul emitida por el aceptor excita al donador y se genera luz verde. En el experimento, esto se consigue poniendo las dos moléculas en la misma nanopartícula.  Imagen modificada de Alberts et al. (2010).  

Utilizando este tipo de láseres, los colorantes no son tan sensibles a la fotodegradación. Según comenta Iñigo López, investigador en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU y participante en el proyecto: "Antes, con 2.000 pulsos de luz se degradaban y estropeaban; con el nuevo láser y después de 50.000 golpes de luz, hemos comprobado que los colorantes solamente se han degradado en un 8%" ⁴. Por otro lado, una de las principales ventajas de este nuevo sistema es que las nanopartículas se encuentran disueltas en agua, a diferencia de los láseres convencionales en los que los colorantes están disueltos en solventes que son tóxicos e incluso cancerígenos. 

Hemos mencionado las innumerables aplicaciones del láser, pero nos gustaría explicar una de las técnicas que se comentan en el vídeo: la activación localizada de medicamentos, una técnica de futuro. Con esta ingeniosa idea, tomamos un medicamento que se distribuye por todo el cuerpo pero que solo se activará en el lugar donde irradiemos con el láser. ¿Para qué puede ser esto útil? En quimioterapia, por ejemplo. Los fármacos que se emplean para tratar el cáncer tienen como objetivo destruir células que se dividen rápidamente, una de las principales características de las células tumorales. Sin embargo, ¿qué pasa con las células que en condiciones normales también se dividen mucho? También son atacadas. Aquí se incluyen células como las del intestino, del folículo piloso que genera el pelo o de la médula ósea que genera las células de la sangre, como los linfocitos del sistema inmune. Por eso, mientras se combate el cáncer, el paciente está sufriendo diarreas, pérdida del pelo, infecciones,... En cambio, con el empleo del láser sería posible activar fármacos solo donde haya un tumor sin afectar a los tejidos sanos y, por tanto, evitaremos muchos de estos efectos secundarios. 

En conclusión, podemos ver que el láser abre una gran abanico de posibilidades tanto en ciencia como en tecnología. ¡Esperemos que siga avanzando este campo!

 Fuentes :

1. Rami Arieli. "The Laser Adventure", Capítulo 3.1. Versión en español por A. Requena, C.Cruz, A. Bastida y J. Zúñiga. Universidad de Murcia.
2. Cerdán Pedraza, Luis. "Solid state dye lasers: scattering feedback and integrated devices". Tesis doctoral. Dirigida por Ángel Costela, Inmaculada García-Moreno . Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica (2013). 
3. Alberts et al. "Biología Molecular de la Célula", traducción al español de la 5ª edición en inglés.  Ediciones Omega (2010). 
4. Entrevista a Íñigo López en el diario Naiz.

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Etiquetas: cáncer, fotodegradación, FRET, investigadores, láser, medicamentos, noticia, roja