Ferenc Krausz, ganador del Nobel de F¨ªsica: ¡°Cada c¨¢ncer tiene una huella de luz infrarroja diferente¡±

Como el astronauta Neil Armstrong cuando plant¨® su pie izquierdo en la Luna, el f¨ªsico h¨²ngaro Ferenc Krausz fue la primera persona en asomarse a un mundo desconocido: el de los electrones, las elusivas part¨ªculas que act¨²an como pegamento de toda la materia conocida. La noche del 10 al 11 de septiembre de 2001, alrededor de las cinco de la ma?ana, el equipo de Krausz logr¨® producir pulsos de luz l¨¢ser ultracortos, de 650 attosegundos: trillon¨¦simas partes de un segundo. La humanidad dispon¨ªa por primera vez de un flash tan fugaz que permit¨ªa fotografiar el movimiento de los electrones, pero el f¨ªsico no tuvo tiempo de saborear su ¨¦xito. ¡°Cuando regres¨¦ a la oficina al d¨ªa siguiente, me encontr¨¦ con las terribles im¨¢genes del World Trade Center destruido por ataques terroristas¡±, recuerda por videoconferencia.

El cient¨ªfico h¨²ngaro, nacido en la localidad vin¨ªcola de M¨®r hace 61 a?os, gan¨® hace un mes el Premio Nobel de F¨ªsica. Krausz es uno de los cuatro directores del prestigioso Instituto Max Planck de ?ptica Cu¨¢ntica, en Garching (Alemania). All¨ª, su grupo busca aplicaciones para esta c¨¢mara fotogr¨¢fica de attosegundos. En febrero, tras ganar el Premio Fronteras de la Fundaci¨®n BBVA, vaticin¨® cu¨¢l ser¨¢ la primera aplicaci¨®n en el mundo real: detectar el c¨¢ncer en fases tan tempranas que ser¨¢ sencillo curarlo.

Pregunta. ?C¨®mo pretenden detectar el c¨¢ncer tan pronto?

Respuesta. La tecnolog¨ªa de attosegundos se cre¨® para captar el movimiento de los electrones en esta escala de tiempo, pero, en paralelo, tambi¨¦n result¨® ser muy ¨²til para capturar otro fen¨®meno: las oscilaciones del campo el¨¦ctrico de la luz. B¨¢sicamente, cogemos un pulso muy corto de luz infrarroja y lo enfocamos a una muestra de sangre humana. O, m¨¢s bien, de plasma sangu¨ªneo, porque se han extra¨ªdo las c¨¦lulas, solo quedan mol¨¦culas. Ni siquiera es de color rojo, porque se han eliminado antes los gl¨®bulos rojos. Tiene un color amarillento y contiene cientos de miles de mol¨¦culas diferentes. En medicina se sabe que, en un organismo saludable, la concentraci¨®n de estas mol¨¦culas est¨¢ en un rango muy estrecho. Algunas de ellas ya se utilizan en an¨¢lisis de laboratorio rutinarios: te miden su concentraci¨®n y la comparan con los rangos de referencia en personas sanas. Esto es muy ¨²til, pero falla a la hora de brindar una imagen completa sobre tu estado de salud. Muchas enfermedades no tienen un biomarcador, o al menos no se han descubierto.

P. Todav¨ªa.

R. Por eso existe una gigantesca industria de investigaci¨®n de biomarcadores. Las compa?¨ªas farmac¨¦uticas gastan miles de millones de euros cada a?o en buscar nuevos biomarcadores, con los que reconocer enfermedades lo antes posible y poder curarlas o, al menos, frenarlas. El ejemplo t¨ªpico es el c¨¢ncer: quieres detectarlo lo antes posible, porque as¨ª tendr¨¢s m¨¢s posibilidades de curarlo. Hay una enorme presi¨®n para encontrar nuevos biomarcadores que permitan un diagn¨®stico temprano, pero es como buscar una aguja en un pajar. Veamos el ejemplo de un biomarcador ya existente, el ant¨ªgeno prost¨¢tico espec¨ªfico (PSA), que se utiliza para detectar el c¨¢ncer de pr¨®stata. Su concentraci¨®n tambi¨¦n aumenta mucho con una simple inflamaci¨®n en tu cuerpo, lo que demuestra que es un asunto problem¨¢tico. Nosotros hemos elegido un enfoque completamente diferente. No queremos seleccionar mol¨¦culas individuales, sino que buscamos un m¨¦todo que pueda abordar todas las mol¨¦culas. Es como el m¨²sico que golpea un diapas¨®n para afinar su instrumento. Cogemos pulsos cortos de luz infrarroja, que desempe?an el papel de mazo. La mol¨¦cula es el diapas¨®n. La golpeamos muy brevemente y empieza a vibrar. La mol¨¦cula excitada no genera ondas de sonido, sino de luz infrarroja. Y la frecuencia de estas ondas infrarrojas es espec¨ªfica de cada mol¨¦cula. Esa es la idea. Obtenemos muestras de sangre de personas sanas y de pacientes con una determinada enfermedad, por ejemplo, el c¨¢ncer de pulm¨®n. Medimos e intentamos averiguar si el c¨¢ncer de pulm¨®n crea un patr¨®n espec¨ªfico en esta huella molecular infrarroja de la muestra de sangre. Y la respuesta es s¨ª.

P. ?C¨®mo de fiable es?

R. La se?al es bastante significativa. Por eso creemos que hemos descubierto una forma muy prometedora de detectar el c¨¢ncer de pulm¨®n. Y no solo en la fase 4 del tumor, cuando ya no hay oportunidades para salvarte, que es cuando se diagnostica ahora en la mayor parte de los casos. Esa etapa es b¨¢sicamente una sentencia de muerte. La mitad de los diagn¨®sticos de c¨¢ncer de pulm¨®n en el mundo son en fase 4, as¨ª que cada a?o un mill¨®n de personas se entera de que solo les queda un a?o m¨¢s de vida. El objetivo es detectar antes el tumor, en las fases 1 o 2, o al menos en la 3, cuando todav¨ªa no se ha diseminado por tu cerebro, tus huesos y por todo tu cuerpo. Con nuestro m¨¦todo, podemos detectar el c¨¢ncer de pulm¨®n con una eficacia del 90% en la fase 4, del 75% en fase 2 y del 56% en fase 1. Todav¨ªa hay margen de mejora, pero vemos se?ales muy claras que nos permitir¨¢n optimizar el m¨¦todo. Tambi¨¦n hemos investigado otros siete tipos de c¨¢ncer, como el de mama, el de pr¨®stata, el de vejiga y el de colon. En todos ellos hemos podido detectar una huella de luz infrarroja muy distintiva.

P. ?Cu¨¢ndo podr¨ªan llegar las aplicaciones reales?

R. Queda mucho camino por recorrer. En primer lugar, hay que validar este m¨¦todo. Hasta ahora hemos realizado pruebas en 500 muestras de pacientes y en otras 1.000 de personas sanas. El m¨¦todo parece eficaz y prometedor, pero para llegar a las aplicaciones cl¨ªnicas necesitas validarlo con muchos miles de muestras. Necesitaremos a?os para obtenerlas, porque la mayor¨ªa de los diagn¨®sticos se hacen en la fase 4. La gente no va al m¨¦dico antes porque no tiene s¨ªntomas. Y, si no hay diagn¨®stico, no hay muestras para validar nuestro m¨¦todo. Estamos montando una alianza con los principales centros hospitalarios de Alemania, para intentar obtener miles de muestras de pacientes con c¨¢ncer de pulm¨®n. Necesitaremos otros cinco a?os o as¨ª.

Tenemos margen para mejorar 100.000 veces la potencia de los ordenadores

P. Cuando se habla de electrones, todo el mundo piensa en dispositivos electr¨®nicos, pero los seres humanos tambi¨¦n somos en parte electrones.

R. S¨ª, los electrones desempe?an un papel absolutamente crucial en nuestra vida, tanto la biol¨®gica como la tecnol¨®gica. Los electrones act¨²an como el pegamento que logra que los ¨¢tomos formen mol¨¦culas. Y las mol¨¦culas, como las prote¨ªnas, son las unidades funcionales m¨¢s peque?as de cada ser vivo. Sabemos que cualquier cambio en la estructura de estos ladrillos b¨¢sicos de la vida puede tener consecuencias muy graves, dando lugar a peligrosas enfermedades, como el c¨¢ncer. Y estos cambios en la estructura siempre implican el movimiento de electrones. Durante mucho tiempo, los qu¨ªmicos creyeron que los femtosegundos [milbillon¨¦simas partes de un segundo, o sea mil veces m¨¢s largos que un attosegundo] eran la m¨¢s r¨¢pida de las escalas de tiempo relevantes para las mol¨¦culas. En esa escala, otras personas hicieron experimentos pioneros, como Ahmed Zewail, que gan¨® el Nobel de Qu¨ªmica de 1999 por crear el campo de la femtoqu¨ªmica. La gente cre¨ªa que las escalas de tiempo m¨¢s r¨¢pidas no eran relevantes, pero eso ha cambiado. Ahora sabemos que el movimiento de electrones en la ultrarr¨¢pida escala de los attosegundos puede predeterminar las reacciones que ocurrir¨¢n despu¨¦s y qu¨¦ enlaces qu¨ªmicos se romper¨¢n o se transformar¨¢n para dar lugar a una nueva estructura. As¨ª ha surgido el campo de la attoqu¨ªmica.

P. ?Cree que habr¨¢ aplicaciones tecnol¨®gicas?

R. Sabemos que dependemos de los dispositivos que utilizamos cada d¨ªa, como los ordenadores port¨¢tiles gracias a los cuales estamos teniendo esta conversaci¨®n. La velocidad a la que podemos encender y apagar la corriente el¨¦ctrica ha estado estancada durante casi dos d¨¦cadas. Esta velocidad es de unos 10 gigahercios: son 10.000 millones de veces por segundo que podemos apagar y encender la corriente el¨¦ctrica en los chips actuales integrados en nuestros tel¨¦fonos m¨®viles y ordenadores. Esto es una potencia enorme, pero hay una demanda constante de mayor capacidad para ejecutar c¨¢lculos cada vez m¨¢s r¨¢pidos. Por ejemplo, incluso los actuales superordenadores son incapaces de predecir fen¨®menos tan complejos como los terremotos. Obviamente, existe una necesidad de aumentar la potencia.

P. ?C¨®mo?

R. Hay dos posibilidades para lograrlo: una es conseguir una mayor miniaturizaci¨®n, para poder integrar incluso m¨¢s transistores en el mismo volumen, pero esta posibilidad est¨¢ llegando a sus l¨ªmites, porque ya estamos alcanzando nanocircuitos en el rango de los 10 nan¨®metros. No queda mucho para llegar a las dimensiones at¨®micas, y es dif¨ªcil imaginar c¨®mo un ¨²nico ¨¢tomo podr¨ªa formar un transistor. As¨ª que la ¨²nica dimensi¨®n que queda es la cuarta dimensi¨®n: el tiempo. Hemos utilizado la tecnolog¨ªa de attosegundos para explorar cu¨¢l es el potencial disponible por esta v¨ªa. El a?o pasado publicamos que, en condiciones de laboratorio, podemos encender o apagar la corriente con el campo el¨¦ctrico de la luz visible, que oscila arriba y abajo unas 100.000 veces m¨¢s que las microondas que apagan y encienden la corriente en la electr¨®nica actual. As¨ª que tenemos margen para mejorar 100.000 veces.

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