La f¨ªsica y medicina abren nuevas v¨ªas en Valencia

Son invisibles, pero ellos nos ayudan a ver, a ver m¨¢s all¨¢ de donde llega la vista. Son intangibles, pero con ellos podemos tocar y llegar m¨¢s all¨¢ de donde alcanzan nuestras manos. No se trata de magia, ni de fantasmas: se trata de los fotones y de otras part¨ªculas subat¨®micas de las que hoy se vale la Medicina. Las nuevas t¨¦cnicas que se utilizar¨¢n en el Centro de F¨ªsica M¨¦dica de la Universitat de Val¨¨ncia y el Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas.

Una simple radiograf¨ªa ya nos muestra un mundo al que antes s¨®lo se pod¨ªa acceder usando el bistur¨ª. Hoy, el m¨¦dico puede desterrar o confirmar sus sospechas gracias a esas im¨¢genes que los rayos X han dejado en la placa, despu¨¦s de pasar, invisibles e intangibles, a trav¨¦s del paciente. Gracias al descubrimiento de los rayos X por el f¨ªsico alem¨¢n Wilhelm R?ntgen, los cient¨ªficos comienzan a hacer visible lo invisible. Est¨¢ acabando el siglo XIX y todav¨ªa no se conoce la naturaleza de esa radiaci¨®n. No obstante, de modo inmediato, f¨ªsicos y m¨¦dicos emplean el equipo de R?ntgen para analizar la anatom¨ªa humana que, por primera vez, se ve sin necesidad de intervenci¨®n quir¨²rgica. Es el inicio del diagn¨®stico por imagen. A su vez, el m¨¦dico franc¨¦s 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 f¨ªsico a un hospital en un tiempo tan breve marc¨® un hito en la historia.

A principios del siglo XX, Planck, Einstein y Compton revelaron que la radiaci¨®n electromagn¨¦tica, de la cual forman parte la luz visible y los rayos X, est¨¢ formada por cuantos energ¨¦ticos: los fotones. Estas part¨ªculas sin masa, cuando viajan a trav¨¦s de la materia, se acoplan a los electrones siguiendo leyes f¨ªsicas del mundo cu¨¢ntico. El conocimiento de esas leyes, del comportamiento de los fotones en el cuerpo humano, abri¨® las puertas a una radioterapia controlada.

Con la radioterapia pretendemos destruir las c¨¦lulas cancer¨ªgenas. Para ello se irradia al paciente con haces de fotones (o de electrones), con la intenci¨®n de que la mayor energ¨ªa posible se deposite en la zona tumoral. En su camino a trav¨¦s del cuerpo, el fot¨®n va perdiendo energ¨ªa que se transfiere a los ¨¢tomos de las c¨¦lulas que encuentra en su camino. Esto quiere decir que la radiaci¨®n tambi¨¦n afecta en parte al tejido sano, que ha de reparar las c¨¦lulas da?adas. Por suerte (y es clave en la radioterapia), los mecanismos de reparaci¨®n de las c¨¦lulas sanas son m¨¢s efectivos que los de las c¨¦lulas tumorales. El comportamiento del haz a su paso por la materia es muy distinto si, en vez de fotones, empleamos protones o n¨²cleos como el carbono, que son hadrones, part¨ªculas pesadas.

En efecto, con la Protonterapia la mayor parte de la energ¨ªa del haz se deposita en el lugar en el que los protones se detienen, que va a depender de la energ¨ªa inicial de dichas part¨ªculas y del tejido que atraviesan. Debido a ello, el efecto terap¨¦utico es muy preciso porque, tal como hemos dicho, se puede concentrar mucho mejor la acci¨®n del haz en la zona afectada por el tumor, mientras que la radiaci¨®n recibida por los tejidos sanos colindantes se reduce. Por ello, la terapia con protones es especialmente ¨²til para irradiar ciertos tumores que, por su localizaci¨®n, ser¨ªan dif¨ªciles o imposibles de tratar por medio de la radioterapia. Este es el caso de ciertos tumores de la base del cr¨¢neo y del raquis, del ojo o del cerebro. Por ser tan precisa, la terapia de protones es especialmente conveniente cuando los pacientes son ni?os.

Tanto en radioterapia como en terapia de protones, se necesita un acelerador para producir los haces de part¨ªculas con los que irradiar al paciente. Mientras que los aceleradores empleados en radioterapia caben en una habitaci¨®n, para producir haces de protones con fines terap¨¦uticos se necesitan instalaciones mucho m¨¢s sofisticadas en torno al acelerador, que suele ser de tipo ciclotr¨®n. Por ser mucho m¨¢s complejos y costosos que las destinadas a radioterapia, pocos pa¨ªses disponen de ellas.

Los aceleradores de part¨ªculas en Medicina no s¨®lo est¨¢n destinados a curar, sino tambi¨¦n a producir sustancias radiactivas con las que podemos ver determinados procesos metab¨®licos. En los ciclotrones podemos producir un tipo espec¨ªfico de n¨²cleos radiactivos que, al desintegrarse, emiten part¨ªculas de antimateria. Se trata de los radiois¨®topos emisores de positrones. Con ellos se marcan sustancias de importancia biol¨®gica que luego se inyectan al paciente. El cuerpo humano es incapaz de distinguir las sustancias marcadas de aquellas que no lo est¨¢n; sin embargo, la desintegraci¨®n radiactiva del emisor de positrones delata su localizaci¨®n y concentraci¨®n en el organismo. Como el positr¨®n es la antipart¨ªcula del electr¨®n, cuando el positr¨®n emitido por el marcador se encuentre en su camino a un electr¨®n de los tejidos, ambos se aniquilar¨¢n; es decir, dejar¨¢n de existir y se convertir¨¢n en radiaci¨®n pura con una energ¨ªa dada por la famosa formula de Einstein, E=mc2. ?sta es la base f¨ªsica de la tomograf¨ªa por emisi¨®n de positrones (PET). Mediante la PET podemos ver la existencia de tumores antes de poderlos detectar mediante otras t¨¦cnicas de diagn¨®stico por imagen. Tambi¨¦n permite diagnosticar trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer antes que ning¨²n otro m¨¦todo las haya podido ver.

El diagnostico precoz aumenta el ¨¦xito de las terapias. Por eso, cuanto antes veamos el problema, antes y mejor podemos intentar curarlo. La F¨ªsica puede contribuir a ambas cosas. Y es precisamente eso, la combinaci¨®n de F¨ªsica, diagn¨®stico y terapia, el objetivo del futuro Instituto de F¨ªsica M¨¦dica de Valencia (IFIMED). En el IFIMED se desarrollar¨¢n actividades de I+D en sistemas de detecci¨®n de part¨ªculas, en dispositivos para el diagn¨®stico m¨¦dico, en imagen m¨¦dica y en aceleradores. De hecho, el IFIMED dispondr¨¢ de un acelerador de tipo ciclotr¨®n con el que generar haces de protones de alta energ¨ªa para uso terap¨¦utico, industrial y para investigaci¨®n. Estos haces permitir¨¢n ofrecer un servicio de protonterapia hasta ahora no existente en toda Espa?a.

Los pa¨ªses m¨¢s avanzados est¨¢n desarrollando centros para actividades en t¨¦cnicas de frontera para el diagn¨®stico por imagen y centros de hadronterapia (por protones o por n¨²cleos de carbono), casi siempre por separado. Una novedad de un proyecto como el IFIMED de Valencia es la integraci¨®n de los servicios de terapia m¨¦dica e industriales que puede ofrecer un ciclotr¨®n de protones de alta energ¨ªa en un instituto de investigaci¨®n avanzada en imagen m¨¦dica y aceleradores.

Una de las medidas capitales del grado de civilizaci¨®n de un pa¨ªs es el de ofrecer una mejora de la calidad de vida de sus ciudadanos, y con este proyecto la f¨ªsica continuar¨¢ aportando nuevas aplicaciones a la sociedad.

Jos¨¦ Bernab¨¦u es Catedr¨¢tico de F¨ªsica Te¨®rica de la Universitat de Val¨¨ncia y coordinador del proyecto del IFIMED. Magdalena Rafecas es investigadora del Instituto de F¨ªsica Corpuscular, centro mixto del CSIC y la Universitat de Val¨¨ncia.