El l¨¢ser ilumina la biolog¨ªa

Las investigaciones biol¨®gicas basadas en la luz, especialmente la luz l¨¢ser, est¨¢n en pleno auge. ?Qui¨¦n no ha observado su mano iluminada por detr¨¢s por una bombilla y ha atisbado huesos y venas? ?O qui¨¦n no ha mirado a trav¨¦s de un microscopio tradicional para descubrir lo que no se detecta a simple vista? Sobre estas mismas bases, con la ayuda de los conocimientos biol¨®gicos, la tecnolog¨ªa, las matem¨¢ticas y el l¨¢ser, avanzan los microscopios para ver ¨®rganos y c¨¦lulas con detalle antes inalcanzable y para aplicar esas t¨¦cnicas de imagen biol¨®gica al diagn¨®stico, el seguimiento y la terapia en campos m¨¦dicos como la neurolog¨ªa y la oncolog¨ªa.

La espectroscopia de infrarrojo cercano (con diodos l¨¢ser), por ejemplo, proporciona un m¨¦todo no invasivo para medir de forma continua el grado de oxigenaci¨®n de los tejidos, el metabolismo y el flujo de la sangre en el cerebro.

Un grupo investiga nanoesferas de oro para destruir c¨¦lulas cancerosas con calor

La microscop¨ªa ¨®ptica se desarrolla m¨¢s r¨¢pidamente que nunca

Estos datos permiten estudiar el desarrollo del cerebro en beb¨¦s sanos, como est¨¢n haciendo Clare E. Elwell y sus colegas del University College de Londres, con sensores ¨®pticos aplicados en forma de casco. Se trata de tener una alternativa a la resonancia magn¨¦tica funcional, que permite ver las ¨¢reas del cerebro que se encienden con cada actividad y que no se puede aplicar a los ni?os peque?os. Algo que se adivina muy ¨²til, por ejemplo, en el diagn¨®stico precoz del autismo. Las aplicaciones terap¨¦uticas, todav¨ªa experimentales, especialmente en beb¨¦s prematuros en unidades de cuidados intensivos, y otras no terap¨¦uticas, como las relacionadas con la oxigenaci¨®n muscular en atletas de ¨¦lite, son el fruto de los grandes avances recientes en instrumentaci¨®n y m¨¦todos de an¨¢lisis.

"De cara a los pr¨®ximos juegos ol¨ªmpicos en Londres, estamos probando un sensor ¨®ptico que se sujeta al muslo de los patinadores de velocidad, para saber cual es la mejor estrategia de calentamiento", explic¨® Elwell en el congreso internacional L4H (Luz para la Salud) que se ha celebrado en el Instituto de Ciencias Fot¨®nicas (ICFO), en Castelldefels (Barcelona). Las aplicaciones biol¨®gicas de la f¨ªsica de la luz constituyen uno de los tres programas b¨¢sicos del ICFO, junto a la energ¨ªa y la informaci¨®n cu¨¢ntica, explica su director, el f¨ªsico Lluis Torner.

En oncolog¨ªa, los m¨¦todos de ¨®ptica difusa se est¨¢n desarrollando, entre otras cosas, para caracterizar tumores de mama y predecir el efecto de cada terapia. "Hay necesidad de m¨¦todos funcionales, baratos, port¨¢tiles y no ionizantes para hacer un seguimiento constante de las pacientes", indica Regine Choe (Universidad de Rochester). La t¨¦cnica no es tan f¨¢cil como iluminar con l¨¢ser la mama y recoger la informaci¨®n. Son necesarios complicados algoritmos para medir exactamente lo que se quiere, en este caso la hemoglobina, la oxigenaci¨®n y el flujo de la sangre, ya que donde crece un tumor aumentan los vasos sangu¨ªneos que necesita para alimentarse. Los experimentos hechos en pacientes en combinaci¨®n con t¨¦cnicas m¨¢s contrastadas son prometedores, entre otras cosas, para distinguir entre tumores benignos y malignos.

La base de los experimentos de Romain Quidant, de ICFO, es mucho m¨¢s compleja, ya que se trata de desarrollar nanoherramientas basadas en la ¨®ptica cu¨¢ntica, para su aplicaci¨®n en biolog¨ªa avanzada. Su equipo estudia, con programas europeos, la utilizaci¨®n de nanoesferas de oro como m¨¦todo m¨ªnimamente invasivo para el diagn¨®stico y el tratamiento del c¨¢ncer. Estas nanoesferas, excitadas por l¨¢ser, son fuentes puntuales de luz y de calor. Pueden, por ejemplo, detectar bajas concentraciones de marcadores tumorales en suero.

Por un lado se pretende construir un chip que sea un laboratorio completo para diagn¨®stico precoz y seguimiento de tratamientos. Por otro, se piensa en utilizar las nanopart¨ªculas como caballos de Troya con control remoto. El objetivo es que se adhieran exclusivamente a las c¨¦lulas tumorales y las destruyan selectivamente por calor.

En las matem¨¢ticas se basa tambi¨¦n el nuevo sistema comercial de microscop¨ªa STORM de Nikon, capaz de una resoluci¨®n 10 veces superior a la de los m¨¢s avanzados microscopios ¨®pticos. Se introduce en el reino de lo diminuto, ya que puede hacer im¨¢genes de detalles de c¨¦lulas vivas, con ayuda de mol¨¦culas fluorescentes, con una resoluci¨®n de 20 nan¨®metros, gracias a la gran cantidad de fotones que se emiten. Es una tecnolog¨ªa nacida en la Universidad de Harvard que ya se estaba utilizando en los laboratorios, y ahora se presenta, en forma compacta, como prueba de que "la microscop¨ªa ¨®ptica se desarrolla m¨¢s r¨¢pidamente que nunca", en palabras de Peter Drent, director general de Nikon Instruments en Europa. El primero que se instala en el continente est¨¢ desde la semana pasada en el ICFO (Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a), que ha sido elegido como centro de excelencia europeo para rodarlo, especialmente en el desarrollo del software.

Con m¨¢s de 200 cient¨ªficos y t¨¦cnicos en la actualidad, el ICFO pretende, desde su creaci¨®n en 2002, estar en la vanguardia mundial de las ciencias fot¨®nicas experimentales. Torner explica que la fot¨®nica es un campo muy amplio, una tecnolog¨ªa b¨¢sica para el avance en otras ¨¢reas. Han elegido tres programas principales de investigaci¨®n: energ¨ªa, salud e informaci¨®n cu¨¢ntica, siempre con la intenci¨®n de ser l¨ªderes mundiales. Ya han publicado m¨¢s de 25 art¨ªculos en el grupo Nature y a pesar de sus pocos a?os de existencia ya tienen un puesto en el mapa mundial.