Por Roberto Ulises Cruz A.
Departamento de Comunicación-CICESE
¿Puede usted imaginar la aplicación de un láser médico durante un periodo de tiempo tan corto que no dañe por quemadura al tejido circundante? ¿O utilizar la luz que generan estos láseres como si fuera un bisturí óptico, cortar tejido celular y penetrar así al interior de una sola célula para realizar nanocirugías? ¿y qué tal olvidarnos del efecto térmico que provoca un haz de luz para, en su lugar, aprovechar la onda de choque que se genera al aplicar un pulso ultracorto de gran intensidad, y que es capaz de desnaturalizar las proteínas de la sangre para contener hemorragias en vasos sanguíneos, igualito que si las estuviéramos coagulando con calor?
Pues esto es parte del trabajo de investigación en ciencia básica que realiza el Dr. Santiago Camacho López, investigador y actualmente jefe del Departamento de Óptica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), quien señaló que la medicina, entre otras áreas del conocimiento, se ha beneficiado con la existencia y evolución de estos dispositivos.
Si bien las aplicaciones médicas de los láseres surgieron prácticamente desde su invención, esto no quiere decir que todo lo que se puede hacer con ellos ya está hecho. “Cuando nos acercamos a los médicos que los utilizan nos empezamos a dar cuenta que, desde nuestro punto de vista, como físicos o como ópticos, todavía hay muchas cosas por hacer”, indicó el Dr. Santiago Camacho.
Explicó: Una de mis impresiones -y hasta cierto punto una decepción-, es que los fabricantes de láseres médicos no necesariamente venden los mejores productos en función de la salud de la gente, sino en función de una componente económica muy agresiva. Por ello, una de las motivaciones de nuestro trabajo es mejorar sus aplicaciones en las clínicas teniendo como base la salud de las personas.
Inicia colaboración con una clínica de Tijuana
Así, agregó, en el CICESE investigamos sobre los efectos que tiene a nivel celular el uso de láseres modernos de pulsos muy cortos (de una mil millonésima de microsegundo) y de alta intensidad. Los resultados de nuestras investigaciones tienen impacto en el mejoramiento de diagnósticos, tratamientos y cirugías en diversas áreas médicas, principalmente en lesiones vasculares, odontología y oftalmología. Y es en esta área de aplicaciones donde establecimos desde hace tres años con un convenio de colaboración con la Clínica de Ojos de Tijuana.
Por ejemplo, en las personas que sufren diabetes, los vasos sanguíneos en la retina se van cristalizando con el tiempo y llegan a romperse de una manera muy fácil, generando hemorragias. La sangre empieza a llenar la cavidad ocular y obstruye la visión, por lo que urgentemente se debe detener esa hemorragia. Para lograrlo, basta calentar un poco el punto donde está la fisura en el vaso sanguíneo; la sangre se coagula por un efecto llamado de fotocoagulación, “sellando” así ese vaso sanguíneo. Clínicamente, para producir calor se utiliza generalmente un láser que emite luz visible para el ojo humano de color verde, azul o roja, de manera continua; es decir, un láser de emisión continua en el espectro visible. Sin embargo, estos dispositivos no son los más adecuados en el sentido de que el calor que se acumula ahí de inmediato comienza a propagarse a la periferia, provocando quemaduras de 10 a 20 veces el tamaño de la zona que necesitábamos irradiar.
“¿Cómo podemos evitar esto? La respuesta es más o menos sencilla. El hecho de que generemos calor excesivo y éste se extienda mucho más allá de la zona realmente necesaria, es porque utilizamos un láser que se mantiene encendido por mucho tiempo -mucho tiempo quiere decir una milésima de segundo, que equivale a un milisegundo-. Sería suficiente con iluminar esa zona por una millonésima de segundo para lograr la coagulación de la sangre donde lo necesitamos, garantizando así mantener el calor confinado en una zona muy pequeña”, indicó.
Para ello se pueden utilizar los modernos equipos -de estado del arte- que se han instalado en el laboratorio de láseres de pulsos ultracortos del CICESE, los cuales producen pulsos de luz en el orden de una milésima de microsegundo, y hasta de una mil millonésima de microsegundo, que prácticamente son libres de calor.
Santiago Camacho dijo que por eso se estableció contacto con la Clínica de Ojos de Tijuana, con quienes se ha estado trabajando los últimos tres años; ellos brindando asesoría desde el punto de vista médico y nosotros determinando, desde el punto de vista de la física y la óptica, cómo es la interacción de la radiación láser con el tejido biológico.
Para entender los órdenes de magnitud que se están manejando, el Dr. Camacho explicó: Los equipos comerciales que usan los cirujanos tienen una especie de obturador que bloquea el haz continuo del láser; cuando se abre, permite el paso de luz hasta por una milésima de segundo (un milisegundo), generando así daño al tejido colateral. Nuestros láseres emiten pulsos que duran una mil millonésima de segundo, es decir, una milésima de ese microsegundo. Con ellos podemos aplicar pulsos láser que son mil veces más cortos del tiempo que necesitaría esta cantidad de calor para empezarse a propagar a la periferia. Y tenemos otro tipo de láser cuya duración es un millón de veces más corto que el que acabo de describir. Éstos se llaman láseres de femtosegundos y son mil millones de veces más cortos que este microsegundo, teniendo así interacciones prácticamente libres de calor.
¿Bisturís ópticos para nanocirugías?
El Dr. Camacho también comentó sobre otra de las áreas donde ya se está trabajando con cierto éxito. Se trata de procesos de irradiación de células individuales que se han estudiado gracias a una colaboración que nació hace aproximadamente 3 años con el investigador mexicano Guillermo Aguilar, de la Universidad de California en Riverside.
Por un lado, explicó, estamos viendo cuál es el efecto de aplicar estos pulsos a un cierto volumen de tejido biológico; a una córnea, a un vaso sanguíneo. “Pero una de las preguntas más interesantes para cualquier laboratorio que hace investigación en esta área es ¿qué hace uno de estos pulsos a una sola célula? Si aplicara un láser continuo seguramente la voy a quemar o hasta evaporar. Pero ¿qué pasa si uso un láser con un pulso de femtosegundos? ¿Puedo abrir la pared celular sin que la célula se muera? ¿Puedo meterme en ella y realizar una nanocirugía? La respuesta es sí.
“Entonces, en función de investigaciones en ingeniería genética, esta es una herramienta bien importante, pues el láser funciona como un bisturí óptico. Un pulso de femtosegundos lo puedo utilizar sin ningún problema como bisturí y su precisión es tan fina que prácticamente puedo cortar, meterme a una sola célula y dentro de ella hacer cortes aún más finos”, detalló.
Ondas de choque controladas
Además, existe otro efecto físico muy importante que puede aprovecharse.
Cuando se aplica un pulso ultracorto, que de manera inherente tiene intensidad muy grande, prácticamente no se genera calor, pero sí una especie de micro explosión que, a su vez, provoca una onda de choque que se propaga como una esfera creciente. El desplazamiento de esta onda puede generar presiones de aproximadamente 50 atmósferas en el tejido circundante. Nosotros a nivel de mar estamos a una atmósfera de presión; la onda generada es como si se aplicara 50 veces esa presión. Aquí las preguntas son: ¿Las proteínas en la sangre se van a desnaturalizar debido a la presión súbita que les aplico? ¿En lugar de utilizar un mecanismo térmico para desnaturalizar componentes bioquímicos, puedo hacerlo ejerciendo una presión muy grande en un periodo muy corto? ¿Puedo utilizar ondas de choque para sellar un vaso sanguíneo sin producir daño térmico colateral? Parece ser que la respuesta es sí.
Detalló: Nuestros experimentos han determinado las presiones que podemos alcanzar en esta onda de choque y qué tanto se propaga. Utilizando el efecto térmico de los láseres en un vaso sanguíneo de 200 micras de diámetro, que son los comunes, el calor se extiende 20 veces más allá. Si estoy tratando un vaso sanguíneo en la retina terminó quemando puntos muy grandes alrededor, de uno a varios milímetros.
En cambio, las ondas de choque que producimos con estos pulsos ultracortos no se propagan más allá de 200 o 300 micras. Como las células miden por lo general unas 20 micras, entonces estaría dañando unas 10 o 15 células alrededor del sitio donde aplico mi pulso láser. Esto es, el daño colateral no se extiende más allá de la quinta parte de un milímetro. “Entonces realmente podemos acotar o confinar muchísimo los efectos que producimos con nuestros pulsos ultracortos, y esa es una de las ventajas; además de que suprimimos los efectos térmicos, que son muy agresivos, los nuevos efectos que estamos generando de manera inherente al proceso están muy bien acotados”, señaló.
Por otra parte, Santiago Camacho se refirió a lo bien posicionado que está, en términos de infraestructura, el Departamento de Óptica del CICESE.
“Los países que hacen investigación muy fuerte de femtosegundos aplicados a cuestiones médicas son el Reino Unido, Alemania, Canadá y Estados Unidos, con un grupo en el Centro de Ciencia Ultrarrápida localizado en Michigan y otro en la Universidad Central de Florida. Y entre todos estos países está México, con el sistema que tenemos en el CICESE, que es el único en Latinoamérica. Estamos publicando resultados de ciencia básica, pero de manera muy importante tenemos nuestras conexiones hacia el área de protocolos clínicos. Todavía no estamos en esa fase, pero creemos que en dos o tres años tendremos algunas cosas en fase clínica”.
Y es que los láseres que se tienen en su laboratorio definitivamente no podrían usarse para aplicaciones clínicas; son demasiado grandes. En cambio, el futuro está en desarrollar láseres de femtosegundos pero de fibra óptica, no mayores al tamaño de una computadora personal; de esta manera podrían transportarse fácilmente y utilizarse prácticamente en todos lados.
Existen compañías que ya fabrican comercialmente este tipo de láseres compactos, aunque no aplicables directamente al trabajo de una clínica.
El Dr. Camacho indicó que en la Clínica de Ojos de Tijuana, además de las instalaciones donde atienden a sus pacientes, tienen una empresa paralela que se llama Oftálmica Internacional dedicada a desarrollar equipo médico. “Como el equipo de oftalmología que se utiliza en México y en Latinoamérica proviene de Estados Unidos y Europa, tienen la iniciativa, importante desde mi punto de vista, de empezar a desarrollar aquí en México equipo médico con tecnología de punta.
“En nuestro grupo de investigación, además de tratar de entender cómo un pulso de femtosegundos interactúa con tejido biológico, tenemos experiencia en el desarrollo de este tipo de láseres. Por eso hemos hablado con ellos para ver si, juntos, podemos integrar un láser de pulso de femtosegundos hecho de fibra óptica en un aparato clínico diseñado específicamente para dar tratamiento a un paciente. Estamos un tanto lejos de esa fase todavía, pero el vínculo ahí está y tenemos a la gente preparada para atender ese tipo de empresas”, señaló finalmente.
