Átomos espías: física cuántica para humanizar la medicina

Científicas y científicos del Conicet, con participación del Instituto Balseiro (UNCUYO), avanzan por estos días en un sistema de diagnosis temprana no invasiva.

Átomos espías: física cuántica para humanizar la medicina

Una postal del trabajo del equipo del investigación del nodo Bariloche del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Foto: Analía Zwick

Investigación

#50 - Agosto 2021

Salud

Edición U

Edición U / Fuente: Prensa Conicet - Por Miguel Faigón

Publicado el 29 DE AGOSTO DE 2021

Un mundo distinto es el que viene. Hasta ahora habitamos un planeta estresado por la acción agresiva del "desarrollo". Si los humanos nos consideramos parte de este planeta, sentiremos esas rupturas que produce ese "bumerang" que se vuelve contra nosotros. Pero también hay destellos de humanidad que reavivan el compromiso de quienes piensan y actúan a favor de la vida. En este caso para sanar y no dañar -ni mucho menos- invadir el organismo humano. O sea, hacer que la medicina sea la herramienta necesaria para restablecer la vida humana. De eso se trata esta historia. 

Un grupo de investigación del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología –Nodo Bariloche (UE-INN-Nodo Bariloche, Conicet-CNEA)–, con participación del Instituto Balseiro (UNCUYO), apostó a superar las dificultades de las biopsias y la resonancia magnética y desarrolló un método que permite filtrar la señal proveniente de tamaños específicos de los tejidos, y así, a través de las imágenes de resonancia magnética, observar en mayor detalle los tejidos del cuerpo humano y detectar cambios a nivel celular.

Esta metodología está basada en herramientas de la física cuántica que permiten comprender el funcionamiento del mundo atómico. Los resultados fueron publicados en la revista "Physical Review Applied".

 

Investigación innovadora

¿Por qué este método se constituye como innovador dentro de las prácticas de diagnóstico actuales? Pues bien, actualmente se usan la biopsia y la resonancia magnética, pero ambas tienen sus limitaciones. Por un lado, las biopsias son un método de diagnóstico confiable y muy útil que, a partir de la extracción de la totalidad o una parte de tejido, permite observar daños o lesiones a nivel celular. La desventaja que tiene la aplicación de este método en seres humanos es que suele ser muy invasivo. Por otra parte, la obtención de imágenes por medio de la resonancia magnética constituye una forma de diagnóstico mucho menos invasiva, pero tiene la limitación de que, al menos en su uso actual, no permite ver en detalle lo que ocurre en estructuras biológicas pequeñas.

Dado que la mayor parte de las enfermedades comienzan por producir cambios en los tejidos a nivel celular, esta situación representa un límite para poder diagnosticar el desarrollo de patologías de manera temprana sin recurrir a técnicas no invasivas. Con el objetivo de observar los efectos de la ingravidez, este método en desarrollo comenzó a ser utilizado en un experimento.

“El método que desarrollamos abre la puerta a la posibilidad de hacer un diagnóstico temprano y no invasivo de enfermedades, a partir de equipos existentes que ya se utilizan en los centros de salud. De esta manera, se podrían observar cavidades de tamaños selectivos cien veces más pequeños que los que permite ver la resolución actual de las imágenes de resonancia magnética”, afirma Analía Zwick, investigadora del Conicet en el INN y una de las líderes del proyecto.

El desarrollo de esta novedosa metodología se enmarca dentro de lo que se conoce como la segunda revolución cuántica, en la que el conocimiento de los sistemas cuánticos y de las interacciones entre átomos y moléculas en escalas pequeñas ya no se usa para generar nuevas tecnologías, como sucedió en la primera revolución (transistores, láseres, resonadores magnéticos, entre otros), sino como fuente de información. Un ejemplo de las tecnologías cuánticas que surgen de esta segunda revolución serían las computadoras cuánticas, en las que la información se almacena y procesa en átomos.

 

Átomos "espías"

“Nuestra idea es valernos de la física cuántica para superar las limitaciones de las tecnologías disponibles a la hora de escanear estructuras biológicas pequeñas de forma no invasiva. Lo que buscamos es utilizar los átomos que están dentro del cuerpo como espías o sensores de lo que pasa en los tejidos. La resonancia magnética nuclear crea campos magnéticos que te permiten controlar los núcleos atómicos y manipularlos para extraerles la información del ambiente que lo rodea”, explica Gonzalo Álvarez, investigador del Conicet, docente del Instituto Balseiro (IB, CNEA-UNCUYO) y otro de los líderes del proyecto.

El aporte de esta investigación consiste en el diseño de una secuencia de control del resonador magnético nuclear que permite, en poco tiempo, obtener la mayor información posible sobre lo que ocurre en los tejidos a nivel microestructural. “El tiempo es un limitante importante a tener en cuenta cuando uno va a hacer un estudio con un paciente porque no se puede tener a una persona durante horas en un resonador. Si el tiempo fuera ilimitado, la información que se podría obtener sería mucho mayor”, explica Zwick.

Al explicar el desarrollo que llevaron adelante, Zwick lo compara con el de una aplicación para el celular que permite hacer ciertas operaciones a partir de una tecnología de base que ya existe. “No es como desarrollar un nuevo equipo, se trata de sacarle más potencial al que ya se usa en las clínicas”, explica la científica.

En su laboratorio en Bariloche, el grupo de investigación no cuenta con un equipo clínico de resonancia magnética nuclear, sino con un resonador preclínico, que es mucho más pequeño pero a la vez más potente, lo que les permite ganar versatilidad para hacer el desarrollo. “Hasta ahora, hemos trabajado con fantomas, que son materiales que imitan los tejidos biológicos, y también con cerebros de ratones, que, a pesar de no ser cerebros humanos, tienen propiedades similares y sirven como modelos”, afirma Álvarez.

Para controlar la calidad y fiabilidad de los ensayos experimentales realizados con la novedosa metodología, el grupo de investigación recurrió a la bibliografía existente sobre estudios histológicos de distintas partes de un cerebro de ratón a nivel microestructural. Los resultados de la contrastación fueron muy satisfactorios. El paso siguiente es poner a prueba la técnica desarrollada con un resonador clínico, primero en fantomas para ponerla a punto y, posteriormente, testearla en seres humanos. El objetivo final es que la metodología pueda ser usada clínicamente para diagnosticar enfermedades de manera temprana.

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