Ventanas al Cerebro: nuevas soluciones que enriquecen la propuesta original

CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA, BAJA CALIFORNIA

Boletín informativo

No. 55/2017

Ensenada, Baja California, México, 8 de septiembre de 2017. Al evaluar en agosto los avances del proyecto binacional Ventanas al Cerebro en el que participan seis grupos de investigación de Estados Unidos y tres de México para desarrollar un implante transparente que permita el diagnóstico y tratamiento de lesiones cerebrales utilizando luz, se presentaron nuevas líneas de investigación que complementan y brindarán funcionalidad a la propuesta original.

De acuerdo al Dr. Santiago Camacho López, investigador del Departamento de Óptica del CICESE, algunas de estas novedosas soluciones en las que trabajan grupos del INAOE, UNAM y de este centro de investigación, incluyen hacer que un líquido sustituya las funciones de una aguja al momento de inyectar soluciones, utilizando láseres para generar miles de diminutos chorros por segundo; atacar infecciones bacterianas empleando métodos ópticos en lugar de antibióticos, o concebir tratamientos en tumores usando calor en puntos muy específicos (de unas 50 micras) del cerebro utilizando fibra óptica y nanotubos de carbono.

Entrevistado a su regreso de Puebla, donde se celebró la segunda reunión anual de evaluación de este proyecto en instalaciones del INAOE, Santiago Camacho informó que fue organizada por el Dr. Rubén Ramos García, quien es el investigador responsable en este proyecto por parte de ese centro.

Ventanas al Cerebro es un proyecto que empezó formalmente en octubre de 2015 en el marco del programa conjunto NSF-CONACYT denominado Partnership for International Research and Education (PIRE) -en febrero de 2016 se firmó el convenio de asignación de recursos del CONACYT-. Tiene una vigencia de cinco años, y el patrocinio de ambas entidades supera los 5 millones de dólares.

Consiste en lo siguiente. Se sabe que para ciertos traumatismos o lesiones cerebrales es posible ofrecer diagnóstico y tratamiento utilizando luz (láser y LED). El problema es que la opacidad del hueso no permite usarla directamente. Por lo tanto, el proyecto se basa en utilizar láminas delgadas (obleas) de una cerámica transparente – óxido de zirconio dopado con itrio, conocida también como YSZ–, como implantes en secciones del cráneo, lo que permitiría acceso visual al tejido cerebral.

Se trata, dijo, de una excelente plataforma de usos biomédicos cuyo desarrollo hasta un nivel funcional requiere de muchos componentes. Santiago Camacho explicó que su grupo en el CICESE trabaja en dos aspectos: atacar infecciones bacterianas con métodos ópticos, y entender cómo es la interacción de la luz en esta cerámica (que es un nuevo material policristalino) para poder formar guías de onda óptimas. El primer aspecto es muy novedoso y si demuestran su viabilidad contribuiría no solamente al éxito del proyecto, sino que tendría un impacto enorme en el sector salud.

Explicó que en un procedimiento como éste, en el que se retira una sección del cráneo para luego volverla a implantar (o alguna prótesis de otro tipo), es bastante común que se presenten infecciones bacterianas tanto en la unión del hueso como en el tejido cerebral. El procedimiento médico estándar es brindar tratamiento con antibióticos. Usualmente esto requiere volver a quitar la tapa, hacer el procedimiento y volverla a colocar. Y luego quitarla de nuevo para ver cómo va evolucionando la infección y volverla a colocar, y así sucesivamente.

En Ventanas al Cerebro se pretende que una vez colocado el implante transparente no se vuelva a retirar; el tratamiento consistiría en emplear láseres de pulsos ultrarrápidos (de femtosegundos) para atacar las infecciones. Y eso lo está haciendo Cecilia Guerra, estudiante de doctorado.

De hecho, ya demostró que sí es posible inactivar el crecimiento de colonias de bacterias mediante la irradiación estos láseres. En un escenario controlado colocó en un recipiente de cuarzo una solución de agua con bacterias, y utilizando estos láseres pudo eliminarlas completamente.

La otra vertiente del trabajo que realizan en su laboratorio tiene que ver con la fabricación de guías de onda en estas láminas de cerámica transparente. Estas guías son una especie de tubos que se forman dentro del material transparente y que pueden conducir un haz de luz sin que una misma fibra óptica atraviese la oblea de lado a lado.

“Desde el punto de vista de investigación básica es todo un reto porque el comportamiento del material es completamente distinto al de un vidrio o al de un monocristal. Para poder formar estas guías de onda de manera óptima tenemos que entender primero cómo es la interacción de la luz con este tipo de materiales, a un nivel muy fundamental. Una vez que entendemos eso podemos decir que para formar guías de onda óptimas tenemos que hacerlo de esta manera y de esta otra”.

Comentó que en el INAOE están desarrollando un dispositivo que permitiría aclarar el cuello cabelludo inyectando una solución sin necesidad de agujas, con base en un principio conocido como cavitación, gracias al cual se pueden formar burbujas en un líquido utilizando un láser. “Imagínate que tienes un recipiente súper pequeño con un tubo de salida y generas una burbuja adentro. Al expandirse, la burbuja va a empujar el líquido hacia afuera. Si el recipiente tiene un orificio de salida y un tubito, cuando la burbuja se expande se genera un chorro. Lo que están diseñando son estos jets o chorros, que son muy delgaditos y salen a una velocidad muy grande. Si esto se aplica cerca de la piel el propio líquido aclarante hace la función de la aguja”.

En la UNAM, agregó, se están diseñando unos calentadores basados en fibra óptica. “Consisten básicamente en una fibra óptica que en la punta tiene depositada una capa de nanotubos de carbono. Utilizando luz infrarroja que se propaga a través de la fibra, en cuanto llega a la punta (al carbono), la luz infrarroja se absorbe y eso hace que se eleve la temperatura en la punta de la fibra. Estamos hablando de un punto de aproximadamente 50 micras (un cabello humano mide 100 micras de diámetro, más o menos), por lo que te va a proporcionar una región caliente de ese tamaño, de entre 50 y 100 micras. ¡Imagínate un calentador de esas dimensiones!

“Vamos a suponer que estamos hablando de un tumor, y quieres destruirlo pero no quieres dañar más allá del sitio donde está localizado. Entonces uno de estos calentadores se podría insertar en el tumor, generas calor en una zona muy bien localizada, de dimensiones muy pequeñas, y eso te da la oportunidad de dar terapia de una manera muy controlada solamente en el sitio de interés”, indicó Santiago Camacho.

Para más información sobre el desarrollo de Ventanas al Cerebro, consulte: http://bit.ly/2wOXp3P

Para mayor información:

Norma Herrera, Jefe del Departamento de Comunicación

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