•Notícia
Compartir
Biofotònica, una llum en el camí de la medicina
Es tracta d'una disciplina poc coneguda que, en canvi, es troba entre nosaltres des de fa anys. Potser n'hem estat beneficiaris i no ho sabem. Parlem de la biofotònica o fotomedicina. La diagnosi i la teràpia del càncer, la dermatologia, l’oftalmologia, la cirurgia o la cardiologia són algunes de les especialitats amb més avenços en aquest camp.
16/03/2010
En les sèries de televisió ambientades en hospitals sovint es recrea una escena que hem pogut veure sobretot si el centre de l'acció es troba als Estats Units, a saber: un pacient arriba a la consulta d'un metge, ambdós mantenen una petita conversa per mirar d'esbrinar quin és el problema i, tot seguit, el doctor col·loca en el dit índex del pacient un aparell que serveix, sobretot, per mesurar-li l’oxigenació de la sang arterial i també el ritme cardíac. No utilitza res més que llum per saber com batega el cor del pacient.
És una aplicació comuna i senzilla que beu d'un camp de la ciència que s'anomena biofotònica, fotònica biomèdica o fotomedicina, una disciplina en què la llum és el centre de totes les investigacions, que avui dia lideren els Estats Units. La Comissió Europea, no obstant això, està duent a terme esforços importants en aquest camp.
Ara bé, es poden curar les malalties amb la llum? La ciència demostra que sí. De fet, ja ho fa, tot i que de vegades no en som conscients. "Molts cops ens trobem envoltats per aquesta ciència, però no ho sabem", explica el professor Romain Quidant, cap del grup Plasmon nano-optics de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) ubicat al Campus del Baix Llobregat de la UPC. I és que, com el seu nom indica, la biofotònica és un terme que engloba la biologia, la branca de les ciències naturals que estudia les lleis de la vida, i la fotònica, és a dir, la ciència i la tecnologia centrada en la generació, la manipulació i la detecció de fotons, que són les unitats quàntiques de la llum.
Aquests coneixements s'apliquen a tècniques de prevenció, diagnosi i teràpia per a multitud de malalties. Qui ho afirma és el professor Turgut Durduran, cap del grup Medical Optics de l’ICFO, que fa un breu resum històric per mirar d'explicar d'on ve i a on va aquesta disciplina. "Als anys 30, en algunes consultes mèdiques on s’investigava el càncer de mama se situava una llum darrere el pit de la pacient mentre davant d’ella un doctor dibuixava el que veia. Avui, 80 anys més tard, d'alguna manera encara estem estudiant allò", exemplifica l'investigador. Es tracta d'una ciència nova que ha viscut un creixement notable en les darreres dècades i que ara comença a recollir-ne els fruits en els grans àmbits de la medicina.
Per treballar en el camp de la biofotònica, el que es necessita és una font de llum, que pot ser la llum d'un microscopi, d’un làser o d’una radiació invisible a l'ull humà; després cal un sistema biològic, com poden ser un teixit o una cèl·lula, en què treballar a diferents nivells.
Actualment, especialitats de la medicina com ara la dermatologia, l’oftalmologia, la cirurgia, la neurologia, la cardiologia i l'oncologia són els àmbits amb més avenços en el camp biofotònic.
Es tracta d'una àrea altament multidisciplinària i amb diverses ramificacions. La bionanofotònica n’és una. S'encarrega de proporcionar eines que possibiliten l'avenç d'aquesta disciplina.
En aquest camp s'han aconseguit importants fites. Des de la diagnosi i la imatge ultrasensible, que possibilita la detecció de patologies en els seus primers estadis, fins a les eines per a teràpies amb un grau d'invasió mínim. Els equips de recerca també han aconseguit que algunes d’aquestes eines tinguin una precisió nanomètrica per a la manipulació del material biològic.
Els avenços són utilitzats en alguns centres hospitalaris arreu del món. D'altres es troben en una última fase de recerca. "És un tipus de ciència que primerament es desenvolupa en els centres de recerca abans d'entrar en la societat", puntualitza Quidant. "Actualment estem desenvolupant eines i mètodes nous per a què ajudi a la diagnosi i a la teràpia del càncer", afegeix.
Tot i que, com ja s'ha esmentat, aquesta disciplina es desenvolupa des del primer quart del segle XX, val a dir, per situar-la millor en un context històric, que la biofotònica no ha fet res més que començar. Les múltiples capacitats que té la llum, juntament amb les d'altres tecnologies, obren nombroses possibilitats a la medicina del futur.
D’una banda, en relació amb la llum, Quidant està "desenvolupant un xip que, en si mateix, podria operar com un laboratori miniaturitzat". Amb aquest aparell s’identificaria la "signatura", és a dir, la marca diferenciadora d'un càncer mentre encara es troba en un nivell inicial de desenvolupament. Es tracta d'una recerca que té el suport de la Comissió Europea i que s’està duent a terme en col·laboració amb oncòlegs. Com funciona? L’investigador ens ho explica: "La idea és fer servir els últims avenços de la nanoòptica per detectar en una sola gota de sang d'un pacient quantitats molt petites de marcadors cancerosos". "No és només biofotònica, aquí introduïm el component de la nanotecnologia", afegeix. La recerca de Quidant usa nanopartícules d'or, "uns objectes molt petits, d'uns 50 nanòmetres, que es poden dissenyar per actuar com una eficient nanofont de llum", afirma. El seu grup ha aconseguit concentrar la llum en un punt deu vegades menor del que permet "la més perfecta" de les lents. Ha demostrat que aquest control de la llum a escala nanomètrica té aplicacions per dissenyar nanobiosensors ultrasensibles i pinces òptiques capaces de manipular sistemes biològics molt petits sense danyar-los.
Una altra manera de treballar és amb la calor que aquestes partícules generen. En aquest cas, les propietats calorífiques serveixen per a la teràpia del càncer. "L'objectiu és fixar de manera específica les partícules a les cèl·lules canceroses i no a les que estan sanes. Les partícules discriminen les cèl·lules canceroses gràcies a unes molècules de reconeixement. Un cop les partícules han estat introduïdes, s'aplica un làser per escalfar-les fins a destruir selectivament les cèl·lules canceroses", relata Quidant.
Elimina el cos humà aquestes partícules? “L'avantatge de la llum és que és menys invasiva que la quimioteràpia o la radioteràpia, que afecta també els teixits sans”, diu. I afegeix: "Primer necessitem entendre el funcionament d'una cèl·lula aïllada abans de poder treballar amb un tumor".
La recerca de Turgut Durduran i Romain Quidant té el suport de la fundació CELLEX Barcelona.
Un dels seus projectes se centra en el monitoratge no invasiu i en temps real del flux i la quantitat d'oxigen de la sang mitjançant l’òptica difusa. "Proporciono, mitjançant la llum, una visió a l'instant d'allò que està passant en el cervell d'un pacient en un moment determinat per donar més elements al professional de la medicina per prendre decisions. Els infarts cerebrals costen milions d'euros l'any i això ajudaria, d’una banda, als pacients i, de l'altra, a abaratir costos", afirma el professor. "Bàsicament treballo amb hospitals. La meva recerca se centra en diferents projectes, un dels quals és un prototip de monitor per a les isquèmies cerebrals. També treballem en qüestions relacionades amb el càncer, com ara esbrinar en quins dels pacients que reben quimioteràpia aquesta funciona i en quins, no", explica.
És una aplicació comuna i senzilla que beu d'un camp de la ciència que s'anomena biofotònica, fotònica biomèdica o fotomedicina, una disciplina en què la llum és el centre de totes les investigacions, que avui dia lideren els Estats Units. La Comissió Europea, no obstant això, està duent a terme esforços importants en aquest camp.
Ara bé, es poden curar les malalties amb la llum? La ciència demostra que sí. De fet, ja ho fa, tot i que de vegades no en som conscients. "Molts cops ens trobem envoltats per aquesta ciència, però no ho sabem", explica el professor Romain Quidant, cap del grup Plasmon nano-optics de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) ubicat al Campus del Baix Llobregat de la UPC. I és que, com el seu nom indica, la biofotònica és un terme que engloba la biologia, la branca de les ciències naturals que estudia les lleis de la vida, i la fotònica, és a dir, la ciència i la tecnologia centrada en la generació, la manipulació i la detecció de fotons, que són les unitats quàntiques de la llum.
La biofotònica obre nombroses possibilitats en molts àmbits de la medicina
Aquests coneixements s'apliquen a tècniques de prevenció, diagnosi i teràpia per a multitud de malalties. Qui ho afirma és el professor Turgut Durduran, cap del grup Medical Optics de l’ICFO, que fa un breu resum històric per mirar d'explicar d'on ve i a on va aquesta disciplina. "Als anys 30, en algunes consultes mèdiques on s’investigava el càncer de mama se situava una llum darrere el pit de la pacient mentre davant d’ella un doctor dibuixava el que veia. Avui, 80 anys més tard, d'alguna manera encara estem estudiant allò", exemplifica l'investigador. Es tracta d'una ciència nova que ha viscut un creixement notable en les darreres dècades i que ara comença a recollir-ne els fruits en els grans àmbits de la medicina.
Per treballar en el camp de la biofotònica, el que es necessita és una font de llum, que pot ser la llum d'un microscopi, d’un làser o d’una radiació invisible a l'ull humà; després cal un sistema biològic, com poden ser un teixit o una cèl·lula, en què treballar a diferents nivells.
Actualment, especialitats de la medicina com ara la dermatologia, l’oftalmologia, la cirurgia, la neurologia, la cardiologia i l'oncologia són els àmbits amb més avenços en el camp biofotònic.
Es tracta d'una àrea altament multidisciplinària i amb diverses ramificacions. La bionanofotònica n’és una. S'encarrega de proporcionar eines que possibiliten l'avenç d'aquesta disciplina.
En aquest camp s'han aconseguit importants fites. Des de la diagnosi i la imatge ultrasensible, que possibilita la detecció de patologies en els seus primers estadis, fins a les eines per a teràpies amb un grau d'invasió mínim. Els equips de recerca també han aconseguit que algunes d’aquestes eines tinguin una precisió nanomètrica per a la manipulació del material biològic.
Els avenços són utilitzats en alguns centres hospitalaris arreu del món. D'altres es troben en una última fase de recerca. "És un tipus de ciència que primerament es desenvolupa en els centres de recerca abans d'entrar en la societat", puntualitza Quidant. "Actualment estem desenvolupant eines i mètodes nous per a què ajudi a la diagnosi i a la teràpia del càncer", afegeix.
Tot i que, com ja s'ha esmentat, aquesta disciplina es desenvolupa des del primer quart del segle XX, val a dir, per situar-la millor en un context històric, que la biofotònica no ha fet res més que començar. Les múltiples capacitats que té la llum, juntament amb les d'altres tecnologies, obren nombroses possibilitats a la medicina del futur.
Nanopartícules d'or
Romain Quidant, professor ICREA i CELLEX fellow, procedent de França, treballa en projectes pioners en l'àmbit de la nanofotònica. La seva recerca fa servir tant la llum com la calor generada per nanopartícules d'or de dimensions nanomètriques.D’una banda, en relació amb la llum, Quidant està "desenvolupant un xip que, en si mateix, podria operar com un laboratori miniaturitzat". Amb aquest aparell s’identificaria la "signatura", és a dir, la marca diferenciadora d'un càncer mentre encara es troba en un nivell inicial de desenvolupament. Es tracta d'una recerca que té el suport de la Comissió Europea i que s’està duent a terme en col·laboració amb oncòlegs. Com funciona? L’investigador ens ho explica: "La idea és fer servir els últims avenços de la nanoòptica per detectar en una sola gota de sang d'un pacient quantitats molt petites de marcadors cancerosos". "No és només biofotònica, aquí introduïm el component de la nanotecnologia", afegeix. La recerca de Quidant usa nanopartícules d'or, "uns objectes molt petits, d'uns 50 nanòmetres, que es poden dissenyar per actuar com una eficient nanofont de llum", afirma. El seu grup ha aconseguit concentrar la llum en un punt deu vegades menor del que permet "la més perfecta" de les lents. Ha demostrat que aquest control de la llum a escala nanomètrica té aplicacions per dissenyar nanobiosensors ultrasensibles i pinces òptiques capaces de manipular sistemes biològics molt petits sense danyar-los.
Una altra manera de treballar és amb la calor que aquestes partícules generen. En aquest cas, les propietats calorífiques serveixen per a la teràpia del càncer. "L'objectiu és fixar de manera específica les partícules a les cèl·lules canceroses i no a les que estan sanes. Les partícules discriminen les cèl·lules canceroses gràcies a unes molècules de reconeixement. Un cop les partícules han estat introduïdes, s'aplica un làser per escalfar-les fins a destruir selectivament les cèl·lules canceroses", relata Quidant.
Elimina el cos humà aquestes partícules? “L'avantatge de la llum és que és menys invasiva que la quimioteràpia o la radioteràpia, que afecta també els teixits sans”, diu. I afegeix: "Primer necessitem entendre el funcionament d'una cèl·lula aïllada abans de poder treballar amb un tumor".
La recerca de Turgut Durduran i Romain Quidant té el suport de la fundació CELLEX Barcelona.
Monitoratge
Un dels seus projectes se centra en el monitoratge no invasiu i en temps real del flux i la quantitat d'oxigen de la sang mitjançant l’òptica difusa. "Proporciono, mitjançant la llum, una visió a l'instant d'allò que està passant en el cervell d'un pacient en un moment determinat per donar més elements al professional de la medicina per prendre decisions. Els infarts cerebrals costen milions d'euros l'any i això ajudaria, d’una banda, als pacients i, de l'altra, a abaratir costos", afirma el professor. "Bàsicament treballo amb hospitals. La meva recerca se centra en diferents projectes, un dels quals és un prototip de monitor per a les isquèmies cerebrals. També treballem en qüestions relacionades amb el càncer, com ara esbrinar en quins dels pacients que reben quimioteràpia aquesta funciona i en quins, no", explica.
Segueix-nos a Twitter
