# ¿Qué Hace un Medico con Uno de los Láseres Más Potentes del Mundo?

Channel: QuantumFracture
Video: https://www.youtube.com/watch?v=X2Dy0ZMyjLY
Duration: 19 min
Language: Spanish
Words: 3241
Transcript page: https://viewrankai.com/tools/youtube-transcript/X2Dy0ZMyjLY

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[0:00] Hay accesorios que no pueden faltarle a ningún médico. La bata [música] blanca, el fonendo, un láser ultrapotente, un termómetro. Espera, ¿un láser ultrapotente? Pues sí. Los láseres también pueden servir para curar. Y no hablo de operarnos los ojos para volver a ver como un lince, o de quitarnos manchas de la piel. Resulta que podrían jugar un papel fundamental en el tratamiento del cáncer. Y para hablar [música] de todo esto, nos hemos venido al Centro de Láseres Pulsados de Salamanca. El CLPU es lo que se conoce como una infraestructura científica y [música] técnica singular. Traducido, es un centro tan puntero que no pertenece a

[0:34] una única institución. [música] Es un consorcio público que está al servicio de toda la comunidad científica. Cualquier grupo puede solicitar tiempo de uso para hacer sus cosillas y cruzar los dedos para que su propuesta sea la seleccionada. El buque insignia del CLPU es este, Vega, uno de los láseres más potentes del mundo y único en España. Es capaz de alcanzar un petavatio, un uno seguido de 15 ceros. Estamos hablando de la misma energía que 100 billones, [música] con B, de bombillas LED. Sí, una potencia descomunal. Si sumamos la de todas las centrales eléctricas de la Tierra, aún nos quedaríamos cortos. Y además, toda esa potencia se junta en un área muy

[1:15] pequeñita. Es decir, que tenemos muchísima intensidad. Pero espera, si cuando enchufo un aparato de más en casa saltan los plomos, cada vez que conectan este deberíamos sufrir un apagón, ¿no? Pues no. La clave es que estamos hablando de potencia, no de energía. La potencia es la energía que podemos entregar en un cierto tiempo, una especie de velocidad de la energía. Es decir, que puedes tener muchísima potencia con poquita energía, siempre que la concentres en un lapso de tiempo lo bastante corto. Y eso es justo lo que

[1:49] hace Vega. [música] Es un láser pulsado, es decir, que no emite luz de manera continua, sino en flashes. Disparos potentísimos, sí, pero ultra breves, de unas 30 mil billonésimas de segundo, 0, y otros 13 ceros detrás. Para que os hagáis una idea, la luz que en un segundo daría siete vueltas y media a la Tierra, [carraspeo] en ese tiempo recorre apenas unas 10 micras, más o menos el tamaño de una célula. Así que estos ceros se compensan con estos otros ceros y al final nos queda una energía de unos 30 julios, es lo que gasta una sola bombilla de LED encendida durante 3 segundos. Así que no hay que preocuparse

[2:28] por apagones. Pero, ¿cómo se generan esos disparos tan cortos e intensos? La clave para crear un pulso ultra corto es mezclar luz de muchas frecuencias, de muchos colores distintos, pero de maneras que esas ondas estén bien sincronizadas. Os lo explicamos con más detalle en este otro vídeo. Ahora, ya solo queda amplificar mucho la energía de ese pulso, giramos un montón la ruedecilla del láser para alcanzar esa

[2:52] intensidad y lo tenemos. No tan rápido. Mira, imagínate que por una carretera circulan un montón de camiones vacíos. Al principio van todos muy juntitos, formando un pelotón supercompacto. Ahora, quiero cargar esos camiones a tope, amplificar su masa. El problema es que la carretera pasa por un puente colgante. Si todos los camiones cargados pasan a la vez por allí, el peso será enorme y el puente se vendrá abajo. Con la luz pasa un poco lo mismo. Si intentásemos amplificar directamente la energía de un pulso ultra breve, se alcanzarían potencias enormes. Nos cargaríamos toda la óptica del láser, convirtiendo millones de euros en chatarra. Incluso podría interactuar con

[3:33] el aire, ionizándolo y generando radiación descontrolada. Por eso el láser tiene que viajar en vacío. ¿Y qué hacemos entonces? ¿Cómo podemos controlarlo? Volvamos a los camiones. En este caso la solución es muy sencilla, estirar el pelotón. De esta manera no coincidirán todos los camiones a la vez en el puente y este no tendrá que soportar tanto peso. Una vez pasado el puente, podemos volver a juntar los camiones sin problema. Y con el láser podemos hacer algo parecido, estirar [música] los pulsos, aumentar su duración para poder amplificarlos sin que la potencia se vaya de madre. Una vez amplificados podemos volver a comprimirlos para que vuelvan a ser

[4:12] ultra breves. Para estirar el pulso separamos los distintos colores que lo componen y hacemos que [música] cada uno recorra un camino ligeramente distinto. Uno es un poquito más corto y otro es un poquito más largo. Introducimos un retraso entre los colores como hacíamos con los camiones y después de la amplificación hacemos justo lo contrario. Los volvemos a juntar y potencia increíble. Es una solución tan genial que valió el Nobel de física de 2018. Okay, muy bien las cosas de física, pero ¿qué tiene que ver todo esto con la medicina? Bueno, la relación entre física y medicina tiene ya muchas décadas. Dejadme que os cuente una

[4:48] historia. Año 1896. Apenas han pasado dos meses desde que Röntgen descubriera por casualidad los rayos X. Emil Grub, un joven estudiante de medicina, se pone a hacer experimentos con la nueva radiación. Y para calibrar los tubos que la producen, toma imágenes de su propia mano. Claro, con tanta radiografía la mano acabó con una inflamación bastante seria. Parece que uno de los profesores de Grub la vio y se le encendió la bombilla. Si los rayos invisibles habían provocado esas lesiones, quizá también podrían servir para destruir el tejido enfermo de un tumor. Así que Grub acabó irradiando a una paciente con un cáncer de mama inoperable. Eso sí, protegiendo el resto

[5:29] del cuerpo de la mujer con láminas de plomo para evitar que acabara igual que su mano. Había nacido la radioterapia. Al menos [música] si nos creemos la historia. Y es que Grub no presentó los resultados en ese momento, [música] sino que se colgó la medalla casi 40 años después. Y Y parece que el tipo tenía

[5:46] una cierta tendencia a la inventiva. Bueno, vamos, que los expertos están divididos sobre si realmente fue el primero en usar la radiación con fines terapéuticos. El caso es que la radioterapia ha sido una herramienta fundamental contra el cáncer durante décadas. La idea es usar radiación con muchísima energía, capaz de arrancar los electrones de átomos y moléculas, todo para dañar el material genético de las células cancerosas y evitar que puedan seguir dividiéndose, para cargarnos el tumor, vaya. Pero hay un problema. Los fotones que forman los rayos X son un poco como una bala, van dejando energía a lo largo de todo el recorrido, tanto antes como después del tumor. Aunque las

[6:24] técnicas modernas permiten concentrar bastante la dosis, siempre hay tejido sano que resulta afectado y eso puede producir efectos secundarios, como la fatiga. Vale, ¿y no hay ningún otro tipo de radiación más eficaz? Bueno, podemos usar otras partículas con tal de que tengan velocidad suficiente para penetrar en el cuerpo y hacer daño. Aquí entra en escena Robert Wilson, uno de los físicos que ayudaron a desarrollar la bomba atómica dentro del proyecto Manhattan. En 1946 se dio cuenta de que los protones, las partículas [música] positivas que viven en el núcleo de los átomos, depositan su energía de una forma muy distinta a los fotones. Cuando un protón entra a gran velocidad en el

[7:05] cuerpo de una persona, al principio transfiere muy poca energía a los tejidos, va tan rápido que los electrones de tu cuerpo casi ni se enteran, pero poco a poco va frenándose [música] y es entonces, instantes antes de detenerse, cuando libera casi toda su energía en una zona muy estrecha. Y lo bueno es que ajustando la velocidad inicial [música] del protón, podemos controlar dónde va a ocurrir eso. Es como si en vez de una bala tuviéramos una bomba que sabemos detonar justo donde se encuentra el tumor. Así nació la idea de la protonterapia, un tratamiento que permite reducir mucho la dosis que reciben los tejidos sanos, algo crucial en pacientes pediátricos o

[7:42] en tumores próximos a órganos delicados. E incluso podríamos usar iones más pesados, lo que nos lleva al concepto más general de la adronterapia. Suena maravilloso, pero tiene un problema. Necesitamos que los protones vayan muy rápido, para tumores profundos [música] al 60% de la velocidad de la luz. Así que se necesitan enormes aceleradores de partículas. Son máquinas complejas [música] y caras. Y eso hace que pocos hospitales ofrezcan este tipo de tratamiento. En España solo se realiza en dos centros privados, aunque una fundación ha donado 280 millones de euros para instalar 10 aceleradores [música] en la sanidad pública. A alguno de ellos ya no le queda mucho tiempo para entrar

[8:22] en funcionamiento. Aún así, sigue siendo una movida. No es un cacharro que puedas meter en cualquier lado. Hacen falta grandes búnkeres subterráneos, blindados con varios metros de hormigón. Y aquí es donde los láseres están viniendo al rescate, porque sí, usando la luz de un láser también se [música] pueden acelerar protones. Pero no vale cualquier láser. Necesitamos pulsos ultraintensos, como los del CLPU. El método más habitual es lanzarlos contra una lámina metálica muy fina, de apenas unas micras, aunque también se están

[8:53] investigando otros tipos de blancos. Esta lámina contiene protones en su superficie, ya sea porque se ha preparado así o porque hay contaminantes que tienen hidrógenos, protones con un electrón. El campo eléctrico del láser es tan grande que arranca los electrones de los átomos del metal y los empuja más allá de la lámina. Así que se produce una separación de cargas. Los núcleos positivos permanecen en el metal, mientras que muy cerquita tenemos una

[9:17] nube de electrones con carga negativa. Eso genera un enorme campo eléctrico que tira de los protones y los acelera a velocidades increíbles. Así que, en vez de tener un acelerador de muchos metros, el láser usa una nube de electrones para acelerar los protones a lo largo de distancias pequeñísimas. Una especie de tirachinas. La esperanza es que en un futuro podamos realizar protonterapia usando sistemas láseres mucho más compactos y económicos que los aceleradores tradicionales. Es algo que permitiría que muchos más hospitales tuvieran acceso a este tratamiento. Pero fijaos, quizá podríamos mejorar aún más

[9:54] la protonterapia con estos láseres. Normalmente se necesitan bastantes sesiones durante semanas en las que vamos exponiendo el tumor a los protones para que vaya acumulando daños. Pero ¿y si pudiéramos mandar grandes cantidades de protones en un tiempo extremadamente corto, de menos de un segundo? Así administraríamos toda la radiación necesaria para cargarnos el tumor en unas pocas tandas brevísimas o incluso en una sola. Y eso podría reducir los efectos secundarios. Es lo que se conoce como radioterapia flash de protones, una técnica muy prometedora que aún está [música] en fase de investigación. Los láseres ultraintensos resultan ideales porque concentran muchísimos protones en ráfagas brevísimas, que es justo lo que

[10:36] necesitamos. En el CLPU [música] se han realizado investigaciones pioneras con modelos de cáncer para entender cómo interactúa [música] esta radiación con las células y allanar el camino para los tratamientos del futuro. Pero ojo, porque la protonterapia no es la única aplicación médica de los láseres ultraintensos. Dejadme que os hable de una sopa radioactiva. Cuenta la leyenda que a principios del siglo XX un joven físico llamado George de Hevesy sospechaba que en la pensión donde vivía usaban un método culinario un tanto cuestionable: recoger las sobras que dejaban los huéspedes y usarlas en las siguientes comidas. Como tenía a mano un poco del material radioactivo que estudiaba en su

[11:16] laboratorio, eran otros tiempos, añadió una pequeña cantidad a los restos de su plato para poner a prueba esa hipótesis. [música] Y días después, con un detector, comprobó que efectivamente reaparecían en el menú. Lo que no es ninguna historieta es que [música] años más tarde Hevesy ganaría el Nobel de Química por esa misma idea, la de usar radioisótopos como trazadores. Un radioisótopo es una versión inestable [música] de un elemento químico. Su núcleo tiene un número de protones y neutrones con el que no se siente cómodo, así que tarde o temprano se desintegra para convertirse en un núcleo más estable. Al hacerlo emite [música] radiación. El uso médico de estos

[11:55] chivatos radioactivos comenzó a fraguarse [música] en los años 30 gracias a Sol Hertz, un médico que buscaba un tratamiento para el hipertiroidismo. La cirugía era una opción compleja y peligrosa y usar rayos X tenía el problema [música] que ya hemos comentado, también dañaba al tejido sano. Hertz sabía que la tiroides necesita yodo para fabricar sus hormonas. De hecho, es muy codiciosa, absorbe gran parte del yodo que entra en el torrente sanguíneo. Así que se preguntó si se podría fabricar yodo radioactivo para administrárselo a los pacientes. [música] Las células problemáticas, más activas que el resto, lo atraparían y entonces la radiación se las cargaría sin afectar

[12:35] demasiado al resto del cuerpo. Brillante. Tras muchas pruebas con conejos, en 1941 empezó a usar este método con personas. Fue uno de los primeros hitos de la medicina nuclear y el nacimiento de un nuevo enfoque. Hertz demostró que en vez de disparar radiación desde [música] fuera, también podemos diseñar moléculas radioactivas que se acumulen donde nos [música] interesa. Y eso no sirve solo para tratar enfermedades, sino también para obtener imágenes. De hecho, es la base [música] de la tomografía por emisión de positrones, una de las principales técnicas para detectar tumores y vigilar su progresión. Y ojo, que consiste básicamente en usar antimateria. Mirad, las células tumorales crecen rápido y

[13:19] necesitan mucha energía para dividirse. Eso hace que consuman más glucosa que las células sanas, así que aplicamos una idea muy parecida a la de la tiroides. Cogemos una molécula de glucosa, le quitamos un trocito y en su lugar enchufamos flúor 18, un radioisótopo. Se inyecta ese azúcar reactivo en el cuerpo del paciente y las células tumorales se lo zampan. Entonces el radioisótopo se desintegra emitiendo la antipartícula del electrón, un positrón. Al poco de ser liberado, ese positrón choca con algún electrón de los muchos que tiene el paciente y ambas partículas se aniquilan produciendo dos fotones que salen en direcciones opuestas. Estos fotones llegan a un anillo de detectores

[14:00] que rodea al paciente. Registrando muchos de esos pares, podemos delimitar la región donde se están produciendo y reconstruir una imagen tridimensional del tumor. Victoria. Ahora, ¿cómo obtenemos esos isótopos radioactivos? Una forma es, de nuevo, acelerar protones. La idea es lanzarlos contra un blanco para provocar una reacción nuclear que genere el radioisótopo que nos interesa. En el caso del flúor 18, se usa agua enriquecida con oxígeno 18,

[14:28] un isótopo con dos neutrones extra. [música] Algunos grandes hospitales tienen aceleradores para producir los radioisótopos in situ, pero por fortuna muchas veces pueden generarse en unos pocos centros especializados y desde ahí distribuirlos a los hospitales. Muchas veces, pero no siempre. El problema es este, como no es tan cómodos, los radioisótopos no suelen tardar demasiado en desintegrarse. Algunos viven días, otros horas o incluso minutos. Eso es

[14:57] tanto una ventaja como un inconveniente. Por un lado, no queremos que el paciente sea radioactivo durante meses, pero a la vez necesitamos que el radioisótopo dure lo suficiente como para producirlo, transportarlo, administrarlo y obtener la imagen. Por ejemplo, el flúor 18 tiene una semivida de 110 minutos, 2 horas. Eso quiere decir que cada vez que pasan 2 horas, la actividad de la muestra se reduce a la mitad. Se puede transportar, pero no podemos quedarnos dormidos. Es literalmente una carrera contra reloj. Y algunos radioisótopos viven aún menos, como el carbono 11, que además es muy interesante. Y es que casi todas las moléculas orgánicas tienen carbono, así que simplemente sustituyes

[15:39] un átomo normal por uno del isótopo radioactivo y tienes una molécula que se comporta casi igual. Eso lo convierte en un marcador muy útil, por ejemplo, en el caso de tumores cerebrales. Coges un aminoácido, sustituyes uno de sus carbonos por un carbono 11, las células cancerosas se lo zampan para construir nuevas proteínas y el carbono 11 emite un positrón. Y ya tienes localizado el tumor. Sin embargo, la semivida del carbono 11 es de apenas 20 minutos. Es muy difícil traerlo desde un acelerador externo. A la que pilles un semáforo, te has quedado sin carbono. Así que hay que tener el acelerador de partículas a mano. Por eso el uso de este

[16:16] radioisótopo se circunscribe más bien a grandes hospitales universitarios y a centros de investigación. Pero eso [música] podría cambiar, una vez más, gracias a los láseres ultrapotentes. Una opción es hacer lo mismo de antes, usar el láser para acelerar protones, pero en vez de apuntarlos contra el paciente, los lanzamos contra un blanco de boro 11. Al chocar contra el blanco, el protón se fusiona con el boro y se produce carbono 11. Recientemente, en el CLPU, han demostrado justamente este proceso, enfocando el láser sobre una lámina de aluminio de siete micras, [música] aceleraron protones en torno a un 15% de la velocidad de la luz. Lo realmente revolucionario es que con

[16:57] ellos lograron producir suficiente carbono 11 como para poder usarlo en la generación de imágenes preclínicas. Eso demuestra que un láser ultraintenso podría funcionar como una fábrica de radioisótopos y nos hace tener esperanzas en ese futuro en el que los hospitales usarían luz para obtener sus propios trazadores radioactivos. Incluso podrían generarlos a la carta, con dosis adaptadas a cada paciente. Pero quizás lo más revolucionario es esto. Algunos de esos radioisótopos usados por parejas pueden servir no solo para detectar el cáncer, sino también para tratarlo. Es lo que se conoce como enfoque teragnóstico, terapia y diagnóstico todo

[17:36] en uno. Hay que aclarar que todas estas aplicaciones médicas de los láseres ultraintensos todavía están en una etapa muy temprana de desarrollo. Seguramente aún tendremos que esperar bastante para verlas implementadas de forma habitual en los hospitales. Pero oye, con el tiempo podrían suponer un auténtico cambio de paradigma. Y fijaos, aunque aquí nos hayamos centrado en los protones, con estos láseres también podemos [música] generar haces de electrones, neutrones, rayos X o rayos gamma, lo que abre la puerta a un montón de aplicaciones interesantes. [música] De hecho, en el CLPU no solo se realizan investigaciones biomédicas, sino también muchas otras relacionadas con [música] física fundamental, física de materiales, física de plasmas o incluso

[18:17] procesos industriales. Es increíble todo lo que se puede conseguir con tecnologías [música] como esta. A veces parece que la física nuclear o de partículas es una cosa puramente teórica, con pocas aplicaciones prácticas, que los grandes aceleradores como el CERN o los láseres ultraintensos como este de Salamanca son meros juguetes para que los científicos, bueno, [música] se diviertan haciendo chocar cosas, batiendo récords de potencia o poniendo a prueba sus teorías [música] más estrambóticas. Pero me

[18:44] gustaría que os quedarais con esta idea. Toda esa investigación puede acabar teniendo repercusiones sobre nuestra salud. Por eso [música] es tan importante que no dejemos de explorar los límites de la ciencia con instrumentos como el que os hemos enseñado hoy. Uno nunca sabe la de vidas que podemos salvar. [música] Y ya sabes, si quieres

[19:04] más ciencia solo tienes que suscribirte. Y muchas gracias por vernos.

[19:25] Ah.

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