¿Puede la fibra óptica diagnosticar (incluso predecir) enfermedades?

Abián Bentor Socorro, profesor del área de Tecnología Electrónica del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación  de la Universidad Pública de Navarra (UPNA)

«Con la ayuda de la fibra óptica, la nanotecnología y biosensores podemos llegar a predecir si vas a padecer determinadas enfermedades»

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Es de sobra conocida la capacidad de la fibra óptica para transmitir datos: no podríamos navegar a alta velocidad a través de Internet sin ella. Sin embargo, sus múltiples facetas en el campo de la medicina permanecen más en la sombra. La fibra óptica, a través de impulsos de luz, es capaz de curarnos… e ir más allá logrando diagnosticar, e incluso predecir, enfermedades. Abián Bentor Socorro Leránoz, profesor de ingeniería en la Universidad Pública de Navarra e investigador en aplicaciones de fibra óptica y luz en el ámbito médico, nos ayuda a descubrir el potencial de la fibra óptica.

Cuando hablamos de fibra óptica…
…nos viene directamente a la cabeza el cable que nos trae a nuestras casas Internet. Sabemos que la fibra óptica propaga datos, pero lo que no sabemos es que sirve para curarnos. Podemos guiar su luz con diferentes intensidades y, por ejemplo, quemar o reparar tejidos, pero también, introducirla dentro del cuerpo a través de mínimas incisiones y operar, sin necesidad de abrir en canal al paciente. Es tan fina y flexible que nos permite llegar a ubicaciones del cuerpo humano que, de otro modo, sería muy complicado. Pero, además, podemos utilizar la fibra óptica para detectar enfermedades y saber si esa persona está sana o tiene una enfermedad.

Sabemos que, entre otros usos, la fibra óptica se emplea para eliminar varices o piedras del riñón, practicar endoscopias, realizar tratamientos de estética o hacer desaparecer tatuajes, pero ¿de qué manera es capaz de detectar enfermedades?
Empleando técnicas de química y nanotecnología y aplicando conocimientos de telecomunicaciones, podemos crear lo que se llaman “biosensores” ópticos. Con ellos somos capaces de recubrir la fibra óptica y generar fenómenos físicos que, luego, podemos medir, como absorción de luz, luminiscencia, interferometría o resonancias. Una vez generados estos fenómenos físicos, colocamos moléculas biológicas tales como anticuerpos, enzimas, proteínas o el propio ADN. En función de la relación unívoca que existe entre esas moléculas que depositamos en la fibra y aquellas para las que se sabe que están diseñadas, podemos llegar a descubrir si la persona está enferma o no y en qué estadío.

¿Puede la fibra óptica incluso predecir enfermedades, sin que se haya desarrollado la patología o exista el menor de los síntomas?
Así es. Somos genética y, dentro de nuestro código genético, están implementadas las enfermedades que podríamos llegar a sufrir en un futuro que, a veces, se manifiestan, y a veces, no. A través de un biosensor de fibra óptica podemos llegar a saber si tenemos predisposición a una enfermedad o vamos a llegar a padecerla. Si existe una manifestación química dentro del cuerpo, es posible detectar esa molécula que dice que voy a empezar a tener una cierta enfermedad y así, poder reaccionar.

Con todas las consecuencias éticas que esto tiene…
Hay personas que han querido saber qué enfermedades podrían llegar a tener y, en base a eso, sin esperar a los síntomas, actuar antes de tiempo. Llegar a saber que, por ejemplo, en un futuro podrías desarrollar Alzheimer, cambia tu vida y la de la gente que tienes alrededor. Quizá comenzaríamos a vivir mejor o hacer cosas que probablemente no haríamos en una situación normal. Para ello diseñamos los biosensores, para adelantarnos o, si ya hay síntomas, ponerle nombre a nuestra dolencia.

Un diagnóstico precoz supone ganar posibilidades frente a la enfermedad… ¿y también ahorrar costes?
Por supuesto. Detectar una enfermedad antes de que esta se manifieste y llenemos las UCIs, evitaría un sobrecoste al sistema sanitario. Además, identificar a tiempo enfermedades que son crónicas, como el Alzheimer, la diabetes, la celiaquía, etc. supone atender al paciente en Atención Primaria y evitar el traspaso a las urgencias o al hospital, lo que implica un coste añadido al sistema. No estamos en los mejores tiempos para gastar de más, y menos en el futuro, cuando la población esté más envejecida. Si lográramos disponer de estos biosensores en Atención Primaria, podríamos detectar enfermedades crónicas y retrasar, en la medida de lo posible, el ingreso en el hospital.

En esa línea, ¿en qué proyectos estáis trabajando desde la Universidad Pública de Navarra?
Actualmente, en la UPNA estamos desarrollando aplicaciones de fibra óptica para detectar enfermedades como Alzheimer, celiaquía, ictus y otras, colocando en cada caso el anticuerpo adecuado en la fibra. Incluso, a través del aliento, integrando tecnología de fibra óptica en un proyecto realizado con la empresa Eversens, colocando un sensor entre los pacientes y la máquina. Este sensor es capaz de medir diferentes parámetros para detectar enfermedades y ver el estadío en el que nos encontramos.

Tecnología y salud unidas… ¿Inseparables?
Nuestro objetivo es ayudar a los médicos a curar a las personas y es precisamente el trato con la ingeniería y la medicina lo que estamos tratando de introducir tanto en los grados de ingeniería biomédica como de medicina de la UPNA. El hecho de que los médicos sepan hablar en lenguaje ingeniero y la ingeniería sepa hablar el lenguaje médico, es esencial para que se puedan generar proyectos comunes en base a una necesidad médica. Los médicos hoy en día nos están salvando, pero también hay que tener en cuenta que, si lo están haciendo es porque tienen a su disposición una tecnología que se está desarrollando en grupos de investigación que convierten una base científica en tecnología para ayudar a los pacientes.

Descubre más sobre este tema escuchando el podcast ¿Podrá la fibra óptica detectar y predecir enfermedades?, el podcast de divulgación científica de la UPNA.

Más información:

Publicaciones Científicas CASEIB. En esta web es posible descargarse el libro de actas del Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica del año 2017. Entre las páginas 455 y 458, se encuentra la comunicación oral en castellano que describe los últimos trabajos realizados por nuestro grupo de la Universidad Pública de Navarra. Estrictamente, su referencia es:

Ponencia oral: “Biosensores basados en tecnologías de fibra óptica recubierta con materiales nanoestructurados”, A.B. Socorro-Leránoz, I. Del Villar, C. Elosúa, P. Zubiate, J.M. Corres, C. Bariáin, J. Goicoechea, S. Díaz, C.R. Zamarreño, M. Hernáez, P.J. Rivero, A. Urrutia, P. Sánchez-Zabal, N. De Acha, J. Ascorbe, D. López, A. Ozcáriz, L. Ruete, F.J. Arregui, I.R. Matías, XXXV Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB 2017), Bilbao (España), 29 noviembre – 1 de diciembre de 2017.

Fibra óptica para diagnosticar y curar. 6 de abril de 2015. Artículo de Abián Bentor Socorro Leránoz publicado en la revista Investigación y Ciencia.

Salvad@s por la fibra (I). 25 de julio de 2018. Artículo del autor en el blog Traductor de Ciencia.

Destellos de luz. Noviembre 2015. Libro de Abián Bentor que incluye un capítulo sobre los usos médicos de la luz, incluidas las técnicas que emplean fibra óptica.

Trends in the design of wavelength-based optical fibre biosensors. (2008–2018) A.B.Socorro-Leránozab D.Santanoa I.Del Villarab I.R.Matiasab.

Trends in Fibre-Optic Uses for Personal Healthcare and Clinical Diagnostics. A. B. Socorro, S. Díaz.

 

Salvad@s por la fibra (I)

La fibra óptica es un cable que guía la información a través de la luz y está cada vez más presente en muchos de nuestros hogares para servicios de telecomunicación. De hecho, actualmente es la forma de transmisión de información más rápida y efectiva que existe, y es por esto que tenemos kilómetros de ella rodeando el planeta bajo nuestros mares y océanos. En esta web podéis ver, diariamente, los diferentes cables que se están distribuyendo a día de hoy entre los continentes, para mejorar la velocidad de transmisión de los datos en todo el globo.

Según esto, aparentemente, este cable “sólo” sirve para navegar por internet a alta velocidad y ver series de televisión o partidos de fútbol. Lo que quizá no pocos imaginamos es que la fibra óptica también puede servirnos para vestir, para decorar nuestras casas y, lo que es más importante: para curarnos.

De hecho, son varias las aplicaciones médicas que, a día de hoy, usan este cable para hacer terapia o diagnosticar pacientes. Un ejemplo de ello es la iluminación de los endoscopios que nos introducen cuando quieren observar el interior de nuestro tubo digestivo o respiratorio. También podemos encontrar fibra óptica guiando luz en aplicaciones estéticas, como en las máquinas que eliminan tatuajes, o en aplicaciones terapéuticas, bien a la hora de eliminar varices internas (técnica de endoláser) o bien a la hora de tratar incrementos anómalos, pero benignos, en la próstata de hombres con cierta edad.

Las técnicas anteriormente mencionadas se basan en lanzar chorros de luz más o menos potentes a través de la fibra óptica. Pero, ¿cómo se propaga la luz dentro de ella?

A diferencia de los cables de cobre, la fibra está hecha de vidrio. Su grosor habitual es de 125 micrómetros, equivalente a un pelo del cuero cabelludo, lo que la hace bastante flexible. Se compone de dos partes principales (ver Figura 1): el núcleo y la cubierta, que podrían ser equivalentes al vivo y al neutro de un cable coaxial de televisión. La cubierta presenta un índice de refracción (n), una especie de “resistencia al paso de la luz», ligeramente inferior al del núcleo. Esto permite el confinamiento de la luz en el interior del núcleo mediante el fenómeno de reflexión total interna (RTI). Este fenómeno es el mismo que ocurre cuando lanzamos luz láser a un chorro de agua que sale de una botella, tal y como ocurre en el vídeo que os muestro en este enlace.

La teoría, conocida como “Ley de Snell”, asume que no se pierde nada de luz en este fenómeno de RTI. Sin embargo, esto sería cierto si los materiales fueran ideales. Al no serlo, hay siempre una mínima pérdida en estas reflexiones, con lo que siempre hay una mínima cantidad de energía que se acopla y propaga en esa frontera entre el núcleo y la cubierta. Es lo que se denominaremos “luz evanescente” (ver Figura 1).

Afortunadamente, la existencia de esta luz evanescente permite que podamos usar la fibra óptica como sensor y, más concretamente, como biosensor. Es decir, un aparato que podría diagnosticarnos si tenemos alguna enfermedad o si la podemos padecer en algún momento de nuestra vida.

Sin embargo, y dado que estamos de vacaciones, mejor dejamos el tema de las enfermedades para más adelante y vamos a disfrutar del verano.

Lo que está claro es que la fibra óptica, que nos gusta tanto estudiarla en el grado y en el máster en Ingeniería de Telecomunicación de la UPNA, puede servirnos tanto para mantenernos al día de lo que pasa en el mundo, como para mejorar nuestra calidad de vida y nuestra salud.

¡Que paséis felices vacaciones!

Esta entrada ha sido elaborada por Abián Bentor Socorro Leránoz, investigador del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) y profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación.