Sheldon dispara: Hadronterapia

Hoy creo que vamos a ser algo más multidisciplinares que de costumbre, romperemos un poco los esquemas de lo que la gente conoce como biotecnología y vamos a hablar de Hadronterapia; ideada por Robert Willson en 1946 y que se basa en el uso de hadrones para curar tumores. ¿Por qué? Porque las células madre están muy bien pero si algo nos enseña Big Bang Theory es que la física mola, y que ella ha contribuido a que hoy día podamos hablar de Biotecnología.

En primer lugar, debemos de conocer mínimamente la estructura de un átomo. Un átomo está compuesto por un núcleo y a su alrededor, encontramos una nube de electrones. Ese núcleo está formado por neutrones y protones, y las tres partículas mencionadas anteriormente, a su vez, de partículas subatómicas que se van descubriendo poco a poco.

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Estructura de un átomo frente al ADN. Fuente: Ciencialimada

Una de esas partículas son los famosos quark, de los cuales se forman los hadrones como el protón (tres quark unidos). Una partícula con carga positiva que tiene un poder penetrante bastante elevado y con unas características favorables para el tratamiento de tumores.

El gran problema que se encuentra el médico al tratar un tumor es, sobre todo si es profundo, ¿cómo llegamos hasta él? Algunos están en lugares tan difíciles que ni los cirujanos se atreven a extirparlos. Hay soluciones muy diversas: desde enlazar el antitumoral a un anticuerpo contra el tumor, partículas de oro dirigidas y, el más usado que concierne a este post, radioterapia.

Si comparamos ambos tipos de radiaciones, hadrones contra rayos X, se puede ver la ventaja de un plumazo. Los rayos X alcanzan rápidamente su pico alto de emisión de energía o pico de Bragg mientras que los hadrones tardan más tiempo, eso nos indica que su capacidad de penetración es mayor además, vemos que hasta alcanzar ese pico de Bragg, la radiación emitida antes es menor por lo que el tejido colindante sufre un menor daño al contrario que con los rayos X, que tienen un pico de Bragg rápido. Por lo que si es necesaria una determinada dosis para dañar un tumor profundo, vamos a tener que emitir una radiación muy elevada.

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Energía y pico de Bragg de las distintas radiaciones con respecto a la profundidad. Fuente: Proton-therapy

La radiación se va a concentrar en una zona determinada del tejido que nos interese, de forma que si el tumor es grande, debemos de lanzar distintos haces de hadrones con distinta energía para que la radiación llegue a todo el tejido tumoral, recibiendo el nombre de SOBP la zona irradiada de esta forma.

Debido a esta gran precisión, se podría usar una técnica conjunta de hadronterapia y cirugía para eliminar tumores de gran tamaño como se hace actualmente con los Rayos X, evitando los daños colaterales tan graves de la radiación X.

Pero si queremos tener un efecto mayor y conseguir que con pocas dosis dañemos a la mayoría del tejido, debemos de usar iones; iones que ataquen a una zona concreta como los de carbono que, además de alcanzar mayor energía, al tener más masa conseguimos que su desviación sea menor y el “tiro” más específico.

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Ilustración de la radiación absorbida por el cuerpo mediante iones de carbono y rayos X respectivamente, vemos como la radiación del ion se concentra en el tumor. Fuente:Wikipedia
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ADN simplificado. Fuente: Astrochem.org

¿Cómo se estima que actúa esta radiación? Se sabe que daña al ADN pero no sabemos exactamente cómo, algunos creen que la energía depositada ioniza el medio y genera un daño químico en el ADN; otros que es la propia radiación la que daña al ADN pero de lo que sí estamos seguros es que los daños que sufre el ADN son tan altos que no consigue repararse, ocasionando la muerte celular. Estos daños serán proporcionales a la distancia en la que el hadrón o ion deposite su energía del material genético; por lo que debemos de intentar que sea lo más cercano posible.

El principal problema de esta técnica es el haz, llevarlo a la velocidad necesaria para que alcance la energía deseada (y eso requiere un alto coste, por lo que el procedimiento se encarece) y otro realmente importante es acertar en el tiro.

Lo segundo es relativamente sencillo gracias a modelos matemáticos que se están desarrollando (algunos de ellos por investigadores españoles) y que tienen en cuenta además, desviaciones generadas por la respiración del paciente. En dichos modelos matemáticos, además, se han realizado aproximaciones  al cuerpo humano consiguiendo resultados muy similares a los experimentales.

Los iones deben acelerarse por unos aceleradores de partículas como el famoso LHC pero a escala pequeña, en concreto ciclotrones circulares donde, gracias a campos eléctricos conseguimos que la partícula tome una velocidad determinada y en el momento oportuno desviarla para dirigirse al paciente gracias a un campo magnético. Se están consiguiendo ciclotrones de ese tamaño para éste fin, por ejemplo, en Heidelberg (Alemania), en Japón y en varios hospitales de USA.

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Estructura de un ciclotron de hadronterapia. Fuente: Referencia 7

En este link, podéis encontrar un vídeo explicativo del proceso (cómo afecta, qué hace el ciclotrón…)

http://www.cbsnews.com/stories/2008/03/19/eveningnews/main3952728.shtml

Puede que no sea éste un artículo al uso, pero demuestra lo que los científicos trabajando conjuntamente son capaces de hacer… Los tiempos del científico encerrado pasaron, toca trabajar en equipo y cooperar para obtener resultados

Referencias:

  1. http://cerncourier.com/cws/article/cern/47835 [Consulta: 28/03/13]

  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_therapy [Consulta: 28/03/13]

  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Proton_therapy [Consulta: 28/03/13]

  4. http://www.proton-therapy.org/ [Consulta: 29/03/2013]

  5. http://www.cbsnews.com/stories/2008/03/19/eveningnews/main3952728.shtml [Consulta: 29/03/2013].

  6. Conferencia: Hadronterapia, haces de iones contra el cáncer de Rafael García Molina.

  7. Koji Noda, REVIEW OF HADRON THERAPY ACCELERATORS WORLDWIDE AND FUTURE TRENDS, National Institute of Radiological Sciences, Chiba, 263-8555 Japan

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