El lado luminoso de la ciencia: láser contra bacterias

Ensenada, Baja California. 28 de septiembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Especialistas del Departamento de Óptica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) inactivaron bacterias al exponerlas a luz láser, lo que significaría un importante avance para eliminar esos organismos patógenos en cirugías craneales, además de evitar el uso de antibióticos.

El avance es parte del proyecto Ventanas al Cerebro, en el que científicos mexicanos y estadounidenses colaboran para desarrollar una plataforma biomédica que consiste en el uso de láseres a través de un implante craneal de dióxido de zirconio (ZrO2) e itrio (Y), para diagnosticar lesiones o tumores cerebrales.

Ventanas al Cerebro es financiado desde 2015 por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF, por sus siglas en inglés), mediante el programa Asociación Internacional para la Investigación y Educación (PIRE, por sus siglas en inglés).

Hacia una plataforma biomédica

Dr. Santiago Camacho López.En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Santiago Camacho López, investigador del Departamento de Óptica del CICESE y líder de Ventanas al Cerebro en México, comentó que tras obtener resultados positivos con los láseres para la eliminación de bacterias, indagarán el mecanismo detrás de su efectividad.

“Una de nuestras hipótesis es que la luz daña de manera selectiva las bacterias, por efectos que se conocen como ópticos no lineales”, expuso el miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

Mencionó que otra posibilidad que se explora es que la luz láser eleva la temperatura de manera muy localizada, a un nivel en el que ya no es posible la viabilidad de sus procesos metabólicos, provocando la muerte de las bacterias.

“También trabajamos muy de cerca con el grupo del doctor Guillermo Aguilar, en el estudio de los efectos bactericidas que tienen los láseres por sí mismos, o bien coadyuvados por la presencia de nanopartículas de diversos óxidos metálicos, ante bacterias típicamente presentes en las cirugías craneales”, precisó.

Para la explicación de este fenómeno, los investigadores del Departamento de Óptica contemplan entablar nuevas colaboraciones con especialistas de los Departamentos de Microbiología e Innovación Biomédica del CICESE, con el propósito de conocer el mecanismo y usarlo a favor de la plataforma biomédica en desarrollo.

UCR: experimentos in vivo 

De forma paralela, en la Universidad de California en Riverside (UCR), el doctor Guillermo Aguilar Mendoza, líder de Ventanas al Cerebro por la parte estadounidense, en colaboración con el doctor Devin Binder, neurocirujano y neurobiólogo, realiza experimentos in vivo para estudiar la reacción de animales a los que se les coloca un implante craneal.

Esquema del concepto ventana al cerebro. Imagen Cortesía.En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Guillermo Aguilar apuntó que los experimentos tienen algunos meses de haber iniciado y conllevan la práctica de craneotomías en ratones para colocarles el implante.

“Uno de los problemas que hemos tenido es que el implante con el transcurso del tiempo se mueve, entonces hemos tenido que desarrollar técnicas para asegurarnos de que quede bien sujeto al cráneo que lo rodea; también queremos ver si existe algún tipo de crecimiento de capas fibrosas que a largo plazo pudieran presentar un problema en cuanto a la transmisión de luz, todo eso estamos documentando”, precisó.

Indicó que también están analizando la posibilidad de que el hueso crezca alrededor del implante, situación que es deseable, siempre y cuando se dé en forma controlada.

“Los resultados son muy prometedores, los animales están sobreviviendo a la cirugía, comportándose de manera completamente normal posterior a ella y permanecen bien durante las semanas que hemos llevado a cabo el estudio, no hay indicio de infección o de reacción adversa al implante”, destacó el investigador. 

Avances en México y Estados Unidos

El doctor Guillermo Aguilar apuntó que en el área de materiales del proyecto, los doctores Javier Garay, de la Universidad de California en San Diego (UCSD), y Lorenzo Mangolini, de la UCR, en el último año del proyecto han trabajado en la síntesis del material del que está hecho el implante, variando el parámetro de cada uno de sus elementos para observar cómo cambian sus características globales.

Mencionó que el doctor Masaru Rao, también de la UCR, se concentra en el diseño de un marco de titanio en el que se coloque el implante, de tal forma que quede fijo y herméticamente cerrado.

“El marco de titanio se considera como una opción alterna a la posibilidad de que el hueso crezca alrededor del implante y genere un soporte y sello herméticos”, aclaró.

Añadió que el doctor Rao trabaja además en el desarrollo de microagujas capaces de difundir agentes de aclaramiento óptico dentro del cuero cabelludo, con la finalidad de lograr que la luz láser pase a través de él, sin necesidad de removerlo quirúrgicamente.

Reunión anual de 2016 del equipo de investigadores y estudiantes que participan en el proyecto. Imagen Cortesía.El investigador dio a conocer que la doctora Huinan Liu, especialista en biocompatibilidad, avanza en la generación de cultivos celulares directamente sobre el material del implante, para observar si las células proliferan y se reproducen normalmente y si habría algún tipo de rechazo o crecimiento direccional.

“Todo esto hace una plataforma de investigación bastante sólida y perfectamente multidisciplinaria: tenemos gente en ingeniería mecánica, ingeniería biomédica, ciencia de materiales, óptica”, destacó.

El doctor Santiago Camacho comentó que, por parte del Instituto de Investigaciones en Materiales de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), el doctor Juan Hernández ha avanzado en diseños de fibra óptica que se está considerando incorporar a la plataforma para llevar luz al implante craneal y distribuirla al tejido cerebral.

Agregó que desde el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), el doctor Rubén Ramos avanza en la investigación para generar imágenes de vasos sanguíneos profundos, con los que se podrá determinar la velocidad de flujo de la sangre e incluso, su nivel de oxigenación.

Colaboración binacional

El doctor Santiago Camacho puntualizó que los nueve grupos de investigación que participan en Ventanas al Cerebro —seis en Estados Unidos y tres en México— trabajan de manera colaborativa.

Ejemplificó que su grupo y el del doctor Javier Garay analizan si es posible optimizar las propiedades ópticas de transparencia y color del material del implante y las ventajas que representa para la plataforma biomédica.

Es por ello que para los líderes de Ventanas al Cerebro, los trabajos en desarrollo y los hallazgos alcanzados en apenas dos años, son prueba de la productividad de la colaboración binacional en la investigación científica y del crecimiento de un proyecto que cada vez suma a más estudiantes y expertos en ambos lados de la frontera.

Reunión anual de 2016 del equipo de investigadores y estudiantes que participan en el proyecto. Imagen Cortesía.

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