México y EU. abren una Ventana al Cerebro

Tonantzintla, Puebla. 7 de septiembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Ventana al Cerebro es un proyecto que desarrolla un implante craneal de cerámica transparente a base de zirconia. Esta innovación será una herramienta muy útil en la detección y tratamiento de lesiones cerebrales a través de métodos ópticos.


El proyecto binacional, llamado Síntesis de Materiales Ópticos para Bioaplicaciones: Investigación, Educación, Reclutamiento y Alcance (SOMBRERO, por sus siglas en inglés), también ha permitido incorporar en los últimos años a cerca de 50 estudiantes de posgrado y doctorado en el quehacer científico. 

El trabajo para Ventana al Cerebro no se realiza de forma aislada sino que hay colaboraciones entre los grupos multidisciplinarios que participan, de instituciones como el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), la Universidad de California en Riverside y la Universidad de California en San Diego, el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

“Somos un total de nueve investigadores principales en este proyecto, seis de la Universidad de California —Guillermo Aguilar (líder por la parte estadounidense), Javier Garay, Lorenzo Mangolini, Masaru Rao, Huinan Liu y David Binder— y tres de México — Juan Hernández Cordero, del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, Rubén Ramos García, del INAOE, y yo—”, explicó en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt el doctor Santiago Camacho López, del CICESE, líder del equipo mexicano.

El doctor Santiago Camacho añadió que, además de los investigadores principales y sus equipos, existen al menos 10 participantes tanto a nivel posdoctoral como investigadores consolidados, quienes se suman al trabajo y aportación de los estudiantes de maestría y doctorado que año con año se integran a este proyecto.

“Ventana al Cerebro incluye una constante colaboración de investigadores; por ejemplo, el trabajo que realizo en el CICESE y que tiene que ver con el procesamiento óptico de este cerámico se vincula muy de cerca con el grupo que hace el desarrollo del material, esto para optimizar las propiedades y características ópticas de la ventana, en función del procesamiento óptico que nosotros hacemos de este material; por eso la comunicación es constante, para retroalimentarnos entre unos y otros y así perfeccionar el desarrollo de este implante”, refirió el doctor Santiago Camacho.

Entre las disciplinas o áreas que participan en Ventanas al Cerebro están ingeniería biomédica, óptica, ciencia de materiales, neurociencias, ingeniería mecánica, biología, así como otras cinco subdisciplinas derivadas de estas ciencias.

La idea de este proyecto, concebida en 2010 y desarrollada en 2012, logró un financiamiento en 2015 a través de la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF, por sus siglas en inglés), de Estados Unidos, y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), de México, de casi seis millones de dólares.

“Queremos proporcionar a los neurocirujanos una posibilidad de hacer tanto diagnóstico como tratamiento no invasivo de lesiones cerebrales, sin tener que tocar físicamente el tejido cerebral, a través de este implante y de herramientas ópticas y luz láser, en caso de que exista un daño que tratar”, reiteró el doctor Santiago Camacho.

Formación multidisciplinaria

David Halaney es un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad de California que participa en el proyecto Ventana al Cerebro. Al igual que 50 estudiantes de posgrado y doctorado de más de siete disciplinas diferentes, colabora con investigadores de la UC que tienen como finalidad perfeccionar el implante que reemplazará secciones del cráneo para permitir el acceso visual al tejido cerebral.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, David Halaney recuerda que su participación en este proyecto ha sido progresiva, prácticamente desde que cursaba la carrera de biología. Al trabajar de cerca en este proyecto se perfiló su especialidad hacia ingeniería mecánica, destacando la importancia de la colaboración multidisciplinaria.

“La experiencia en este proyecto inició prácticamente desde que era estudiante de biología y ahora el trabajo se ha enfocado en las cirugías, con la finalidad de colocar el implante en ratones para llevar a cabo las pruebas de este material. He aprendido mucho y ahora en estos momentos colaboro con el neurocirujano David Binder y con el doctor Guillermo Aguilar, ellos asesoran mi trabajo al practicar las cirugías”.

David Halaney declaró que en las últimas pruebas se ha colocado el implante en 14 ratones que serán estudiados por ocho días a fin de realizar las observaciones y análisis pertinentes. En cuanto a la ubicación, refiere que el implante es colocado generalmente en la parte frontal del lado derecho.

La cerámica transparente

“Mi grupo se encarga de hacer los materiales en los que se basan los implantes, es decir, los cerámicos y la cualidad más destacada que les damos es que son transparentes, con la intención de que pueda pasar la luz y realizar los estudios biológicos y ópticos, entre otros”, declaró en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Javier Garay, de la Universidad de California en San Diego.

El investigador indicó que para este cerámico utilizaron zirconia, pero para darle la cualidad de transparente, a través de nanotecnología lograron que los defectos en el material fueran a escalas nanométricas.

“Todos los materiales tienen defectos, lo que hacemos es que los controlamos, tanto el tamaño como la cantidad se minimizan, lo que permite que el material pueda ser transparente y la luz pueda pasar”.

El doctor Javier Garay destacó que entre las propiedades de estos cerámicos destaca que son más biocompatibles, a diferencia del metal, el cual se va degradando en el cuerpo más rápido que la zirconia, la cual puede durar hasta 72 años.

Otra de las propiedades, detalló, es que es un material muy duro, con propiedades que pueden asemejarse a las del hueso, por ejemplo, a las del cráneo; si el paciente sufre un posible golpe en el lugar del implante, este no se fragmentará, algo que sí sucedería con un material como el vidrio.

“El trabajo con este tipo de cerámico fue iniciado hace poco más de 10 años y la participación en el proyecto de Ventana al Cerebro inició hace cinco años en coordinación con los doctores Guillermo Aguilar y Santiago Camacho, a ellos se les ocurrió que podríamos usarlo como una ventana, de ahí su nombre”.

Otras de las aplicaciones del implante, además de ser colocado de forma superficial en la cabeza, permitiendo el diagnóstico y monitoreo de lesiones cerebrales, se encuentran en diversas áreas tecnológicas como: ventana de alta temperatura, ventana óptica para aplicaciones láser, además de ser un material de uso en diseños aeroespaciales.

Con el doctor Javier Garay también participan ocho estudiantes de maestría y cuatro de posdoctorado.

Contribución del INAOE

Para el doctor Rubén Ramos García, del INAOE, Ventana al Cerebro destaca porque se podrá tratar y estudiar la evolución de enfermedades como el cáncer pero también fallas generales que se traducen en reducción de flujo sanguíneo, el cual podrá ser monitoreado sin necesidad de abrir al paciente, es decir, que con apoyo del dispositivo y con terapias basadas en la fotodinámica se puede ofrecer una alternativa no invasiva, además de que los efectos secundarios se reducirían considerablemente.

“Cuando uno manda luz láser, en particular a un tejido, y la luz regresa, lleva información de lo que se encontró en el camino. Nosotros nos dedicamos a traducir estos datos, a analizar la información que se obtiene. Asimismo, en la terapia fotodinámica se colocan medicamentos que son activados con láser y si no se ilumina el medicamento es inocuo para todo el medio ambiente en el que esté, pero si se ilumina con un láser de un apuntador, este medicamento se vuelve tóxico y puede matar células cancerígenas, sin afectar otras células y sin tener efectos secundarios como los que dejan las quimioterapias”, declaró en entrevista el doctor Ramos García.

El investigador agregó que las contribuciones que realiza el INAOE en este proyecto se enfocan en el área óptica a través de su trabajo coordinado con el doctor Julio César Ramírez San Juan, quien estudia el monitoreo del flujo sanguíneo y vasos sanguíneos profundos, así como el de la doctora Teresita Spezzia, que estudia la terapia fotodinámica como alternativa para eliminar virus, bacterias y células cancerígenas, usando láser de baja potencia.

Destacó también el grupo de estudiantes de maestría y doctorado que están involucrados en el proyecto, el cual, mencionó, representa una oportunidad para formar a nuevos investigadores a través de la participación activa de estudiantes de doctorado.

Finalmente, el doctor Ramos García aclaró que Ventana al Cerebro está en sus etapas iniciales y aunque ya se realizan pruebas en animales (ratones), aún falta perfeccionar el modelo para probar en seres humanos, sobre todo por los mecanismos de autorización por parte de los organismos nacionales e internacionales encargados de la regulación en materia de salud; sin embargo, el esfuerzo y trabajo continúa para lograr los objetivos.