Átomos que curan: Terapia con iones

Imagen de la primera imagen "médica" de rayos X por Wilhelm Röntgen (1845–1923) de la mano izquierda de su esposa Anna Bertha Ludwig

Imagen de la primera imagen “médica” de rayos X por Wilhelm Röntgen (1845–1923) de la mano izquierda de su esposa Anna Bertha Ludwig. (fuente: Wikipedia)

Antes del descubrimiento de las radiaciones ionizantes, es decir, partículas con energía suficiente para arrancar electrones de los átomos, los médicos disponían de pocos medios para tratar tumores. Tal era la necesidad de nuevas técnicas que, pocos meses después de que Röntgen descubriera los rayos X en Noviembre de 1895, estos ya se utilizaron para tratar lesiones de la piel, sin ningún control y con poco conocimiento de las características físicas y el efecto biológico de estos fotones energéticos. Tanta prisa venía de los propios pacientes, que se sentían abandonados con sus enfermedades incontroladas. Así pues, ya en 1896 los rayos X se usaron para tratar cáncer de pecho. En 1904 ya había artículos que hablan de la Radioterapia, del uso terapéutico de los rayos X y el Radio, elemento radioactivo descubierto por Marie Curie, en lo que se denominó Curie-terapia.

En retrospectiva, la falta de conocimiento de los efectos biológicos y los mecanismos de acción de los nuevos rayos hicieron más mal que bien, llevaron a numerosas muertes y un deficiente tratamiento de los cánceres. Sin embargo, poco a poco estas deficiencias se fueron solventando con investigaciones básicas en el campo de la Biología y de la Física. Miles de estudios sobre el efecto de la radiación sobre las células y el desarrollo de la Física Moderna (donde conviene resaltar la Cuántica, la Nuclear y el estudio de las partículas fundamentales) llenaron los huecos necesarios para hacer de la Radioterapia algo seguro y, por supuesto, efectivo.

Ciertamente, a principios del siglo XX no se tenían los controles éticos de hoy en día. El tratamiento con estas nuevas partículas empezó antes que una adecuada investigación de sus propiedades. Se produjeron muchos errores y los pacientes sufrieron daños innecesarios. Sin embargo, a medida que se iba teniendo más información, se pudieron diagnosticar y tratar diversos tipos de tumor con éxito. Pronto, el uso de rayos X, alfa y beta se convirtieron en tratamientos rutinarios para curar una gran variedad de tumores. Hoy en día estas técnicas están muy asentadas y extendidas por el globo, y millones de personas se pueden beneficiar de sus efectos.

A pesar de los logros alcanzados con la radioterapia convencional, en las últimas décadas la terapia con iones (donde englobo también los protones) ha atraído mucha atención, convirtiéndose en una interesante opción para tratar ciertos tipos de cánceres, ya que presenta numerosas ventajas frente a la terapia con rayos X o electrones. Esta terapia, ideada por 1946 Robert R. Wilson, se basa en lanzar protones o iones acelerados en ciclotrones o sincrotrones hacia los tumores.

Por supuesto, el objetivo de los médicos es concentrar la mayor cantidad de radiación en la zona a tratar, mientras que las zonas circundantes deberían recibir poca dosis. Esto es especialmente delicado cuando la zona a tratar está a suficiente profundidad o cuando se encuentra cerca de órganos sensibles, como la médula espinal.

Antes de que la partícula elegida para el tratamiento llegue al tumor, ésta debe viajar a través de la piel y los tejidos que rodean el objetivo. Los fotones son partículas especialmente penetrantes, ya que no tienen carga ni masa, y son capaces de depositar dosis en una amplia región. Sin embargo, la mayor parte de esta radiación se queda a escasos centímetros de la piel normalmente entre 0,5 y 3 cm dependiendo de la energía inicial. A partir de ahí va perdiendo energía gradualmente hasta que llega al blanco. Los electrones se comportan de forma similar, y esta propiedad se utiliza con éxito para el tratamiento de tumores superficiales.

Sin embargo, si el tumor es profundo, esta aproximación es muy poco eficiente, ya que irradia una gran cantidad de tejido sano (problema que se agudiza si hay un órgano vital cerca). Hay formas de mejorar la dosis en el tumor, como sumar rayos X desde diferentes ángulos para repartir la radiación depositada en tejidos sanos (la llamada iMRT o intensity-Modulated Radiation Therapy). Aun así, no es una solución ideal, porque, aunque repartida, la radiación se queda ahí, y puede causar cánceres secundarios derivados del tratamiento.

Energía liberada en función de la distancia atravesada para diferentes tipos de partículas

Dosis liberada en función de la distancia atravesada para diferentes tipos de partículas

Por el contrario, los iones (de los cuales principalmente se usan el protón y el ion de carbono) son partículas pesadas y cargadas, que pierden velocidad gradualmente al atravesar los tejidos. La peculiaridad que hace tan interesante a estas partículas es que, al entrar en el cuerpo, sólo depositan una pequeña cantidad de su energía. La dosis liberada aumenta poco a poco a medida que la partícula va frenando y penetrando en el cuerpo hasta que súbitamente crece formando un pico bien definido, provocado cuando el ion frena completamente por culpa de su interacción con los átomos del cuerpo. Este pico se conoce como pico de Bragg, en honor a su descubridor William Henry Bragg, premio Nobel de 1915 por sus estudios en cristalografía con rayos X.

Comparación de las dosis recibidas usando rayos X (izquierda) e iones de carbono (derecha).

Comparación de las dosis recibidas usando rayos X (izquierda) e iones de carbono (derecha). Los colores muestran la energía liberada por las partículas al viajar por el cuerpo. Para suministrar suficiente dosis al tumor (área morada), los rayos X deben irradiar a su vez los tejidos circundantes, mientras que los iones de carbono son más precisos.

Por su carga, los iones son partículas fáciles de acelerar y manipular con campos magnéticos. Por ello, el comportamiento del ion se puede conocer con detalle y podemos dirigir el pico de máxima dosis (pico de Bragg) a la zona del tumor. Después de liberar toda su energía, el ion deja de irradiar, por lo que la radiación se puede localizar en la zona del tumor con gran precisión, dejando las regiones sanas prácticamente intactas.

Esta alternativa es mucho menos invasiva que la radioterapia tradicional, y es un bonito ejemplo de la aplicación de la investigación básica en aceleradores y Física de partículas (como la que se realiza actualmente en el LHC del CERN, aunque mucho mucho menos energética, claro) para la Medicina.

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3 pensamientos en “Átomos que curan: Terapia con iones

  1. Excelente artículo. He aprendido a diferenciar los tipos de radiación que se usan en los tratamientos médicos. Esperemos que cada día, gracias a la investigación en ciencia y en medicina, los daños sean los menores posibles y los beneficios salven muchas más vidas. ¡Gracias!

  2. Pingback: Los casinos de Monte Carlo y la Física | La revolución de los Quanta

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