Bio-Óptica, donde la luz y la vida se encuentran

La combinación Bio-Óptica, obviamente, tiene una traducción multidisciplinar. Por una parte, la Óptica, es la rama de la física que estudia el comportamiento y las propiedades de la “luz” en el rango Ultravioleta (UV), Visible (VIS) e Infrarrojo cercano (IR), incluyendo sus interacciones con la materia, así como la construcción de instrumentos que se sirven de la luz. Por otra parte, la palabra Bio es un término, referido a la Vida, estudiado en disciplinas como la Biología y la Biomedicina.

La luz se viene utilizando en el ámbito Bio desde hace muchísimos años. Basta pensar en el papel que han jugado los microscopios ópticos (¡qué hubiese hecho nuestro Premio Nobel Ramón y Cajal sin un microscopio!) y más tarde los confocales, en el ámbito de la exploración y concomimiento de células aisladas y tejidos biológicos, en el soporte en intervenciones quirúrgicas, en los diagnósticos en anatomía patológica, etc. Del mismo modo, los endoscopios, que permiten iluminar, a través de fibras ópticas, zonas del cuerpo con difícil acceso están siendo utilizados habitualmente en exploraciones e intervenciones en diferentes campos de la medicina como la cirugía, la traumatología, etc.

 

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Por otra parte, el hecho de que la luz pueda ser difundida o absorbida por los tejidos biológicos está siendo una herramienta poderosa en tratamientos diversos, como por ejemplo la terapia fotodinámica en el cáncer y en la degeneración macular en retina; los bisturís láser empleados en cirugía que evitan hemorragias cauterizando los tejidos; los láseres de excímero que son usados en oftalmología para la eliminación de tejido corneal mediante ablación, etc.

Una aplicación de muchísima actualidad es la utilización de la banda C (la más energética) de la radiación Ultravioleta (UVC) para la desinfección del SARS-COV-2. En este caso, la radiación UVC actúa sobre la estructura molecular del material genético del virus, es decir en su ARN, haciendo imposible su réplica y, por lo tanto, inhabilitando su capacidad de infectar. Obviamente, el tipo de daño producido por la UVC sobre el SARS-COV-2 es extrapolable a cualquier tipo de patógeno (bacterias, hongos, esporas, etc.) actuando bien sobre su ARN o ADN. Bastaría con adecuar la dosis (producto de la energía de UVC utilizada por el tiempo de exposición del patógeno a dicha radiación).

La aparición reciente de la nanotecnología ha permitido extender las aplicaciones del uso de la luz como herramienta no invasiva en el ámbito Bio. Por ejemplo, el análisis espectral de la luz transmitida por superficies metálicas nanoagujereadas sobre las que se han colocado células permitiría distinguir si éstas son tumorales o sanas. El hecho de que el procedimiento sea no invasivo permite que la célula detectada, aislada y recuperada, pueda ser analizada genética y molecularmente, con lo que ésto supone para el tratamiento individualizado de la célula tumoral y por extensión al paciente portador de la misma. Del mismo modo, bio-sensores basados en esta misma tecnología plasmónica son capaces de distinguir tejido tumoral del no tumoral en tiempo real. Esta identificación es de gran utilidad en las intervenciones llevadas a cabo por neurocirujanos para la eliminación del glioblastoma, que es uno de los tumores cerebrales más mortales en la actualidad y donde resulta muy complejo distinguir la malignidad del tejido en la frontera del tumor.

Existen más ámbitos en los que la luz, como herramienta, puede ser aprovechada para resolver problemas en el ámbito Bio. Un ejemplo es la utilidad de la radiación UVC en la industria alimenticia para la eliminación de patógenos o para la predicción del comportamiento del producto. Este tipo de aplicaciones y procedimientos permiten alargar la saludabilidad de los alimentos. Otra aplicación resulta del análisis colorimétrico de los alimentos frescos (carnes, pescados, vegetales), iluminados con lámparas de espectro conocido, que, por el cambio de color, nos indica, por ejemplo, el nivel de contaminación bacteriana de dichos alimentos o el momento idóneo de su recogida. Y por supuesto es de gran utilidad en procedimientos industriales tales como la homogenización de tostados o la detección de trazas.

 

En definitiva, la luz es un elemento purificador y estamos todavía a las puertas de descubrir su enorme potencial.

Francisco González

Director del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Cantabria

Asesor científico de la División Radiométrica de FOTOGLASS