Ventana al cerebro: Óptica biomédica que desarrollan investigadores de BC y California

Científicos del CICESE y la Universidad de California Riverside (UCR) colaboran actualmente en un proyecto de óptica biomédica que abriría la puerta a la posibilidad de realizar tratamientos dirigidos con láser a través de un implante craneal que sirve como una ‘ventana al cerebro’.

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada

El proyecto inició con la creación de un material cerámico biocompatible por parte del equipo del doctor Javier Garay, adscrito a UCR, y cuyas aplicaciones biomédicas fueron desarrolladas por un investigador mexicano, el Dr. Guillermo Aguilar, también investigador de UCR, para crear, literalmente, una ‘ventana al cerebro’.

Esto permite usar el material en implantes craneales para poder observar directamente el tejido cerebral.

El material cerámico es zirconia estabilizado con yttria (YSZ, por sus siglas en inglés), el mismo usado en las coronas dentales, pero modificado para ser transparente.

“Cuando existe un trauma o accidente donde el paciente pierde parte del cráneo y hay que reconstruir, o en cirugías para remover tumores cancerígenos en el cerebro, existe la posibilidad de que al menos parte de ese cráneo reconstruido esté hecho de este material, de tal manera que exista esta ventana óptica para visualizar lo que está sucediendo con el tejido interno a largo plazo,” señaló Aguilar.

El material es 10 veces más resistente que el vidrio y su potencial es tal que pudiese aplicarse en escenarios que van desde terapia en casos de inflamación cerebral o desórdenes neurológicos, hasta estudiar el diagnóstico y progreso de tumores cancerígenos.

Santiago Camacho (izquierda) y Guillermo Aguilar (Foto: Cicese).
Santiago Camacho (izquierda) y Guillermo Aguilar (Foto: Cicese).

Los investigadores de UC Riverside realizaron el primer estudio en un animal pequeño para demostrar la viabilidad de este concepto de estos implantes transparentes, lo que les permitió visualizar las estructuras del cerebro de un ratón que no podríamos ver a través de cráneo natural, aunque aún hay que dedicar mucho tiempo de investigación para que esto pudiese resultar en una aplicación en seres humanos.

No obstante, el trabajo abre puerta para proyectos de ciencia básica y aplicada, en particular para el campo de la óptica aplicada a biomedicina, que es una de las líneas de investigación del Dr. Santiago Camacho López, investigador del Laboratorio de Láseres de Pulsos Ultracortos y procesamiento de Materiales, y quien es actualmente Jefe del Departamento de Óptica del CICESE.

El Dr. Camacho López contribuye en el proyecto con sus conocimientos sobre procesamiento de materiales con láseres de pulsos ultracortos y sus conocimientos en el campo de la óptica, con el fin de combinar la experiencia de las dos instituciones alrededor de este material en una serie de aplicaciones biomédicas con tecnología láser.

“La colaboración académica entre CICESE y UC Riverside en proyectos de investigación básica y aplicada empezó hace casi 10 años, y conforme ha pasado el tiempo hemos identificado problemas aplicados en los que podemos trabajar, y éste es uno de ellos, que está generando un volumen de conocimiento nuevo,” expresó Camacho López.

Una vez que se remueve parte del cráneo y se coloca una de estas ‘ventanas cerebrales’ para poder analizar el progreso de la enfermedad, la contribución de CICESE ha sido aportar el procesamiento láser de estas cerámicas para escribir guías de onda y así dirigir la luz a un punto específico del cerebro, explicó el Dr. Camacho López.

CICESE VENTANA CEREBRO 1

“Existe una posibilidad muy interesante de escribir estas guías de onda con los láseres de pulsos ultracortos (a nivel de femtosegundos) que tenemos en CICESE desde hace muchos años, la aplicación médica surge en coyuntura con una publicación conjunta con UCR donde demostramos que se pueden escribir guías de onda de una manera muy novedosa”, dijo el académico mexicano.

A través de la investigación del CICESE se demostró que es posible formar guías de onda con pulsos láser ultracortos en la cerámica YSZ, dando esto la posibilidad de tratar el tejido que está por debajo de la ‘ventana cerebral’.

La intención es agregarle esa característica óptica a este material de zirconia modificada, que esencialmente permitiría depositar luz láser de forma periódica en el tejido que está cubriendo este implante en forma poco invasiva, es decir, sin tener que estar abriendo y cerrando cráneos, ya sea para terapia o diagnóstico médico de algún tipo.

“Una guía de onda es similar a un tubo, digamos, que va a conducir la luz a un sitio de interés, lo que el láser de pulsos ultracortos nos permite es crear ese conducto para transportar la luz al sitio de interés, y esa luz que se puede usar en la terapia puede ser incluso la misma luz con la que escribes la guía de onda, o bien, puede utilizarse algún otro tipo de luz, ya sea de otro láser u otra fuente,” expuso Camacho López.

El proyecto fue financiado parcialmente con fondos de UC Riverside Chancellor’s Strategic Research Initiative y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) de México.