¿Sabes qué tienen en común la vacuna de AstraZeneca, una radiografía y un TAC?

Cada 7 de noviembre se celebra el Día Internacional de la Física Médica, un día que coincide con el del nacimiento de la prestigiosa Marie Curie, la primera mujer científica en recibir el Premio Nobel de Física en 1903 por sus investigaciones sobre la radioactividad y sus aplicaciones en la medicina, y años más tarde, en 1911, ganó el Premio Nobel de Química por sus hallazgos sobre el uso de la radioterapia como tratamiento frente el cáncer.

Esos trabajos marcaron un hito sin precedentes para la ciencia en general y para la medicina en particular, pero también socialmente al reconocer los logros de una mujer en un campo (la investigación) cerrado a ellas. Más de un siglo después, todos los que vivimos en países desarrollados conocemos (por lo menos de oídas) los rayos X, la ecografía o el TAC, entre otras técnicas de imagen, y todas ellas son, de alguna manera, herederas de los estudios de Marie Curie.

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La física Beatriz M. Pabón, profesora en el doble grado en Ingeniería del Software y Física Computacional en el Centro Universitario U-tad, destaca el papel fundamental que tienen los físicos en determinadas ramas de la medicina, y la importancia de esta disciplina, ya que una gran diversidad de las pruebas diagnósticas actuales se sustentan en diferentes campos, como la física nuclear (y la radioactividad) o la física computacional (utiliza la potencia de los ordenadores para simular, mediante cálculos, el comportamiento de sistemas físicos, lo que permite estudiarlos sin necesidad de realizar experimentos reales, muy complicados, y a veces imposibles de hacer en la práctica).

¿Para qué se utiliza física computacional?

Pabón enumera las contribuciones más recientes y destacadas de la física computacional en el ámbito de la medicina:

• Modelización y desarrollo de las vacunas frente al covid-19: a través de la modelización se genera un modelo de propagación de virus biológicos donde se estudian los datos, se extraen parámetros para hacer un modelo físico y computacionalmente se simulan. Posteriormente, mediante el uso de modelos físicos en 3D y el análisis de la estructura física del virus, se han diseñado las moléculas que intervienen en la solución a inocular. La vacuna de Oxford-AstraZeneca se ha desarrollado a partir de la generación de ciertas moléculas usando un sincrotrón (un acelerador de partículas).

• Creación de gemelos digitales: con la ayuda de estos gemelos digitales (versiones virtuales de objetos, procesos o personas), los médicos son capaces de conocer nuestro estado de salud en cada momento, predecir enfermedades, incluso antes de que se manifiesten, y por tanto, evitarlas. Además, también sirven de entrenamiento a los cirujanos, ya que les ayuda a realizar determinadas operaciones, sin la necesidad de tener que utilizar un cadáver.
• Diseño de nuevos fármacos: los métodos computacionales ayudan de forma significativa al desarrollo de medicamentos que se encuentran actualmente en uso clínico, ya que permiten codificar con precisión modelos teóricos y son capaces de procesar grandes cantidades de información. Estas simulaciones contribuyen a entender los mecanismos de acción de los principios activos de los medicamentos, así como a mejorar las propiedades de los mismos.

Viejos conocidos

“Pero antes de la incorporación de la física computacional en la medicina, otras aportaciones de la física nuclear ya llevan años presentes en nuestro sistema nacional de salud (SNS), y seguro que todos hemos experimentado en primera persona sus aplicaciones”, advierte la profesora, que desvela cuáles son las principales pruebas de las que habla:

• Radiografía: se utiliza normalmente para obtener una imagen de los huesos. Se basa en la exposición del paciente a una fuente de radiación de alta energía, normalmente rayos X.
• Tomografía axial computerizada (TAC): se introduce al usuario en un tubo hueco que permite que los rayos X roten alrededor del cuerpo y se obtengan una serie de imágenes en 2D (radiografías) desde distintas perspectivas, de forma que se pueden apilar para crear una imagen en tres dimensiones.
• Tomografía por emisión de positrones (PET): es una técnica análoga al TAC, aunque con la principal diferencia de que se inyecta el radiofármaco de forma intravenosa en la persona, resultando una potente herramienta para estudiar la actividad metabólica.
• Gammagrafía: consiste en la administración de un marcador radioactivo o trazador. Según el marcador elegido, este puede tender a fijarse en un determinado lugar del cuerpo o en una zona concreta, solo si está dañada o existe en ella alguna enfermedad.

Tanto por estudiar y descubrir...

Existen también otras pruebas diagnósticas en las que los fenómenos relacionados con otras ramas de la física -distintas de la física nuclear- son esenciales:

• Resonancia magnética: se basa en la aplicación de fundamentos electromagnéticos para la obtención de imágenes detalladas de órganos y tejidos blandos. La unión de las imágenes bidimensionales de las distintas capas permite crear una imagen tridimensional de la zona.
• Ecografía: esta técnica se basa en el empleo de ultrasonidos para crear imágenes bidimensionales o tridimensionales. Un tipo particular de ecografía es la ecografía Doppler, para estudiar el movimiento de fluidos como el de la sangre dentro de los vasos sanguíneos.

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Beatriz Pabón insiste en el fácil acceso a estas tecnologías biomédicas que existe en los países desarrollados, aunque “la pandemia ha puesto de manifiesto, más si cabe, la importancia de apostar por la formación, la investigación y el desarrollo en materia científica para hacer frente tanto a nuevas enfermedades y patologías”. Pero, además, son imprescindibles “para lograr una cura definitiva frente a enfermedades muy presentes en nuestras sociedades como el cáncer, la diabetes, la leucemia y las enfermedades raras, entre muchas otras”.