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25/6/11 - DJ:

Mirar las estrellas para curar el cáncer

T.E.L: 5 min. 4 seg.


La investigación astronómica de los cuerpos celestes podría tener un impacto en el estudio del cuerpo humano, en especial en los tratamientos del cáncer.


Astrónomos de la Universidad de Ohio trabajan con físicos médicos y oncólogos para desarrollar una nueva terapia de radiación que sea más dura con los tumores, pero más gentiles con los tejidos humanos.

Al estudiar cómo los elementos químicos emiten y absorben radiación dentro de las estrellas y alrededor de agujeros negros, los astrónomos descubrieron que los elementos pesados, como el hierro, emiten electrones de baja energía cuando se exponen a rayos-X de energías específicas.

Su hallazgo brinda la posibilidad de realizar implantes a partir de elementos pesados que podrían permitir a los médicos eliminar tumores con electrones de baja energía, mientras se expone el tejido sano a la menor radiación posible. Esto también podría usarse para el diagnóstico por imágenes.

En el Simposio Internacional en Espectrocopía Molecular realizado en la Universidad de Ohio, este viernes 24, la investigadora Sultana Nahar anunció las simulaciones de su equipo de elementos como oro y platino y el diseño de un dispositivo prototipo que genera rayos-X a frecuencias clave.

Sus simulaciones sugieren que al exponer a un átomo de oro o platino con una dosis de rayos-X a un rango estrecho de frecuencias, se produce un flujo de más de 20 electrones de baja energía.

"Como astrónomos aplicamos física básica y química para entender qué ocurre en las estrellas. Estamos emocionados de aplicar el mismo conocimiento a un potencial tratamiento del cáncer", señaló Nahar.

"Creemos que nanopartículas embebidas en tumores pueden absorber rayos-X eficientemente a frecuencias particulares, resultando en eyecciones de electrones que pueden matar a las células dañinas", continuó Sultana Nurun Nahar doctora en teoría atómica oriunda de Bangladesh (o Bangladés), fellow de la APS, miembro del departamento de astronomía de la Universidad de Ohio, afiliada a la IAU en la comisión 14.

Nahar y Anil Pradhan, profesor de astronomía de Ohio, descubrieron que frecuencias particulares de rayos-X causan que los electrones en átomos de elementos pesados vibren y se liberen de sus órbitas alrededor del núcleo creando un gas cargado eléctricamente, o plasma, alrededor de átomos en la escala nanométrica. Es por eso que apodaron el concepto médico como Resonant Nano-Plasma Theranostics (RNPT). La última palabra es una fusión de tratamiento y diagnóstico, algo así como Tratanóstico de resonancia de nano-plasma.

Los físicos saben hace mucho que los electrones orbitan los núcleos de los átomos a diferentes distancias, algunos más cerca y otros más lejos del núcleo. Cuando se pierde un electrón en una órbita cercana al núcleo, un electrón más alejado cae a ese lugar vacío, lo que libera energía. Este "efecto Auger" fue descubierto a principios del siglo pasado, en la década de 1920.
Usualmente la energía es suficiente como para arrancar a un segundo electrón, llamado electrón Auger. El mismo proceso podría resultar en la emisión de partículas de luz (fotones) a energías o frecuencias específicas, la principal de las cuales se llaman rayos-X k-alfa.

Los astrónomos piensan que las frecuencias de estos rayos-X quitan a los electrones cercanos al núcleo de elementos pesados como el platino, generando que muchos electrones más alejados caigan y muchos más sean expulsados. Estos electrones Auger libres son de baja energía, pero en gran número, y podrían bombardear a las células dañinas y romper su ADN.

Además podría usarse en el diagnóstico por imágenes como la tomografía computada que suelen generar rayos-X, pero que con la técnica RNPT reducirían la exposición del paciente a la radiación.

La función del dispositivo prototipo creado, que necesitará de mayor desarrollo, es probar en estos primeros experimentos que el efecto Auger se puede usar para llevar radiación de rayos-X de frecuencias específicas a nanopartículas de elementos pesados embebidas en tejido muerto para diagnóstico y terapia.

El oro y el platino son los primeros dos elementos que el equipo está estudiando en detalle para aplicar esta metodología. Ambos metales son seguros de usar en el cuerpo, aseguran y el platino ya se usa en quimioterapia.

La aplicación astrofísica-médica fue posible gracias a la colaboración del físico médico Yan Yu de la Universidad Thomas Jefferson.

Al mismo tiempo, Nahar y Pradhan esperan ayudar a los astrónomos a determinar con mayor precisión de qué está hecho nuestro Sol y las demás estrellas al estudiar la abundancia química estelar. Usan para tal fin el Centro de Supercomputación de Ohio para realizar simulaciones computacionales. Allá por 2006 reproducía aquí una noticia al respecto: Supercomputadoras para estudiar átomos relacionados con agujeros negros.

También han realizado simulaciones de la absorción de radiación por átomos de elementos pesados, como el hierro. Este elemento juega un rol clave en el control del flujo de radiación en las estrellas, pero también es observado en algunos entornos de agujeros negros, donde los rayos-X K-alfa pueden ser detectados desde la Tierra. Quizás por eso a Naran la llaman "la Dama de Hierro" (1).

"Allí fue cuando nos dimos cuenta que las implicaciones iban más allá de la astrofísica atómica", comentó Pradhan.

La utilidad de la astrofísica
En este blog comenzamos hace un tiempo a plantear una pregunta urticante: ¿Para qué SIRVE la astrofísica? A quien le agrada la ciencia en general y la astronomía y física en particular, le parecerá molesta la pregunta, pero debe poder responderse con argumentos sólidos. De lo contrario estamos ante un problema.
Hay varias formas de responder a esa pregunta, pero muchas veces se utilizan argumentos débiles o planteos abstractos. Una parte de esos argumentos, los más generales y quizás los de fondo, vinculados con las ciencias básicas, no los he expuesto aquí, todavía.
Por el contrario, mi intención es primero dar cuenta de ejemplos concretos de transferencia de conocimiento y tecnología. Es un argumento muchas veces esgrimido, pero no tantas veces ejemplificado.
En este caso tenemos a físicos que estudian por ejemplo las abundancias químicas de las estrellas con fines astronómicos vinculados, de fondo, con el ansia de saber.
Para eso, necesariamente hay un expendio económico en la utilización de instrumentos y recursos informáticos. Eso NO tiene un efecto directo en la calidad de vida de las personas.
Sin embargo, con algo de serendipia mediante, son muchos los ejemplos, como este, en los que un hallazgo en una disciplina científica tiene implicancias en otra que sí tenga un contacto más directo con la vida ciudadana.
Empero, debe considerarse que lo narrado aquí es algo en desarrollo que seguramente no tendrá una aplicación práctica inmediata.

Si al lector se le ocurren otros ejemplos de transferencia de conocimiento/tecnología en relación a la astronomía/astrofísica, no deje de hacérmelo saber.

Fuentes y links relacionados



Sobre las imágenes

  • Imagen compuesta por foto de Sultana Nahar e imagen de NASA/ESA, del OSC.


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