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Louis Pasteur usa el microscopio como herramienta central |
La Biofotónica es un término utilizado recientemente en el ámbito mundial para describir el uso de láseres y óptica en biología y medicina, así como el uso de materiales biológicos en aplicaciones optoelectrónicas. Es otra manera de llamar a las aplicaciones de la óptica en ingeniería biomédica y biotecnología, y la retroalimentación de éstos para concebir desarrollos tecnológicos basados en sistemas que se encuentran en la naturaleza, por ejemplo generar dispositivos y modelos aplicados en comunicaciones.
La combinación sin paralelo de alta resolución, sensitividad y capacidad espectral de las técnicas de la fotónica (campo de la tecnología encargado de generar y controlar la luz y otras formas de energía radiante cuya unidad cuántica es el fotón) proveen una poderosa herramienta en biomedicina y biotecnología para visualizar, medir, analizar y manipular células basadas en el estudio y aprovechamiento de la relación de radiación electromagnética con sistemas vivos y la comunicación biofísica entre diferentes sistemas. El estudio de esta área interdisciplinaria permite innovar en uno de los campos asociados usando las técnicas desarrolladas en otro de los campos.
Es una tarea que requiere la formación de profesionales de alto nivel en los campos de la química, física, ingeniería química, ingenierías eléctrica y electrónica, medicina y biología, capaces de comprender las técnicas relacionadas, interrelacionarse, desarrollar y proponer nuevas maneras de incorporar el conocimiento para obtener la mejor combinación de procedimientos. Este campo engloba a varias disciplinas, por ejemplo: la óptica en la física médica, microscopías electrónica y óptica.
Las técnicas biofotónicas se usan para hacer diagnóstico no-invasivo y monitoreo para la detección de enfermedades. Entre los desarrollos más conocidos están los endoscopios, monitores “ópticos” de glucosa para personas con diabetes, microscopía tridimensional de sistemas celulares y biosensores. Los principales beneficiados de estas técnicas son el sector salud, generando nuevas maneras de hacer diagnóstico y proponer terapias, con subproductos importantes en la biología, biotecnología y la ingeniería química.
Para lograr el control de los procesos en los biosistemas se pueden extender los avances en la tecnología desarrollados hasta el momento y resolver los problemas que se vayan presentando al avanzar en el conocimiento, o de manera más atractiva, el observar los procesos que se dan en la naturaleza y reproducir sus funciones para hacer que los sistemas realicen las funciones que nosotros queremos. El aprovechamiento y estudio de la relación de radiación electromagnética con sistemas vivos y la comunicación biofísica entre ellos provee una poderosa herramienta para visualizar, analizar y manipular células y moléculas en biomedicina y biotecnología.
A partir del descubrimiento del láser por Maiman en 1960, en la óptica surge una transformación al permitir interactuar con la materia de manera más eficiente y dar lugar al campo de la fotónica. A partir de mediados de los 80 se obtuvieron pulsos de luz suficientemente intensos y rápidos a manera de observar los procesos en la naturaleza y comprender su funcionamiento. De manera simultánea el desarrollo de los semiconductores permitió la innovación de mejores detectores.
De manera notable, usando los principios involucrados, se han desarrollado técnicas de manejo de pequeñas partículas, conocidos como pinzas ópticas, donde la luz atrapa y controla el movimiento de partículas tan pequeñas como una micra, y el desarrollo de trampas de átomos para generar haces de átomos coherentes. Este último permitió lograr recientemente un nuevo estado de la materia: la condensación de Bose-Einstein. Estas técnicas permiten manipular pequeñas partículas para escribir y controlar la materia a escalas atómicas y en tiempos tan cortos como el movimiento de los electrones.
Asimismo, estas técnicas nos permiten hoy día realizar estudios detallados, entre otros, de la materia viva y generar desarrollos en la medicina moderna sin paralelo. Estos avances han sido hechos en diversos lugares del mundo en los últimos 10 años. Más aún, en los últimos años han surgido revistas especializadas que tratan exclusivamente de este tema (Biophotonics Internacional, Laurin Publishing Co. ISSN-1081-8693)
Podemos mencionar algunas de las técnicas que se engloban en la biofotónica:
· Visualización de células y de tejido.
· Nuevas modalidades de terapia para el
cáncer (terapia fotodinámica).
· Microscopia confocal de uno y dos
fotones.
· Tomografía óptica coherente.
· Microscopia de campo cercano.
· Microscopia óptica de tunelaje.
· Visualización de dentina y uso de nue
vos adhesivos dentales.
· Mecanismos celulares de quimioterapia.
· Desarrollo de láseres para oftalmología
y aplicaciones estéticas.
· Desarrollo de diagnósticos ópticos para
aplicaciones médicas y dentales.
· Espectroscopia de diagnóstico.
· Microburbujas intravasculares como
conductores de oxígeno.
Varias de estas técnicas han empezado a ser usadas en los hospitales de nuestro país en la última década con excelentes resultados.
El estudio de la biofotónica requiere de profesionales a nivel de postgrado en las áreas mencionadas: química, física, ingeniería química, ingenierías eléctrica y electrónica, medicina y biología capaces de comprender las técnicas relacionadas, interrelacionarse, desarrollar y proponer nuevas maneras de combinar el conocimiento para obtener la mejor combinación de procedimientos. Además de capacitar a profesionistas a nivel de licenciatura a manera de que sean capaces de utilizar las técnicas que se desarrollen y finalmente capacitar a técnicos en el uso, construcción y manejo de los aparatos involucrados, particularmente láseres e instrumentos ópticos (microscopios, cámaras).
Además, se puede concebir el desarrollo de sistemas particulares, complementando a la ingeniería de sistemas biológicos, observando la firma espectral característica de absorción y emisión de luz para diseñar y construir sistemas de monitoreo a nivel subcelular, endoscopia, sistemas miniaturizados de cirugía y microscopia tridimensional de sistemas celulares y biosensores. Para lograr esto se requiere de nuevos métodos para sensar y observar la “débil luz” generada por sustancias biológicas (biofotones) en la región visible e infrarrojo cercano, lo cual permite medir las funciones metabólicas y defensivas de los sistemas vivos. Esto permite modelar y caracterizar nuevas fuentes de luz, detectores de luz y visualización, entre otras. Esto es todavía un reto en el ámbito mundial donde aún con los avances logrados, la tecnología no ha logrado la resolución necesaria para llegar a las últimas respuestas.
Los procedimientos mencionados pueden ser usados no solamente en el campo de la medicina, sino también en la biología para tener un impacto fundamental en el sector agropecuario y de calidad del ambiente.
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