Los grandes avances tanto en la física como en la tecnología han revolucionado nuestras vidas, y el campo de la medicina no es la excepción. Incluso el Premio Nobel de Medicina ha sido otorgado en dos ocasiones a físicos médicos por sus contribuciones fundamentales al avance de la medicina. La física médica, en el sentido más amplio, es la aplicación de los principios y herramientas de la física en la prevención, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades del ser humano. La física médica incluye, aunque no se limita, a las crecientes áreas de la física de la radioterapia y la física del diagnóstico por imágenes. Desde el descubrimiento de los rayos X (1905) y la radioactividad, se buscó su aplicación en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, y fue precisamente la introducción de la radiación ionizante a la medicina lo que propició que hoy en día encontremos a los físicos en los hospitales. Así pues, actualmente la física médica, no solo tiene una importante función en la investigación biológica y médica, sino que ya forma parte la asistencia médica y hospitalaria diaria.
Al presente se estima que casi la mitad de los nuevos casos de cáncer en todo el mundo serán tratados con radioterapia. La radioterapia es la aplicación de radiación ionizante de alta energía para la eliminación de las células cancerosas. La teleterapia es una de las modalidades de la radioterapia en la que la radiación se origina en el exterior del cuerpo del paciente, comúnmente en un acelerador lineal y es dirigida y focalizada al blanco de tratamiento. La radiocirugía esterotáctica puede considerarse como una modalidad de teleterapia de alta precisión, cuyo objetivo es la destrucción de una o más lesiones, depositando una alta dosis de radiación ionizante, sin la necesidad de realizar una incisión. Sin embargo, su uso en el sistema nervioso central se extiende más allá de las lesiones malignas, a incluso lesiones benignas, vasculares o funcionales. Su surgimiento fue posible gracias al desarrollo de dispositivos de localización de alta precisión y sistemas guiados por imágenes, que permiten la localización de las coordenadas del blanco de tratamiento con base en imágenes médicas, obtenidas tanto previamente al tratamiento como durante el mismo.
La radiocirugía tuvo su origen en la década de 1950 inicialmente para su uso en el sistema nervioso central y hoy en día sus principios de aplicación se han extendido a lesiones en el resto del cuerpo. En diciembre de 2002, se creó la Unidad de Radioneurocirugía en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía (INNN) de la Ciudad de México, donde se instaló uno de los aceleradores lineales más avanzados del mundo (acelerador lineal Novalis) dedicado exclusivamente para padecimientos neurológicos, fue el primero en su tipo en México y el primero en realizar tratamientos de lo que se conoce como intensidad modulada.
En 2012 tuve la fortuna de presentar una ponencia en el Tercer Congreso Nacional de Tecnología Aplicada a Ciencias de la Salud que se llevó a cabo en Tonantzintla, Puebla, sobre los trabajos que se realizaban entonces en el Laboratorio de Física Médica en conjunción con la Unidad de Radioneurocirugía del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía. Destacaba nuestra participación como físicos médicos en el desarrollo e investigación de procedimientos relacionados con la calibración y el control de calidad del acelerador lineal. Sin embargo, también se iniciaba con el diseño y estandarización de planes de tratamientos en animales de experimentación (roedores) empleando el acelerador lineal. Esto me permitió iniciar e impulsar la investigación en modelos animales en otra área: la radiobiología del sistema nervioso central.
La radiobiología busca comprender la acción de la radiación ionizante en los tejidos biológicos y los organismos vivos mediante la combinación de dos disciplinas: la física y la biología. Podría pensarse que después de más de 100 años desde que la radiación ionizante se comenzó a emplear en las aplicaciones médicas, hoy en día se comprenden a la perfección sus mecanismos de acción a nivel biológico; sin embargo, actualmente aún existen muchas preguntas sobre la cascada de eventos a nivel molecular, celular, tisular y conductual que ocurren cuando la radiación ionizante incide en ciertos tejidos. Por otro lado, aunque la radioterapia mejora la sobrevida de los pacientes, los efectos adversos que produce pueden afectar severamente la calidad de vida de los sobrevivientes a muy largo plazo. Es por eso que comenzamos a desarrollar líneas de investigación acerca de los efectos adversos de la radioterapia cerebral a largo plazo.
Para ello requerimos de diseñar modalidades de tratamiento en modelos animales. Particularmente en roedores hemos encontrado la expresión tardía de algunos marcadores de neuroinflamación que están presentes tras la radioterapia cerebral. Esto quiere decir que algunas regiones cerebrales pueden permanecer inflamados meses después del tratamiento. Creemos que algunas modificaciones conductuales como la somnolencia que se observa en algunos pacientes después de la radioterapia, y que pueden llegar a dormir hasta 20 horas seguidas, pudiera estar relacionada con esta neuroinflamación. Adicionalmente encontramos modificaciones en los potenciales evocados visuales en las ratas tras la exposición a la radiación, esto es, un retraso en la respuesta cerebral a un estímulo visual después del tratamiento.
En 2016 el acelerador líneal Novalis del INNN fue reemplazado por un acelerador lineal de última generación modelo TrueBeam STx marca Varian/BrainLab con una energía 6 MV capaz de trabajar con y sin filtro de aplanado. Esto no solo ha permitido reducir los tiempos de tratamiento, sino mejorar la precisión de los mismos gracias a que cuenta con diversas modalidades de verificación de la posición de la lesión o blanco, mediante imágenes del paciente que son adquiridas justo al momento del tratamiento. Esto también ha permitido que se mejore la precisión en los protocolos aplicados a modelos animales y que actualmente se cuente con muy diversos protocolos de investigación al respecto. Por ejemplo, actualmente podemos inhibir la neurogénesis en roedores (crecimiento de nuevas neuronas) empleando la radiación. Esto ha permitido a otros investigadores evaluar la participación de la neurogénesis en diversas conductas.
Por otro lado, hoy contamos con un colimador de 2 mm de diámetro que se construyó en colaboración con el Instituto de Física de la UNAM que nos permite irradiar regiones específicas del cerebro de un roedor para poder evaluar con mejor precisión los efectos de la radiación. Adicionalmente, contamos con un pequeño laboratorio dedicado a radiobiología en el cual se puede medir mediante pruebas de ELISA la expresión de diversas proteínas en el tejido cerebral de los roedores tras la exposición a la radiación. De esta manera estudiantes interesados, tanto en la parte de física como de biología, pueden desarrollar diferentes proyectos de titulación multidisciplinarios. Finalmente, empleando modelos animales y los recursos con los que se cuenta, actualmente tenemos planeado comenzar a explorar alternativas terapéuticas para mitigar los efectos secundarios de la radiación que se observan a largo plazo.
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https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/P1424_S_web.pdf
