9. COMPAMED Frühjahrsforum ofrece un adelanto de los temas de tendencia antes de la COMPAMED 2015

La luz ha sido durante muchos años una herramienta imprescindible en la medicina. Los procedimientos fotónicos son hoy en día indispensables en endoscopía, cirugía láser, sistemas Lab-on-a-Chip, optosensores biomédicos y otros campos. En este contexto, el 9º Foro de Primavera de COMPAMED (7 de mayo en Frankfurt am Main), organizado por la feria Düsseldorf junto con la asociación profesional Mikrotechnik IVAM, se celebró este año bajo el lema “Perspectiva luminosa para la tecnología médica – aplicaciones de fotónica para procedimientos de diagnóstico y terapia”, ofreciendo así una primera visión de las tendencias de COMPAMED 2015 en Düsseldorf. La feria especializada, líder internacional con más de 700 expositores, para proveedores de tecnología médica, se realizará del 16 al 19 de noviembre por primera vez en cuatro días completos en paralelo con la mayor feria médica mundial MEDICA 2015 (aproximadamente 4.800 expositores), y a partir de ahora siempre en los nuevos días de lunes a jueves.

Sobre todo, los campos de aplicación de los láseres modernos son cada vez más numerosos. Los láseres cortan con mucha más precisión que cualquier bisturí, además de poder soldar tejidos. También, para eliminar cálculos en el cuerpo, el haz de luz enfocado suele ser la herramienta preferida. En el corte y remoción de tejidos blandos, el láser supera a otras tecnologías como la electricidad o las ondas acústicas. La fotónica ha logrado avances significativos en cirugías mínimamente invasivas. La endoscopía, la visión del interior del cuerpo con instrumentos adecuados, se ha utilizado con éxito durante años y se sigue perfeccionando. La mejora constante de las fuentes de luz, la transmisión de luz y los sistemas de cámaras son factores decisivos para operar cada vez de manera más suave, rápida y precisa.

La medicina también deposita grandes esperanzas en la observación directa de las células. El objetivo es comprender y detectar procesos biológicos a nivel molecular o celular. Esto ofrece la oportunidad de detectar enfermedades en etapas tempranas, mejorar el diagnóstico y aplicar terapias más específicas, incluyendo métodos para la detección precoz del cáncer. Con el microscopio de fluorescencia, desarrollado por Stefan Hell, investigador del Max-Planck en Göttingen, la resolución ya es tan alta que se pueden ver moléculas individuales. Hell recibió el Premio Nobel de Química en 2014 junto con sus colegas estadounidenses Eric Betzig y William Moerner por sus trabajos revolucionarios en microscopía de fluorescencia de superresolución, un reconocimiento también a la “herramienta de la luz” en medicina.

No hay duda de que la biofotónica, las aplicaciones láser y la microóptica están ganando cada vez más terreno en la tecnología médica, ya que estos métodos son especialmente seguros y amigables para el paciente. En su conferencia magistral “Más allá de la luz blanca – Nuevas modalidades de imagen para mejorar diagnóstico y terapia en cirugía mínimamente invasiva”, Thorsten Jürgens, coordinador de desarrollo tecnológico en Olympus Surgical Technologies Europe, habló en el foro de primavera de COMPAMED sobre nuevos procedimientos de imagen que mejoran significativamente las posibilidades de la microcirugía. Con Narrow Band Imaging (NBI), por ejemplo, se pueden reconocer estructuras finas y patrones capilares en superficies mucosas. El tejido humano absorbe muy bien la luz de longitudes de onda cortas, que es la que se usa aquí. Esta propiedad la aprovecha con éxito NBI, proporcionando información adicional que no puede obtenerse con la imagen endoscópica normal. Un filtro genera dos espectros de 60 nanómetros de ancho en las longitudes de onda de 415 nm (luz azul) y 540 nm (luz verde). La característica de absorción de la hemoglobina aumenta el contraste de los vasos sanguíneos. Gracias a las diferentes profundidades de penetración de la luz azul y verde, se puede determinar la capa anatómica en la que discurre un vaso sanguíneo.

La diagnóstico fotodinámico (PDD), que puede detectar tumores específicos in vivo y ya se usa en dermatología y urología, también muestra gran promesa. Primero se aplica un sensibilizador fotofílico que se acumula selectivamente en las células tumorales o en su proximidad. Con la irradiación con luz, los tintes fluorescen y la luz emitida se detecta posteriormente. Se emplean fuentes de luz de xenón de banda ancha, de las cuales se extraen las longitudes de onda necesarias mediante filtros. En los últimos años, se han desarrollado tintes específicos y nuevos. “NBI y PDD ya se usan rutinariamente en la atención clínica. En el futuro, otros tintes permitirán marcar de manera específica estructuras de riesgo y enfermedades”, explica Thorsten Jürgens.

Nanosticks funcionalizados para la detección temprana del cáncer

El Instituto Austriaco de Tecnología (AIT) en Viena desarrolla varias plataformas fotónicas, siendo la mayor institución de investigación no universitaria en Austria. Participa en el proyecto NAMDIATREAM (Kits nanotecnológicos para diagnósticos de enfermedades multimodales y monitoreo del tratamiento), financiado por la UE, que busca contribuir a la detección temprana del cáncer basada en nanotecnología. El AIT, que posee una patente para diagnósticos inmunológicos innovadores, ha creado nanosticks de núcleo-capa funcionalizados, que son extremadamente sencillos de usar: “Ya en la ambulancia se pueden realizar mediciones con una muestra de saliva del paciente, que es el mejor medio para el uso en el punto de atención”, explica el Dr. Giorgio C. Mutinati del AIT. El método se basa en cambios ópticos en la dinámica de rotación de los nanosticks, que tienen un núcleo magnético y una capa de metal noble. Moléculas específicas de la muestra se unen a las nanopartículas y modifican de forma medible sus propiedades físicas. La técnica tiene muchas ventajas: requiere solo pequeñas cantidades de muestra, sin necesidad de preparación previa, la manipulación de “mezclar y medir” es sencilla y el tiempo de análisis es corto.

Los microsensores ópticos también están ganando terreno en la tecnología médica. El Instituto de Investigación CiS para microsensores ha desarrollado un sensor intraauricular que puede medir de forma no invasiva el pulso y el nivel de oxígeno en la sangre, transmitiendo los datos a un dispositivo de registro. El sistema para monitoreo prolongado de parámetros vitales consiste en una fuente de luz miniaturizada, de solo 0,6 x 0,7 x 1,4 milímetros, y en sensores láser Doppler. “El principio de medición se basa en que la luz láser dispersada por componentes sanguíneos experimenta un desplazamiento de frecuencia dependiente de la velocidad y dirección del flujo, según el efecto Doppler”, explica el Dr. Hans-Georg Ortlepp del CiS. La superposición con la onda original genera efectos de interferencia en el rango de frecuencias medible. Se busca colocar el sensor en la entrada del canal auditivo. La idea es integrarlo en una otoplastia, de modo que la unidad de medición pueda llevarse como un audífono.

Escuchar con luz

Ver gracias a la luz es algo habitual, pero escuchar mediante luz es un nuevo enfoque que persigue el centro CSEM de Suiza Central (Centre Suisse d’Électronique et de Microtechnique). La luz no solo se usa cada vez más en diagnóstico, sino también en terapia. Hasta ahora, los implantes cocleares funcionan mediante estimulación eléctrica, pero tienen limitaciones en aspectos como la baja resolución espacial, el llamado “sobreposicionamiento”. Con la estimulación “óptico-acústica”, el CSEM participa en el proyecto europeo ACTION (Implante activo para la mejora natural del sonido mediante optoacústica). “El objetivo es mejorar la audición en pacientes con pérdida auditiva severa, eliminando las limitaciones en la estimulación espacial y temporal de los implantes cocleares, que se basan en estimulación eléctrica”, destaca el Dr. Stefan Mohrdiek del CSEM. ACTION se basa en el descubrimiento de que la luz láser infrarroja pulsada puede activar la audición en las células ciliadas. Los componentes principales del microsistema óptico son láseres para estimulación óptica, preferentemente diodos láser de semiconductores, electrodos de respuesta y elementos de conexión flexibles con conductores eléctricos impresos. Aún hay muchos desafíos por superar antes de que estos sistemas puedan realizarse, incluyendo la miniaturización, láseres VCSEL avanzados para longitudes de onda largas, biocompatibilidad, fabricación de micro lentes en obleas y la posibilidad de producción en series pequeñas.

La radiación láser ya se emplea intensamente para diversos efectos terapéuticos, desde acupuntura hasta vaporización de tejidos y destrucción o disrupción (por ejemplo, en piel, cartílago y cálculos). Además, el haz de luz dirigido también se usa en terapia fotodinámica y coagulación térmica. Se logran efectos muy buenos con procedimientos que dispersan la luz a través de fibras ópticas laterales para iluminar áreas mayores. La tecnología de láser en Berlín (LMTB) desarrolla difusores rígidos y flexibles para la terapia láser. “Hemos establecido un nuevo proceso de fabricación para difusores poliméricos en los que se incorporan centros de dispersión inducidos por láser, llamados micro-dots, en el material del difusor”, informa el Dr. Jürgen Helfermann, gerente senior de proyectos en óptica biomédica en LMTB. Esto permite fabricar diferentes longitudes activas entre 5 y 30 milímetros, con una dispersión lateral de hasta el 90%. Las longitudes de onda van desde UV hasta infrarrojo cercano. Los difusores rígidos ya están establecidos, y las versiones flexibles están en desarrollo.

Cirugía láser con control en tiempo real

Las oportunidades que ofrece la cirugía láser con control en tiempo real mediante tomografía de coherencia óptica (OCT) fueron presentadas en el foro de primavera de COMPAMED por el Dr. Alexander Krüger del Centro Láser de Hannover (LZH). El láser para corte de tejidos puede conectarse directamente con el acceso óptico para la obtención de imágenes. La solución totalmente integrada utiliza láseres, escáneres y objetivos comunes. También existen versiones modulares integradas (con escáner común) y versiones en gran medida separadas. Los láseres de femtosegundo y excímeros son hoy en día instrumentos ampliamente utilizados en cirugía ocular. Permiten modificar de manera precisa el humor vítreo sin dañar la retina ni los nervios. Con láseres ultrarrápidos, hoy en día, es posible realizar tratamientos innovadores de cataratas, presbicia y retina, con la OCT como control directo. Se espera que en el futuro la terapia láser guiada por imágenes conquiste otras áreas, como la eliminación de tumores, la neurocirugía endoscópica, el corte óseo y las cirugías láser en la laringe.

“No hay duda de que el uso de la luz ofrece excelentes posibilidades en la tecnología médica”, resume el Dr. Thomas Dietrich, director de IVAM, las conclusiones del foro de primavera de COMPAMED. Por ello, este campo de temas tan diverso, que aporta tanto a diagnóstico como a terapia, jugará un papel importante en COMPAMED 2015, que tendrá lugar del 16 al 19 de noviembre en los pabellones 8a y 8b del recinto ferial de Düsseldorf.