Ferenc Krausz, ganador del Nobel de Física: “Cada cáncer tiene una huella de luz infrarroja diferente” | Ciencia

Como el astronauta Neil Armstrong cuando plantó su pie izquierdo en la Luna, el físico húngaro Ferenc Krausz fue la primera persona en asomarse a un mundo desconocido: el de los electrones, las elusivas partículas que actúan como pegamento de toda la materia conocida. La noche del 10 al 11 de septiembre de 2001, alrededor de las cinco de la mañana, el equipo de Krausz logró producir pulsos de luz láser ultracortos, de 650 attosegundos: trillonésimas partes de un segundo. La humanidad disponía por primera vez de un flash tan fugaz que permitía fotografiar el movimiento de los electrones, pero el físico no tuvo tiempo de saborear su éxito. “Cuando regresé a la oficina al día siguiente, me encontré con las terribles imágenes del World Trade Center destruido por ataques terroristas”, recuerda por videoconferencia.

El científico húngaro, nacido en la localidad vinícola de Mór hace 61 años, ganó hace un mes el Premio Nobel de Física. Krausz es uno de los cuatro directores del prestigioso Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en Garching (Alemania). Allí, su grupo busca aplicaciones para esta cámara fotográfica de attosegundos. En febrero, tras ganar el Premio Fronteras de la Fundación BBVA, vaticinó cuál será la primera aplicación en el mundo real: detectar el cáncer en fases tan tempranas que será sencillo curarlo.

Pregunta. ¿Cómo pretenden detectar el cáncer tan pronto?

Respuesta. La tecnología de attosegundos se creó para captar el movimiento de los electrones en esta escala de tiempo, pero, en paralelo, también resultó ser muy útil para capturar otro fenómeno: las oscilaciones del campo eléctrico de la luz. Básicamente, cogemos un pulso muy corto de luz infrarroja y lo enfocamos a una muestra de sangre humana. O, más bien, de plasma sanguíneo, porque se han extraído las células, solo quedan moléculas. Ni siquiera es de color rojo, porque se han eliminado antes los glóbulos rojos. Tiene un color amarillento y contiene cientos de miles de moléculas diferentes. En medicina se sabe que, en un organismo saludable, la concentración de estas moléculas está en un rango muy estrecho. Algunas de ellas ya se utilizan en análisis de laboratorio rutinarios: te miden su concentración y la comparan con los rangos de referencia en personas sanas. Esto es muy útil, pero falla a la hora de brindar una imagen completa sobre tu estado de salud. Muchas enfermedades no tienen un biomarcador, o al menos no se han descubierto.

P. Todavía.

R. Por eso existe una gigantesca industria de investigación de biomarcadores. Las compañías farmacéuticas gastan miles de millones de euros cada año en buscar nuevos biomarcadores, con los que reconocer enfermedades lo antes posible y poder curarlas o, al menos, frenarlas. El ejemplo típico es el cáncer: quieres detectarlo lo antes posible, porque así tendrás más posibilidades de curarlo. Hay una enorme presión para encontrar nuevos biomarcadores que permitan un diagnóstico temprano, pero es como buscar una aguja en un pajar. Veamos el ejemplo de un biomarcador ya existente, el antígeno prostático específico (PSA), que se utiliza para detectar el cáncer de próstata. Su concentración también aumenta mucho con una simple inflamación en tu cuerpo, lo que demuestra que es un asunto problemático. Nosotros hemos elegido un enfoque completamente diferente. No queremos seleccionar moléculas individuales, sino que buscamos un método que pueda abordar todas las moléculas. Es como el músico que golpea un diapasón para afinar su instrumento. Cogemos pulsos cortos de luz infrarroja, que desempeñan el papel de mazo. La molécula es el diapasón. La golpeamos muy brevemente y empieza a vibrar. La molécula excitada no genera ondas de sonido, sino de luz infrarroja. Y la frecuencia de estas ondas infrarrojas es específica de cada molécula. Esa es la idea. Obtenemos muestras de sangre de personas sanas y de pacientes con una determinada enfermedad, por ejemplo, el cáncer de pulmón. Medimos e intentamos averiguar si el cáncer de pulmón crea un patrón específico en esta huella molecular infrarroja de la muestra de sangre. Y la respuesta es sí.

P. ¿Cómo de fiable es?

R. La señal es bastante significativa. Por eso creemos que hemos descubierto una forma muy prometedora de detectar el cáncer de pulmón. Y no solo en la fase 4 del tumor, cuando ya no hay oportunidades para salvarte, que es cuando se diagnostica ahora en la mayor parte de los casos. Esa etapa es básicamente una sentencia de muerte. La mitad de los diagnósticos de cáncer de pulmón en el mundo son en fase 4, así que cada año un millón de personas se entera de que solo les queda un año más de vida. El objetivo es detectar antes el tumor, en las fases 1 o 2, o al menos en la 3, cuando todavía no se ha diseminado por tu cerebro, tus huesos y por todo tu cuerpo. Con nuestro método, podemos detectar el cáncer de pulmón con una eficacia del 90% en la fase 4, del 75% en fase 2 y del 56% en fase 1. Todavía hay margen de mejora, pero vemos señales muy claras que nos permitirán optimizar el método. También hemos investigado otros siete tipos de cáncer, como el de mama, el de próstata, el de vejiga y el de colon. En todos ellos hemos podido detectar una huella de luz infrarroja muy distintiva.

P. ¿Cuándo podrían llegar las aplicaciones reales?

R. Queda mucho camino por recorrer. En primer lugar, hay que validar este método. Hasta ahora hemos realizado pruebas en 500 muestras de pacientes y en otras 1.000 de personas sanas. El método parece eficaz y prometedor, pero para llegar a las aplicaciones clínicas necesitas validarlo con muchos miles de muestras. Necesitaremos años para obtenerlas, porque la mayoría de los diagnósticos se hacen en la fase 4. La gente no va al médico antes porque no tiene síntomas. Y, si no hay diagnóstico, no hay muestras para validar nuestro método. Estamos montando una alianza con los principales centros hospitalarios de Alemania, para intentar obtener miles de muestras de pacientes con cáncer de pulmón. Necesitaremos otros cinco años o así.

Tenemos margen para mejorar 100.000 veces la potencia de los ordenadores

P. Cuando se habla de electrones, todo el mundo piensa en dispositivos electrónicos, pero los seres humanos también somos en parte electrones.

R. Sí, los electrones desempeñan un papel absolutamente crucial en nuestra vida, tanto la biológica como la tecnológica. Los electrones actúan como el pegamento que logra que los átomos formen moléculas. Y las moléculas, como las proteínas, son las unidades funcionales más pequeñas de cada ser vivo. Sabemos que cualquier cambio en la estructura de estos ladrillos básicos de la vida puede tener consecuencias muy graves, dando lugar a peligrosas enfermedades, como el cáncer. Y estos cambios en la estructura siempre implican el movimiento de electrones. Durante mucho tiempo, los químicos creyeron que los femtosegundos [milbillonésimas partes de un segundo, o sea mil veces más largos que un attosegundo] eran la más rápida de las escalas de tiempo relevantes para las moléculas. En esa escala, otras personas hicieron experimentos pioneros, como Ahmed Zewail, que ganó el Nobel de Química de 1999 por crear el campo de la femtoquímica. La gente creía que las escalas de tiempo más rápidas no eran relevantes, pero eso ha cambiado. Ahora sabemos que el movimiento de electrones en la ultrarrápida escala de los attosegundos puede predeterminar las reacciones que ocurrirán después y qué enlaces químicos se romperán o se transformarán para dar lugar a una nueva estructura. Así ha surgido el campo de la attoquímica.

P. ¿Cree que habrá aplicaciones tecnológicas?

R. Sabemos que dependemos de los dispositivos que utilizamos cada día, como los ordenadores portátiles gracias a los cuales estamos teniendo esta conversación. La velocidad a la que podemos encender y apagar la corriente eléctrica ha estado estancada durante casi dos décadas. Esta velocidad es de unos 10 gigahercios: son 10.000 millones de veces por segundo que podemos apagar y encender la corriente eléctrica en los chips actuales integrados en nuestros teléfonos móviles y ordenadores. Esto es una potencia enorme, pero hay una demanda constante de mayor capacidad para ejecutar cálculos cada vez más rápidos. Por ejemplo, incluso los actuales superordenadores son incapaces de predecir fenómenos tan complejos como los terremotos. Obviamente, existe una necesidad de aumentar la potencia.

P. ¿Cómo?

R. Hay dos posibilidades para lograrlo: una es conseguir una mayor miniaturización, para poder integrar incluso más transistores en el mismo volumen, pero esta posibilidad está llegando a sus límites, porque ya estamos alcanzando nanocircuitos en el rango de los 10 nanómetros. No queda mucho para llegar a las dimensiones atómicas, y es difícil imaginar cómo un único átomo podría formar un transistor. Así que la única dimensión que queda es la cuarta dimensión: el tiempo. Hemos utilizado la tecnología de attosegundos para explorar cuál es el potencial disponible por esta vía. El año pasado publicamos que, en condiciones de laboratorio, podemos encender o apagar la corriente con el campo eléctrico de la luz visible, que oscila arriba y abajo unas 100.000 veces más que las microondas que apagan y encienden la corriente en la electrónica actual. Así que tenemos margen para mejorar 100.000 veces.

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