Durante un procedimiento conocido como litotricia láser, los urólogos utilizan un pequeño láser guiado por vídeo para fragmentar los cálculos renales dolorosos y potencialmente dañinos. Lo ideal es que los urólogos puedan pulverizar los cálculos lo máximo posible para el paciente, de modo que se puedan aspirar con seguridad. Sin embargo, el uso de láseres más potentes genera calor adicional que puede dañar el tejido circundante y perjudicar al paciente.
“Obviamente, no conviene sobrecargar los riñones con energía , ya que eso es muy peligroso”, afirmó Po-Chun Hsu, profesor adjunto de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago (UChicago PME). “Lo que demostramos en nuestro trabajo es una forma de utilizar mejor la energía láser que ya se está empleando”.
Hsu es coautor de un nuevo artículo publicado en Advanced Science, fruto de la colaboración entre ingenieros y médicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chicago y la Universidad de Duke, quienes han desarrollado un método pionero para mejorar la eficacia de los láseres en el tratamiento de cálculos renales sin necesidad de modificar los láseres. Este trabajo podría traducirse en cirugías más cortas, recuperaciones más rápidas y una menor recurrencia de esta enfermedad, que afecta al 11% de los estadounidenses y que, tan solo en el año 2000, incrementó el gasto sanitario nacional en más de 2000 millones de dólares.
“Este es un ejemplo clásico de cómo conectar los puntos puede crear algo transformador”, dijo Hsu, cuya investigación se centra principalmente en materiales de construcción y tejidos reflectantes del calor.
El coautor Michael Lipkin, urólogo de Duke Health, describió la colaboración entre ingenieros y médicos como una oportunidad para ambos.
“Como profesional clínico, es una gran oportunidad poder colaborar con investigadores de renombre mundial para abordar un problema que beneficia directamente a nuestros pacientes”, afirmó Lipkin. “Este tipo de colaboraciones son un caldo de cultivo para grandes ideas que transforman el mundo”.
Una solución en solución
Para mejorar el rendimiento de un láser sin alterar el láser en sí, el equipo interdisciplinario requería una solución innovadora: una solución salina innovadora.
Los médicos utilizan solución salina (agua ligeramente salada) para distender la cavidad renal y mantener la visibilidad durante el procedimiento. Gran parte de la energía del láser se disipa normalmente en la solución salina en forma de calor. Los investigadores descubrieron que al añadir nanopartículas oscuras que absorben las longitudes de onda del láser a esta solución salina, el láser se mantiene enfocado en el cálculo, en lugar de reflejarse o dispersarse. Esto mejora la cantidad de energía láser que se transmite a los cálculos renales y que estos absorben, una característica que muchos creían que no se podía manipular fácilmente, dijo el autor correspondiente, el profesor Pei Zhong, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Duke.
“Cada láser tiene su propia longitud de onda inherente, determinada por la tecnología con la que fue generado. Se pensaba: “Si la longitud de onda es fija, no se puede modificar la absorción del láser en el fluido de trabajo ni en el cálculo que se está tratando”, explicó Zhong. “El nanofluido aporta una nueva dimensión, independiente de la composición del cálculo y del láser, que puede influir en este procedimiento físico tan complejo”.
Pero no todos los nanofluidos son apropiados para un procedimiento médico, dijo el primer autor Qingsong Fan, investigador postdoctoral en UChicago PME.
“En primer lugar, la solución debe absorber la luz en las longitudes de onda del láser, que rondan los 2000 nanómetros o dos micrómetros”, explicó Fan. “El segundo criterio es que las nanopartículas se dispersen bien en agua, ya que así es como irrigamos el riñón. Y el tercero —y el más importante— es que sea segura”.
Las pruebas con cálculos renales cultivados en laboratorio revelaron que el equipo alcanzó los tres objetivos. El nanofluido mejoró la eficiencia de la ablación de cálculos entre un 38% y un 727% en el tratamiento localizado y entre un 26% y un 75% en el tratamiento de escaneo. La inmersión de células vivas en el nanofluido durante periodos de hasta 24 horas demostró que la eficaz solución de nanopartículas también era no tóxica y segura.
En la práctica, sin embargo, este material nunca estará en contacto con las células durante tanto tiempo. La litotricia es un procedimiento ambulatorio que dura unos 30 minutos. Hsu espera que, al mejorar la eficiencia de absorción, se pueda reducir ese tiempo a 10 minutos.
“Si se pasa demasiado tiempo en esta cirugía, se acumulará el calor residual del láser, y eso en realidad será más dañino que la ablación en sí”, dijo Hsu.
Diferentes piedras, diferentes láseres
El estudio se centró en los láseres de holmio-granate de itrio y aluminio (Ho-YAG) y en cálculos renales cultivados en laboratorio. El láser Ho-YAG, considerado el método de referencia para la litotricia láser, es con diferencia el tipo de láser más común, aunque no el único.
“Algunos láseres funcionan bien en la pulverización, otros en la fragmentación, pero ningún láser puede tener un rendimiento excepcional tanto en la pulverización como en la fragmentación”, afirmó Zhong. “A menos que se trabaje en un hospital importante como la Universidad de Chicago o Duke, los médicos de la comunidad podrían no poder permitirse varios láseres. El nanofluido tiene el potencial de mejorar el rendimiento de cada láser en diferentes escenarios clínicos”.
Los próximos pasos incluyen pruebas para comprobar cómo funciona su nueva técnica utilizando otros láseres de litotricia comunes y cómo afecta a los cálculos renales reales, en lugar de a los creados en laboratorio.
La coautora Christine Payne, presidenta Donald M. Alstadt del Departamento Thomas Lord de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Duke, calificó la investigación como “un buen ejemplo de cómo la investigación fundamental se traduce en aplicaciones clínicas”.
“Uno de los aspectos más interesantes de esta investigación es cómo un equipo de científicos y médicos trabajaron juntos utilizando su propia experiencia para abordar una pregunta importante: cómo tratar mejor los cálculos renales”, dijo Payne.
Fuente: Phys.org.
