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Escribir sobre ciencia es un desafío fascinante, principalmente porque abarca una vasta cantidad de campos y herramientas que pueden hacer que el punto de partida sea difuso. En mi experiencia, he aprendido a dejar que la inspiración surja de la cotidianidad. Por ejemplo, esta semana, durante un viaje relajante, una conversación familiar nos llevó a discutir la tomografía por emisión de positrones (PET, por sus siglas en inglés), lo que a su vez nos introdujo al intrigante tema de la antimateria. Es por ello que hoy dedico estas líneas a explorar cómo la antimateria y la tomografía por emisión de positrones han revolucionado nuestra comprensión del universo y la medicina, particularmente en el seguimiento del cáncer, enfermedades inflamatorias y neurodegenerativas.
La materia oscura es una forma de materia que no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace invisible a las observaciones directas con instrumentos ópticos tradicionales. Realmente no podemos verla, solo sabemos que existe por los efectos gravitacionales sobre la materia visible, como las estrellas y galaxias. La materia oscura es aproximadamente el 27% del universo, superando con creces la materia visible, que solo representa el 5%. Además el 95% de toda la energía que se produce en el universo tiene un origen en esta materia.
Los investigadores creen que está compuesta de partículas subatómicas que interactúan muy débilmente con la materia ordinaria, lo que me ha hecho pensar si realmente estamos midiendo el metabolismo y los cambios energéticos en el cuerpo apropiadamente, pero hasta hoy, la detección de la materia oscura es un terreno super difícil para la teoría. Si bien, en medicina solo se dan ejemplos burdos para el uso de estos términos, solamente refiriéndose a áreas desconocidas de la medicina, nos abre la posibilidad a conocer un término mas relevante para nosotros: Antimateria.
Para que podamos aterrizar el funcionamiento de la tomografía por emisión de positrones, es conveniente repasar un poco de lo que es la antimateria. El físico británico Paul Dirac en 1928, formuló una ecuación que describía el comportamiento de los electrones en un campo electromagnético, y al resolverla, descubrió que su ecuación tenía dos soluciones: una correspondía al electrón y la otra a una partícula con carga opuesta, la antipartícula. Dirac predijo la existencia del positrón, la antipartícula del electrón.
En 1932, el positrón fue descubierto experimentalmente por Carl Anderson, quien observó una partícula con la misma masa que el electrón pero con carga positiva en un detector de rayos cósmicos. Este descubrimiento confirmó la teoría de Dirac y marcó el inicio del estudio sistemático de la antimateria.
En nuestra vida diaria, para los amantes de las frutas, tenemos momentos de consumo de antimateria, por ejemplo, los plátanos contienen potasio, una parte importante de nuestra dieta. El potasio tiene una pequeña cantidad de isótopos radiactivos, entre ellos el potasio-40 (K-40), que es radiactivo y emite positrones cuando se desintegra, aproximadamente cada 90 minutos. Aunque la cantidad de positrones emitidos por el potasio-40 es mínima y no representa un riesgo para la salud, nos deja entrever la maravilla de la naturaleza y de la importancia de crear enlaces entre disciplinas. En realidad, esto nos abre las puertas para entender de que viene la PET.
La tomografía por emisión de positrones es un hito en la evolución de las técnicas de imagenología médica. Para apreciar plenamente esta tecnología, es esencial comprender los fundamentos de la Radiología. El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen estaba experimentando con tubos de rayos catódicos en su laboratorio en la Universidad de Würzburg. Mientras realizaba estos experimentos, Röntgen notó algo curioso: un material fluorescente colocado cerca del tubo comenzó a brillar, incluso cuando el tubo estaba cubierto con un cartón negro. Intrigado por este fenómeno, Röntgen se dio cuenta de que estaba ante un tipo de radiación desconocida que podía atravesar materiales sólidos como el papel, la madera e incluso la carne humana. Esta radiación fue denominada por él como "rayos X", utilizando la letra "X" para indicar su naturaleza desconocida.
En los estudios radiológicos convencionales, un rayo X se dispara contra una placa sensible; la densidad del hueso bloquea parcialmente la radiación, mientras que el aire y los tejidos blandos permiten su paso, resultando en una imagen que refleja estas diferencias. Con el avance de la tecnología, hoy en día usamos detectores digitales que capturan y procesan estas imágenes con una precisión inimaginable hace un siglo.
A diferencia de los rayos X que usamos todos los días, la tomografía computarizada (TC) utiliza múltiples detectores que giran alrededor del cuerpo, capturando cientos de imágenes en segundos. Esto permite obtener definiciones detalladas de los tejidos vivos en tiempo real y crear reconstrucciones tridimensionales de las estructuras internas. Sin embargo, cuando se necesita evaluar cambios específicos en la actividad metabólica de los tejidos, entra en juego la tomografía por emisión de positrones.
El concepto que subyace a la PET comenzó a gestarse a mediados del siglo XX con el desarrollo de técnicas de detección de radiación y el uso de isótopos radiactivos como la prehistoria del descubrimiento de partículas subatómicas. El principio básico detrás de la PET es la detección de positrones, partículas subatómicas con la misma masa que los electrones pero con carga positiva, emitidos durante la desintegración de isótopos radiactivos, los cuales pueden ser detectados en el cuerpo humano. Cuando un positrón encuentra un electrón, ambos se aniquilan, produciendo un par de fotones que viajan en direcciones opuestas. Estos fotones pueden ser detectados y utilizados para crear imágenes detalladas de la distribución del isótopo en el cuerpo.
Los primeros pasos hacia el desarrollo de la PET fueron dados por el físico Michel Ter-Pogossian y el biofísico Michael E. Phelps en la década de 1970 en la Universidad de Washington en St. Louis. Su trabajo combinó la tecnología de los detectores de coincidencia para la detección de positrones con la capacidad de realizar tomografía computarizada, lo que resultó en el primer prototipo de un escáner PET en 1973 . Las aplicaciones comenzaron en el terreno de neurología y cardiología, en dónde estos físicos y posteriormente médicos lograron detectar células inflamadas y alteraciones neuropsiquiáricos basados en la teoría metabólica de la glucosa.
Cuando tenemos la necesidad de evaluar cambios específicos en el comportamiento de las densidades de los tejidos, solicitamos que se agregue un contraste, del cual conocemos la densidad y tiene mayor repulsión al paso de los rayos X, lo que permite hacer más brillantes las zonas que nos interesan.
A diferencia de los estudios tomográficos contrastados, la emisión de positrones requiere de un isótopo radioactivo que emite positrones, que se emiten un haz de luz distinto al contraste. Estos positrones se obtienen en un ciclotrón, el cual acelera las partículas que son contrastes naturales en una tomografía convencionales como el [15]O con una vida media de 2 minutos, el [13]N de 10 minutos, [11]C de 20 minutos y [18]F de 110 minutos. El que más frecuentemente utilizamos 2-deoxi-2- [18F]fluoro-d-deoxiglucose (18F-fluorodeoxiglucose o [18]F-FDG), siendo utilizado como trazador, en el cual una de las moléculas de hidrógeno que componen la glucosa es substituida por un isótopo [18]F, si nos adentramos un poco a la composición de la materia, prácticamente todos los tejidos del cuerpo tienen esta constitución lo cual nos podría ayudar a detectar fácilmente estos cambios. Estos isótopos al degradarse emiten positrones (anti-electrones), que producen rayos gamma de 511 kiloelectrones, los cuales son distribuidos a 180° de separación, lo que les permite entran con facilidad al tejido cerebral y obtener imágenes.
No solo pueden modificarse moléculas elementales para ser identificadas, también aminoácidos, alcoholes, esteroides, nitritos entre otros, lo cual nos deja clara la potencialidad de lo que podemos obtener. Con estos principios, acompañados de la teoría detrás de la tomografía, nos otorga la capacidad de observar además de imágenes, metabolismo, hemodinámica, transporte y procesos biomecánicos. La teoría que actualmente utilizamos es basada en este trazador al que nos referimos, en una distribución de compartimentos, al conocer los cambios de este radiofármaco nos permite vigilar el comportamiento al presencial la relación existente entre ellos al interactuar. Es imprescindible conocer el metabolismo de uno de los compartimentos, en este caso el del cerebro, el cual está basado en la teoría de difusión de [18]F de Sokolof.
Esta molécula radioactiva al ser un análogo de glucosa ([18]F-FDG), es capturado por las células después de la infusión intravenosa, es transportada al citosol y es fosforilada por la enizma hexoquinasa en ([18]F-FDG-6-fosfato), gracias a la degradación acelerada del isótopo de glucosa esta no puede pasar al ciclo normal de glicólisis por lo que se acumula dentro de la célula a medida que el metabolismo habitual de la glucosa se lleva a cabo, al degradarse, emite estos rayos gama que describíamos antes, los cuales pueden ser detectados ahora si por nuestro tomógrafo. Tras la obtención de imágenes, se realizan modelos matemáticos para detectar lugares en el cuerpo que presentan esta acumulación anormal del raidofármaco, lo que nos hace inferior que tienen un aumento o en su defecto, un descenso en el metabolismo habitual de la glucosa, permitiéndonos generar teorías acerca del comportamiento del tejido en cuestión. La resolución actual del os tomógrafos es de 4 a 6 mm, un poco menor a la que tenemos con sus ancestro, pero nos da bastante información útil.
Es conocido que en la artritis reumatoide tenemos alteraciones en la acumulación y transporte de los lípidos, incluso hemos propuesto teorías de cambios inflamatorios directamente relacionados a una utilización inapropiada del colesterol y triglicéridos, aumentando considerablemente el riesgo cardiovascular de nuestros pacientes, el cual tiene una relación directa con la actividad inflamatoria de la artritis. Al conocer en la actualidad subunidades de colesterol de baja densidad y de alta densidad como marcadores de alto riesgo cardiovascular, se propone la teoría de medición de dos tratamientos diferentes y su efecto en la inflamación basada en cambios en los lípidos por resonancia magnética nuclear y PET-CT. El estudio TARGET original cuenta con la historia de 138 pacientes con artritis reumatoide que fueron intervenidades en la comparación de biológicos anti TNF + metotrexato vs terapia tiple convencional, con criterios de inclusión que comprenden a mujeres mayores a 50 años, hombres mayores a 45 años, índices de actividad altos a muy altos. El tratamiento es similar entre ambos brazos de tratamiento. Se excluyó a pacientes que hayan usado rituximab, eventos cardiovasculares previos u otros fármacos diferentes a los propuestos durante el estudio. Se realizó un PET-CT con [18]F-FDG.
Los resultados demuestran una mejor reducción en los niveles de colesterol LDL y avance en los niveles de colesterol HDL. Como detalles en mi observación noté una duración mayor de la enfermedad en los pacientes con biológico, uso de anti inflamatorios no asteroideos, uso de ácido acetil salicílico, lo cual influye directamente en la inflamación de los pacientes. Sin embargo, el título del artículo no guarda relación con lo reportado, no se describen los hallazgos del PET-CT o cómo se llevó acabo el análisis de riesgo cardiovascular, si bien estos resultados son del dominio de los reumatólogos, no me queda claro el objetivo final, si se trata solo de comparar ambos brazos y los niveles de lípidos, los cuales en efecto se reducen con la exposición a biológicos anti TNF, pero no se logra identificar la relevancia de la inflamación como objetivo.
Si bien, para nosotros hilar conceptos de física y matemáticas es cada día mas difícil debido a la complejidad, poco a poco nos damos cuentas que la medicina tiene la tecnología inmersa en muchos de los estudios que hacemos en la actualidad. El diagnóstico es un arte compleja, que depende de observación, estadística y conocimiento de los médicos, sin embargo, la evolución de la tecnología nos lleva muchos años por delante y es claro que tenemos que buscar la intercesión de lo que sale a cada día y cambia por completo el conocimiento y como hilarlo a lo que queremos. Esto lo resalto porque tenemos tantas pruebas, estudios y herramientas que pueden causar confusión o divergencia del objetivo real, pero cuando las utilizas a tu favor, conociendo el origen y la manera en la que se realizan las pruebas diagnósticas te permitirá acertar con mayor frecuencia o simplemente mitigar el riesgo de tomar como positivo un estudio que no tiene relación con la enfermedad que estás buscando.
Es fascinante el conocimiento, para mi es una pasión comenzar a leer de una nueva área que traza nuevas líneas en física, matemáticas, biología y por supuesto medicina. Ahora nos toca seguir revisando información para aterrizar las ideas que nos mueven día con día, nos vemos la siguiente semana.
Yours: CryptoReuMD
Snapshot: ADP-006: Establishing a Data Working Group (Pasada). Sin cambios
Actualmente en discusión
Foro 😃
VDP 154 - Designate VitaDAO as a Vitalist Organization
VDP-153 [Funding] Project Ab4AD
VDP-152 [Funding] Project TransFidelity
Snapshot : VDP-148 Blueprint for Sustainable Growth: Operationalizing VitaDAO’s New Mandate (Pasada)
Esta semana CryoDAO no tuvo cambios, pero estuvieron muy activos en Twitter:
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Snapshot CRYO-19: CryoDAO CPA Database
CryoDAO Dealflow Update 
Snapshot: CDP-9: Governance Framework V1.2 - Implementation of a Soft Governance Mechanism
Snapshot: VIP-11: Catalyst Beta Program - Funding Experiment for SynBio Research
Snapshot: VIP-10: Continuation of GROW/ETH Pool Incentives on Base
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