El Grupo de Espectroscopía Láser y Altas Presiones de la ULL se dedica al estudio de propiedades ópticas de materiales con aplicaciones en fotónica. ¿Cómo se llevan a cabo las técnicas investigadas en el laboratorio?  “Tenemos varias líneas de investigación abiertas. Básicamente, las podríamos dividir en experimentos bajo condiciones extremas de presión y/o temperatura, otra visión basada en lo que serían aplicaciones biomédicas de estos sensores y otras en nanomateriales. Por último, estudiamos también procesos de conversión de energía infrarroja en visible y de ultravioleta a infrarroja”.

“Son técnicas muy nuevas y novedosas para las que se necesita un equipamiento especializado”

¿Cómo se puede aplicar la espectroscopía láser a la medicina? “Todo pasa por usar nanomateriales. Es decir, necesitamos estructuras cristalinas de tamaños inferiores a 100 nanómetros, eso significa mil veces menos que el grosor de un cabello. Debe ser lo suficiente pequeño para que, con procesos de síntesis químicas relativamente sencillas, pueda entrar en las células del cuerpo humano. Hoy en día todavía se estudia en ratones, y como todavía es un campo tan joven cualquier investigación que se haga es casi un descubrimiento. Son técnicas muy nuevas y novedosas para las que se necesita un equipamiento especializado”.

¿Los métodos que se desarrollan en este laboratorio podrían en un futuro favorecer al tratamiento contra el cáncer? “Sí, ya que lo que hacemos es enviar una señal de excitación láser, y con la luz que reemite este nanomaterial podemos controlar la temperatura de la célula. Además, ese nanomaterial es capaz de absorber y calentarse por la radiación. Podemos controlar la temperatura al ir aumentándo la intensidad del láser, lo que hace que se incrementen los grados en el entorno local de la célula cancerígena, hasta llegar a un punto en el que podamos matarla de forma muy controlada. Para que esto llegue y evolucione a unas terapias reales, con aplicaciones en el ser humano, todavía queda mucho camino y muchos aspectos a contrastar”.

¿Cuáles son las ventajas de esta práctica con respecto a las que se utilizan actualmente en la medicina? “Lo que se busca es que sea un sistema no invasivo y muy controlado. Se buscan radiaciones que la piel humana no absorba, ya que actualmente se tienen muchos problemas con la absorción no solo de la epidermis, sino de todos los componentes que hay en la sangre. Lo que queremos es matar un grupo controlado de células, sin dañar otras que, en teoría, están sanas. Por lo tanto, lo principal es controlar muy bien la temperatura, ya que entorno a unos 45 grados las células empiezan a sufrir. Si ese calor es incontrolado y en una extensión relativamente grande matas el cáncer, pero también a unidades normales”.

“Se busca que sea un sistema no invasivo y muy controlado”

­Desde la fundación de su grupo han redactado más de 200 publicaciones científicas relacionadas con los mecanismos láser y las propiedades ópticas de los materiales. Estas investigaciones tienen varias aplicaciones médicas, aparte del tratamiento contra cáncer. ¿Podría hablar sobre alguna de ellas? “Nos centramos sobre todo en esas, pero está claro que hay otro tipo de estudios. Por ejemplo, los que se basan en las obstrucciones coronarías, es decir, aquellas arterias que, por efecto del colesterol, se van cerrando. Con ayuda de estos nanomateriales se puede investigar cómo reducirlo o donde están localizados. El campo está muy abierto, con aplicaciones ilimitadas. El principal problema es que necesitas un equipo de investigación en el que se involucren médicos, biólogos, químicos y físicos. Unirnos para trabajar puede llevarnos entre uno o dos años debido a que, simplemente para entender lo que nosotros queremos y lo que ellos quieren, se requiere bastante tiempo. Y esto en La Laguna no lo tenemos. Ir más haya sería irnos de las líneas del grupo”.

¿Considera que la maquinaria es mejorable? “Tenemos un laboratorio bastante competitivo a nivel nacional. A lo largo de estos años hemos ido encadenando proyectos nacionales, y el equipamiento que tenemos es comparable al que pueda haber en otras partes, no solo de España, sino también de cualquier país del mundo. Por supuesto que es mejorable, se pueden comprar más y mejores equipos, pero ahora mismo, gracias a lo que disponemos en este, tenemos muchas colaboraciones a nivel europeo y de otros continentes”. 

“Tenemos un laboratorio bastante competitivo a nivel nacional”

El grupo que usted coordina cuenta con más de una veintena de publicaciones al año en revistas de gran importancia. ¿Qué siente al pensar que su trabajo se está dando a conocer? “La verdad que es una satisfacción. Nos sentimos orgullosos de que en el laboratorio tengamos el equipamiento suficiente para ser tan competitivos a la hora de publicar, aunque es verdad que esas publicaciones se deben también a la cantidad de colaboraciones que tenemos con otros grupos de investigación. Esta es una táctica muy buena para la ULL porque lo que hacemos es poner nuestra Universidad en el mapa científico. Estamos muy satisfechos, aunque podrían ser más si tuviéramos más doctorandos, ese es el gran hándicap que tenemos, no solo nosotros, sino que es a nivel nacional”.

En junio del año pasado realizaron un seminario sobre la ciencia del siglo XXI en el que participaron los profesores e investigadores japoneses Akira Yoshikawa y Kei Kamada. ¿Este año piensan organizar otro similar? “Ellos forman parte de un grupo muy potente de la Universidad de Tohoku en Sendai. La idea es seguir con la colaboración. Ellos quieren volver y, además, me han propuesto hacer una estancia de un mes en su laboratorio, probablemente en septiembre, para así poder profundizar en la cooperación. Es gente muy valiosa. A nosotros nos interesa lo que ellos hacen y ellos están interesados en las aplicaciones ópticas, en las que no están tan especializados. Vamos por buen camino, los comienzos siempre son difíciles y lentos, pero esperamos que esto vaya a más. Desde luego es uno de los grupos en los que más interés tenemos por mantener una participación fluida y fructífera. El Departamento de Física es muy activo, realizando al menos dos seminarios todos los años, siempre contando con la colaboración de la ULL, y de los Institutos Universitarios de Investigación IMN y IUDEA”.

“La ciencia no solo es fundamental, es uno de los parámetros que enriquece a un país”

¿Cree que se debería apostar más por la labor científica? “Por supuesto. El problema es que no hay una sensibilidad a nivel político de la necesidad de que España tenga buenos investigadores. Parece que vale más la pena construir un aeropuerto que contratar a científicos para institutos de investigación. Además, desde que llegó la crisis hay un fuerte retroceso, ya que el gobierno decidió que la investigación no era una prioridad. Aunque la autoridad diga que no, hizo que muchos jóvenes emigraran a países en los que sí se valora este conocimiento. Si no somos capaces de generar investigación propia, no seremos un país competitivo, seremos un país de servicios, un país prescindible. Ya lo decía Ramón y Cajal: ‘No se enseña bien lo que no se hace y quien no investiga no enseña a investigar’. La ciencia no solo es fundamental, es una de las actividades que enriquece”.

Inocencio Martín Benenzuela, Víctor Lavin della Ventura y Ulises Rodríguez Mendoza son los profesores titulares que conforman este equipo de investigación, fundado alrededor del año 2001. Durante estos dieciséis años de trabajo, han redactado más de 200 publicaciones científicas, relacionadas con los mecanismos láser, sobre todo para estudiar las propiedades ópticas de los materiales, centrándose principalmente en la luminiscencia. Estos trabajos poseen una gran cantidad de aplicaciones prácticas, muchas de ellas en el ámbito de las ciencias médicas.

Debido a la gran instrumentación que posee el colectivo, otros científicos suelen enviarles materiales para calibrar sus propiedades ópticas. Inocencio Martín, quien además es secretario del Instituto de Materiales y Nanotecnología (IMN), explica el proceso de forma simplificada: “Los excitamos con luz. Hoy en día casi siempre lo hacemos con láseres, y observamos sus respuestas”. Normalmente se basa en que el material vuelve a emitir luz tras el proceso. Al analizar la emisión, se pueden detectar los cambios del material en cuanto a temperatura y presión, para así hacerse una idea de su sensibilidad a estas variables. Esto permite que algunos, como vidrios y cristales, se usen como sensores.

Al grupo de investigadores le interesa mucho esta propiedad de los materiales. Utilizándola es posible crear microesferas o nanocristales de tamaños muy reducidos, que se podrían usar en sistemas biológicos. En la práctica, estas nanopartículas son aptas para poder adherirse a células cancerígenas, por ejemplo, y posteriormente ser excitadas con el láser. Así se podría ver su temperatura y calentarlas hasta destruirlas con el propio haz de luz.

Si además se les añade convertidores de luz infrarroja, que no capta el ojo humano, a luz visible, se podría crear una verdadera arma para luchar contra este tipo de enfermedades. Se han realizado experimentos de este tipo en roedores (como los llevados a cabo en el estudio Unveiling in Vivo Subcutaneous Thermal Dynamics by Infrared Luminescent Nanothermometers,  encabezado por E. Clayton y publicado en Nanoletters) y, si se consiguiera funcionalizar las  nanopartículas, al cubrirlas con algún compuesto que las anexe a las células cancerígenas, estas resplandecerían en el visible frente a la excitación infrarroja. Esto sucede porque en el infrarrojo la luz es capaz de atravesar parcialmente los tejidos hasta una cierta profundidad.

Las ventajas de esta técnica, respecto a las utilizadas en la actualidad, son sus efectos localizados. A través de luz infrarroja es posible incidir directamente sobre la nanopartícula que absorbe el láser sin dificultad. Gracias a los elementos, que actúan como sensores de temperatura, y a sus propiedades luminiscentes, se puede conocer la temperatura exacta de las células afectadas e incrementar dicha temperatura hasta destruirlas. Las terapias actuales, basadas en la aplicación de rayos X o en los procesos de quimioterapia, pueden afectar a más células del cuerpo, deteriorándolas y produciendo efectos adversos en el individuo, como los que presenta Laura.

Actualmente estas líneas de investigación abren un nuevo horizonte en los tratamientos médicos. “Nos estamos introduciendo en ella poco a poco, porque presenta muchas aplicaciones en ese sentido”, destaca Inocencio Martín, quien espera que en un futuro se pueda utilizar este tipo de procedimientos para tratar a pacientes.