Tomografía por emisión de positrones: el uso de la antimateria para la detección de enfermedades

Por Jimena Zahn

En la actualidad, cuando se hace referencia al término energía atómica, rápidamente se vincula con la generación de energía eléctrica y con la producción de armamento nuclear.

A pesar de esto, son múltiples las ventajas que proporciona la energía atómica, más específicamente la nuclear: desde el uso eléctrico de esta para la generación de electricidad mediante los procesos de fisión en las centrales nucleares, aplicaciones no eléctricas como las desalaciones de agua de mar y la producción de hidrógeno, el uso de la irradiación isotópica directa para el mantenimiento de los alimentos, la detección de cambios climáticos y químicos del suelo y el uso de pilas nucleares en la industria y la exploración espacial.

En términos generales, la energía atómica resuelve y sustituye un número enorme de técnicas tradicionales proporcionando un aumento de rendimiento, sensibilidad y reducción de tiempo en cualquier área en la que se aplique.

La Organización internacional de Energía Atómica estima que entorno al 11% de la energía mundial proviene de los reactores nucleares. Además, su atractivo principal reside en bajo impacto ambiental que esta tiene, siendo la alternativa principal a los combustibles fósiles.

En términos energéticos, un gramo de uranio equivale a 18 litros de gasolina, y un kilo produce aproximadamente la misma energía que 100 toneladas de carbón, es decir, un rendimiento energético muchísimo mayor con respecto a los métodos tradicionales.

Pero, más allá de estas cifras y de sus múltiples utilidades y beneficios, la energía atómica está dando pasos agigantados en el área de la medicina, especialmente en cuanto a métodos de detección: La tecnología más conocida e innovadora es la tomografía por emisión de positrones (PET).

Fundamentos de la PET

Esta técnica de imagen está basada en la emisión de radioactividad de sustancias introducidas en el organismo mediante su inyección, lo que permite la detección de este mediante un equipo de escáner en el que se genera una imagen, mostrando la distribución del radioisótopo introducido.

Lo que destaca de esta técnica con respecto a otras metodologías es que, tradicionalmente, los métodos de imagen presentan una foto que inmortaliza la situación del cuerpo en ese momento.

Sin embargo, con la introducción del radioisótopo, esto permite visualizar un proceso sistémico o metabólico, es decir, evalúa una actividad continuada dentro del cuerpo, algo que podría asemejarse a un “video” de lo que ocurre dentro del paciente, pero en una sola imagen. Sus usos están relacionados con la medición de una actividad fisiológica, el desarrollo de una patología y sus efectos.

Los pros de esta técnica residen en la fácil monitorización de las funciones fisiológicas y patológicas y la visualización espacio-temporal de la distribución de una molécula en el organismo.

A su vez, los contras del PET apuntan a la carente información anatómica, es decir, no localiza donde se encuentra la molécula en el cuerpo, aunque para ello se suele acoplar una técnica de imagen. Otro riesgo es el uso limitado de la tomografía al usarse material radioactivo.

¿Cómo funciona esta técnica?

Un átomo está compuesto principalmente por un núcleo, formado por neutrones y protones (estos últimos de carga positiva), y alrededor de este núcleo orbitan los electrones, de carga negativa.

La identidad de un átomo, sea de helio de oxígeno, viene dado por el número atómico, es decir el número de protones que contiene su núcleo que suele coincidir con el número de electrones.

De entre todos los átomos, en la técnica tomográfica se suele utilizar el flúor. Este tiene número atómico igual a nueve (nueve protones y nueve electrones) y además contiene diez neutrones en el interior de su núcleo.

¿Pero qué ocurriría si se genera un isótopo radioactivo a partir del flúor? Para ello primero se necesitará el mismo número de electrones y de protones (nueve) y se eliminará un neutrón, pasando de 10 a 9.

Al eliminar este neutrón, el núcleo pierde estabilidad y produce que uno de los protones pierda energía y se transforme en un neutrón, haciendo que su número atómico (el número de protones) pase de 9 a 8.

Esto hace que el flúor pierda su identidad atómica y se transforme en oxígeno. Durante esta transformación se genera un positrón, es decir la antimateria del electrón, que, en vez de tener carga negativa, tiene carga positiva.

Cuando un electrón se “encuentra” con un positrón, estos se destruyen conservándose únicamente la energía que es emitida en el espectro de radiación gamma. A este proceso se le conoce como aniquilación de la antimateria.

¿Cómo se beneficia esta técnica de la aniquilación de la antimateria?

Esta emisión de energía puede ser detectada mediante el uso de escáneres, más técnicamente el PET scanner, el cual contiene un escintilador, para reaccionar y emitir luz y un fotomultiplicador, para ampliar la señal detectada.

¿Pero cómo distingue el sensor que luz proviene de la aniquilación? La señal del escáner será positiva solo cuando los dos rayos gamma que se generan estén cada uno en direcciones opuestas, siendo esta la principal característica de la aniquilación. Solo los rayos que estén a 180º y lleguen al mismo tiempo permitirán al instrumento generar una imagen.

¿Qué permite detectar los isotopos?

Estas molecular radioactivas, también conocidas como radiotrazadores, se fusionan con otras moléculas que nuestro cuerpo utiliza para permitir el seguimiento de su actividad fisiológica.

Por ejemplo, el ya conocido isotopo del flúor se fusiona con una molécula de glucosa, generando el 18F-FDG. Al inyectar esta molécula al paciente, cualquier célula o actividad que necesite de glucosa tomará el 18F-FDG como fuente de azúcar.

Por este motivo, el uso de 18F-FDG se usa en PET para la detección de múltiples tipo de tumores, ya que estos consumen una gran cantidad de azucares para su rápido crecimiento; infecciones multisistémicas inflamatoria, que también necesitan un alto consumo de glucosa; enfermedades metabólicas en cerebro y pulmones, y por último para la detección de enfermedades cardiovasculares, como el infarto agudo de miocardio, ya que las células muertas del corazón no consumen glucosa y, por lo tanto, si no se observa este marcador en el corazón, se puede concluir la existencia de esta patología.

Las proyecciones a futuro de esta técnica

De modo general, esta técnica permite la detección de patologías mediante el seguimiento ultrasensible de marcadores de enfermedad. Por lo tanto, con el oportuno desarrollo tecnológico, la solución sería encontrar una molécula o marcador específico en la aparición de la patología y fusionarlo con el radiotrazador para detectar la enfermedad incluso cuando esta no se ha desarrollado completamente.

Recientes estudios han hallado moléculas específicas para la detección de enfermedades como el Alzheimer, Parkinson e incluso trastornos de ansiedad y depresión.

Para concluir, la energía atómica se convierte de nuevo en un aliado para prevenir con anterioridad de manera muy específica y eficiente múltiples enfermedades que, a día de hoy, son incurables para que, en un futuro, el hallazgo temprano de la patología permita erradicar enfermedades en el paciente que parecían impensables de curar.

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