Acelerador de partículas brasileño permitirá realizar tomografías de células humanas

Tanto la capacidad de Sirius, en construcción en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón, en Brasil, como la del sueco Max IV, ambos pioneros en el mundo, se conocieron durante un evento sobre cooperación científica

Por Diego Freire

Agência FAPESP – Entre los aceleradores de partículas en construcción actualmente en el mundo, sólo Sirius, del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), en Campinas (São Paulo, Brasil), y Max IV, en Suecia, tendrán una resolución capaz de detectar estructuras de células complejas como las de los mamíferos, entre otras posibilidades de investigación científica en diversos campos.

Ésta y otras semejanzas entre la iniciativa brasileña y la sueca en lo que hace a generación de luz sincrotrón de cuarta generación, ambas pioneras en el mundo, cobraron relieve como importantes y potenciales campos de colaboración entre las comunidades científicas de los dos países durante el Brazil-Sweden Workshop on Frontier of Science and Education, realizado en la FAPESP el pasado 16 de octubre.

Dicho evento, organizado por la FAPESP y las universidades suecas Uppsala University y Lund University, tuvo como objetivo la expansión de la colaboración científica entre Suecia y el estado de São Paulo mediante la promoción del intercambio de investigaciones, tecnologías y experiencias. Ambas instituciones suecas mantienen acuerdos de cooperación con la FAPESP en vigencia (léase más en portugués, en: fapesp.br/9568 y fapesp.br/9780).

“Estamos haciendo referencia a dos comunidades académicas que mantienen importantes colaboraciones, pero cuyos potenciales pueden explorarse más aún, especialmente ante las posibilidades de investigación científica que surgen con el desarrollo de las nuevas fuentes de radiación sincrotrón de Brasil y de Suecia”, dijo Leif Kirsebom, de la Uppsala University.

Entre dicha posibilidades se encuentra la mencionada tomografía de células de mamíferos. La actual fuente de luz sincrotrón brasileña, la única de Latinoamérica, permite el análisis de muestras en 3D por tomografía de rayos X con resolución micrométrica, y se emplea en el análisis de muestras milimétricas de materiales orgánicos e inorgánicos. En la línea de luz dedicada a esta técnica es posible observar las microestructuras internas de materiales blandos, de baja densidad o basados en elementos químicos livianos, además de realizar observaciones superficiales de materiales densos, resistentes o pesados.

“Los sincrotrones de tercera generación, los más modernos en operación hoy en día, hicieron una revolución en el área de imágenes y de tomografía debido a la coherencia del haz, que permite la aplicación de técnicas de imágenes más precisas, tales como tomografías de células individuales, a ejemplo de lo que se hace en partes del cuerpo humano, pero llegando a una escala de detección de las estructuras subcelulares. Como los haces de tercera generación tienen una limitación de tamaño, no es posible aplicar estas técnicas en células mayores como las de los mamíferos”, explicó Antonio José Roque da Silva, director del LNLS.

Sirius y Max IV serán las primeras máquinas que permitirían la realización de este tipo de estudios, para seguir de cerca procesos importantes no sólo en el tratamiento de enfermedades, sino también en otras diversas cuestiones relacionadas con la salud y la biología. “En estos laboratorios podrán realizarse trabajos pioneros que permitirán entender de una manera más profunda la biología celular”, dijo Roque da Silva.

Gunnar Öhrwall, del Max IV Laboratory (MaxLab), destacó el potencial de colaboración entre las líneas de investigación de ambos aceleradores.

“Junto con Max, Sirius será una de las dos facilities líderes en el mundo. Tecnológicamente hablando, no habrá una gran diferencia de capacidad entre ambas, pero podremos aprender mucho juntos, en campos científicos que cada país domina. Es una sana competencia. Hay una ventana de oportunidades sumamente interesante, pues Sirius le permitirá a Brasil ubicarse como líder en una serie de áreas en las cuales el país ya despunta, tales como biología, agricultura, ciencia de materiales y química.”

Para Roque da Silva, una de las diferencias significativas de Sirius es la interacción entre el equipo del acelerador de partículas y la división científica del LNLS.

“Nuestro sincrotrón forma parte de un centro [el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM)] que cuenta con laboratorios de biología, nanotecnología y nanociencia y de bioetanol y energías renovables, lo cual permite crear un ambiente de investigación que puede generar un ciclo virtuoso interesante en estas áreas. La máquina está siendo optimizada de modo tal de permitir que se extraiga una mejor ciencia de las líneas de luz, que es el objetivo final, pues el sincrotrón no es un acelerador colisionador, sino que apunta a generar la mayor radiación posible en ciencia. Aspiramos a ser competitivos en un rango de energía importante para la biología, la medicina, la agricultura y otras áreas estratégicas en Brasil, lo cual permitirá efectuar un salto de calidad en aquello que es posible hacer en el país”, destacó.

Entre las líneas de luz que estarán a disposición de la comunidad científica brasileña e internacional en Sirius está Ipê, acrónimo en portugués del inglés inelastic photoelectron spectroscopy. Tulio Costa Rizuti da Rocha, también del LNLS, se refirió a algunas de las posibilidades de investigación de esta línea, que, a ejemplo de otras en desarrollo, tales como Cateretê e Imbuia, su nombre corresponde al de un árbol [lapacho en castellano] existente en la zona donde se está construyendo Sirius.

“Uno de los objetivos de Ipê es hacer espectroscopia de rayos X blandos en baja energía, pero no en vacío, tal como se hace comúnmente, sino mediante el empleo de la técnica en condiciones ambientales, lo cual abre una serie de posibilidades de aplicación: en el estudio de suelos, en muestras biológicas, en catalizadores y en diversas investigaciones que comprenden la caracterización de interfaces de superficies que no son compatibles con el vacío”, explicó.

Para ello se utilizará un espectrómetro con una lente especial. Solamente dos empresas en el mundo comercializan este aparato, que se instalará en esta línea de luz de Sirius.

João Batista Borges, de la Uppsala University, cree que Sirius y Max IV podrán ampliar los resultados de sus investigaciones sobre el síndrome de dificultad respiratoria aguda.

“Estamos convencidos de que las fuentes de luz sincrotrón de cuarta generación nos ayudarán a dilucidar cuestiones claves de esa fisiopatología, cuya mortalidad es altísima: se ubica en torno del 40%. Sucede que no se trata de desarrollar nuevos fármacos, sino de regular la máquina que ventila el pulmón del paciente. Para ello es necesario entender en profundidad el problema, en la intimidad del pulmón, con la ayuda de imágenes con una precisión que sólo Sirius y Max IV suministrarán.”

Borges trabaja en la Uppsala University en investigaciones con tomografía por emisión de positrones (PET, por sus siglas en inglés): mapea si una unidad pulmonar está inflamada y detecta en qué área se originó la inflamación, para intuir qué mecanismo disparó el proceso en la zona y testear estrategias protectoras de ventilación mecánica. De acuerdo con el investigador, “la radiación sincrotrón de cuarta generación permitirá la realización de tomografías de pulmones en resoluciones espaciales a escala nanométrica, cosa que una tomografía convencional no permite”.

Max IV ya se encuentra en proceso de comisionado y quedará abierto a los usuarios el año que viene. En tanto, el inicio de las operaciones del Sirius está previsto para 2018.

El Brazil-Sweden Workshop on Frontier of Science and Education contó a su vez con disertaciones en las áreas de ciencias del clima, energía, medio ambiente, física, ciencias de la vida y áreas afines. Aparte de las universidades de Lund y Uppsala y del LNLS, hubo ponencias de investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), de la Universidad de Campinas (Unicamp), de la Universidad Federal del ABC (UFABC), de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) y de la European Spallation Source (ESS).

Más información sobre el workshop en: fapesp.br/9803.