Durante el último medio siglo, los láseres se han utilizado en oftalmología, oncología, cirugía plástica y muchas otras áreas de la medicina y la investigación biomédica.
La posibilidad de utilizar la luz para tratar enfermedades se conoce desde hace miles de años. Los antiguos griegos y egipcios usaban la radiación solar en la terapia, y las dos ideas incluso estaban vinculadas en la mitología: el dios griego Apolo era el dios del sol y la curación.
Fue solo después de la invención de la fuente de radiación coherente hace más de 50 años que se reveló realmente el potencial del uso de la luz en la medicina.
Debido a sus propiedades especiales, los láseres son mucho más eficientes que la radiación del sol u otras fuentes. Cada generador cuántico opera en un rango de longitud de onda muy estrecho y emite luz coherente. Además, los láseres en medicina te permiten crear altas potencias. El haz de energía se puede concentrar en un punto muy pequeño, por lo que se consigue su alta densidad. Estas propiedades han llevado al hecho de que hoy en día los láseres se utilizan en muchas áreas de diagnóstico médico, terapia y cirugía.
Tratamiento de piel y ojos
El uso del láser en medicina comenzó con la oftalmología y la dermatología. CuánticoEl generador fue inaugurado en 1960. Y un año después, Leon Goldman demostró cómo el láser rojo rubí podría usarse en medicina para eliminar la displasia capilar, un tipo de marca de nacimiento y el melanoma.
Esta aplicación se basa en la capacidad de las fuentes de radiación coherentes para operar en una cierta longitud de onda. Las fuentes de radiación coherente ahora se usan ampliamente para eliminar tumores, tatuajes, cabello y lunares.
Los láseres de diferentes tipos y longitudes de onda se utilizan en dermatología, debido a los diferentes tipos de lesiones que se curan y la principal sustancia absorbente en su interior. La longitud de onda también depende del tipo de piel del paciente.
Hoy en día, no se puede practicar la dermatología u oftalmología sin tener láseres, ya que se han convertido en las principales herramientas para el tratamiento de los pacientes. El uso de generadores cuánticos para la corrección de la visión y una amplia gama de aplicaciones oftálmicas creció después de que Charles Campbell se convirtiera en el primer médico en usar un láser rojo en medicina en 1961 para tratar a un paciente con desprendimiento de retina.
Más tarde, para este propósito, los oftalmólogos comenzaron a utilizar fuentes de argón de radiación coherente en la parte verde del espectro. Aquí, las propiedades del propio ojo, especialmente su cristalino, se utilizaron para enfocar el haz en el área del desprendimiento de retina. El poder altamente concentrado del dispositivo literalmente la suelda.
Los pacientes con algunas formas de degeneración macular pueden beneficiarse de la cirugía con láser: fotocoagulación con láser y terapia fotodinámica. En el primer procedimiento, el haz de luz coherentela radiación se usa para sellar los vasos sanguíneos y ralentizar su crecimiento patológico debajo de la mácula.
Estudios similares se realizaron en la década de 1940 con la luz solar, pero los médicos necesitaban las propiedades únicas de los generadores cuánticos para completarlos con éxito. El siguiente uso del láser de argón fue detener la hemorragia interna. La absorción selectiva de la luz verde por parte de la hemoglobina, un pigmento de los glóbulos rojos, se ha utilizado para bloquear los vasos sanguíneos sangrantes. Para tratar el cáncer, destruyen los vasos sanguíneos que ingresan al tumor y le suministran nutrientes.
Esto no se puede lograr usando la luz solar. La medicina es muy conservadora, como debe ser, pero las fuentes de radiación coherente han ganado aceptación en varios campos. Los láseres en medicina han reemplazado a muchos instrumentos tradicionales.
La oftalmología y la dermatología también se han beneficiado de las fuentes excímeras de radiación UV coherente. Se han vuelto ampliamente utilizados para la remodelación de la córnea (LASIK) para la corrección de la visión. Los láseres en medicina estética se utilizan para eliminar manchas y arrugas.
Cirugía estética rentable
Estos desarrollos tecnológicos son inevitablemente populares entre los inversores comerciales, ya que tienen un enorme potencial de ganancias. La compañía analítica Medtech Insight en 2011 estimó el tamaño del mercado de equipos de belleza láser en más de mil millones de dólares estadounidenses. De hecho, a pesar deDebido a la disminución de la demanda general de sistemas médicos durante la recesión mundial, las cirugías estéticas basadas en generadores cuánticos continúan disfrutando de una fuerte demanda en los Estados Unidos, el mercado dominante para los sistemas láser.
Visualización y diagnóstico
Los láseres en medicina juegan un papel importante en la detección temprana del cáncer, así como de muchas otras enfermedades. Por ejemplo, en Tel Aviv, un grupo de científicos se interesó en la espectroscopia IR usando fuentes infrarrojas de radiación coherente. La razón de esto es que el cáncer y el tejido sano pueden tener una permeabilidad infrarroja diferente. Una de las aplicaciones prometedoras de este método es la detección de melanomas. En el cáncer de piel, el diagnóstico precoz es muy importante para la supervivencia del paciente. Actualmente, la detección del melanoma se realiza a ojo, por lo que depende de la habilidad del médico.
En Israel, todas las personas pueden hacerse una prueba de detección de melanoma gratis una vez al año. Hace unos años, se realizaron estudios en uno de los principales centros médicos, como resultado de lo cual fue posible observar claramente la diferencia en el rango infrarrojo entre signos potenciales, pero no peligrosos, y melanoma real.
Katzir, el organizador de la primera conferencia SPIE sobre óptica biomédica en 1984, y su grupo en Tel Aviv también desarrollaron fibras ópticas que son transparentes a las longitudes de onda infrarrojas, lo que permitió extender el método al diagnóstico interno. Además, puede ser una alternativa rápida e indolora al frotis cervical enginecología.
El láser semiconductor azul en medicina ha encontrado aplicación en el diagnóstico de fluorescencia.
Los sistemas basados en generadores cuánticos también están comenzando a reemplazar a los rayos X, que tradicionalmente se han utilizado en mamografía. Los rayos X presentan a los médicos un dilema difícil: necesitan alta intensidad para detectar cánceres de manera confiable, pero el aumento de la radiación en sí aumenta el riesgo de cáncer. Como alternativa, se está estudiando la posibilidad de utilizar pulsos de láser muy rápidos para obtener imágenes del tórax y otras partes del cuerpo, como el cerebro.
OCT para ojos y más
Los láseres en biología y medicina se han utilizado en la tomografía de coherencia óptica (OCT), lo que ha causado una ola de entusiasmo. Esta técnica de imagen utiliza las propiedades de un generador cuántico y puede proporcionar imágenes muy claras (del orden de una micra), transversales y tridimensionales de tejido biológico en tiempo real. La OCT ya se usa en oftalmología y puede, por ejemplo, permitir que un oftalmólogo vea una sección transversal de la córnea para diagnosticar enfermedades de la retina y glaucoma. Hoy en día, la técnica también está comenzando a usarse en otras áreas de la medicina.
Uno de los campos más grandes que emergen de la OCT son las imágenes de fibra óptica de las arterias. La tomografía de coherencia óptica se puede utilizar para evaluar una placa inestable rota.
Microscopía de organismos vivos
Los láseres en ciencia, tecnología, medicina también jueganun papel clave en muchos tipos de microscopía. En esta área se han realizado una gran cantidad de desarrollos, cuyo objetivo es visualizar lo que sucede dentro del cuerpo del paciente sin el uso de un bisturí.
La parte más difícil de extirpar el cáncer es la necesidad de usar constantemente un microscopio para que el cirujano pueda asegurarse de que todo se haga correctamente. La capacidad de hacer microscopía en vivo y en tiempo real es un avance significativo.
Una nueva aplicación de los láseres en ingeniería y medicina es el escaneo de campo cercano de la microscopía óptica, que puede producir imágenes con una resolución mucho mayor que la de los microscopios estándar. Este método se basa en fibras ópticas con muescas en los extremos, cuyas dimensiones son más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Esto permitió obtener imágenes de longitud de onda inferior y sentó las bases para obtener imágenes de células biológicas. El uso de esta tecnología en láseres IR permitirá una mejor comprensión de la enfermedad de Alzheimer, el cáncer y otros cambios en las células.
PDT y otros tratamientos
Los avances en el campo de las fibras ópticas ayudan a ampliar las posibilidades de utilizar láseres en otras áreas. Además de que permiten realizar diagnósticos dentro del cuerpo, la energía de la radiación coherente se puede transferir a donde se necesite. Puede ser utilizado en el tratamiento. Los láseres de fibra se están volviendo mucho más avanzados. Cambiarán radicalmente la medicina del futuro.
Campo de la fotomedicina con productos químicos fotosensibleslas sustancias que interactúan con el cuerpo de una manera particular pueden usar generadores cuánticos para diagnosticar y tratar a los pacientes. En la terapia fotodinámica (PDT), por ejemplo, un láser y un fármaco fotosensible pueden restaurar la visión en pacientes con la forma "húmeda" de degeneración macular relacionada con la edad, la principal causa de ceguera en personas mayores de 50 años.
En oncología, ciertas porfirinas se acumulan en las células cancerosas y emiten fluorescencia cuando se iluminan a una determinada longitud de onda, lo que indica la ubicación del tumor. Si estos mismos compuestos se iluminan con una longitud de onda diferente, se vuelven tóxicos y matan las células dañadas.
El láser de helio-neón de gas rojo se utiliza en medicina en el tratamiento de la osteoporosis, la psoriasis, las úlceras tróficas, etc., ya que esta frecuencia es bien absorbida por la hemoglobina y las enzimas. La radiación retarda la inflamación, previene la hiperemia y la hinchazón y mejora la circulación sanguínea.
Trato personalizado
La genética y la epigenética son otras dos áreas en las que se puede utilizar el láser.
En el futuro, todo sucederá a nanoescala, lo que nos permitirá hacer medicina a escala celular. Los láseres que pueden generar pulsos de femtosegundos y sintonizar longitudes de onda específicas son socios ideales para los profesionales médicos.
Esto abrirá la puerta a un tratamiento personalizado basado en el genoma individual del paciente.
Leon Goldman - el fundadormedicina láser
Hablando del uso de generadores cuánticos en el tratamiento de personas, no se puede dejar de mencionar a Leon Goldman. Se le conoce como el "padre" de la medicina láser.
Ya un año después de inventar la fuente de radiación coherente, Goldman se convirtió en el primer investigador en usarla para tratar enfermedades de la piel. La técnica que utilizó el científico allanó el camino para el posterior desarrollo de la dermatología láser.
Su investigación a mediados de la década de 1960 condujo al uso del generador cuántico de rubí en la cirugía de la retina y a descubrimientos como la capacidad de la radiación coherente para cortar simultáneamente la piel y sellar los vasos sanguíneos, lo que limita el sangrado.
Goldman, dermatólogo de la Universidad de Cincinnati durante la mayor parte de su carrera, fundó la Sociedad Estadounidense de Láseres en Medicina y Cirugía y ayudó a sentar las bases para la seguridad del láser. Murió en 1997
Miniaturización
Los primeros generadores cuánticos de 2 micras tenían el tamaño de una cama doble y se enfriaban con nitrógeno líquido. Hoy en día, han aparecido láseres de diodo del tamaño de la palma de la mano e incluso láseres de fibra más pequeños. Estos cambios allanan el camino para nuevas aplicaciones y desarrollos. La medicina del futuro tendrá pequeños láseres para la cirugía cerebral.
Debido al progreso tecnológico, hay una constante reducción de costos. Así como los láseres se han convertido en algo común en los electrodomésticos, también han comenzado a desempeñar un papel clave en los equipos hospitalarios.
Si los primeros láseres en medicina fueran muy grandes ycompleja, la producción actual a partir de fibra óptica ha reducido significativamente el costo, y la transición a la nanoescala reducirá aún más los costos.
Otros usos
Los urólogos pueden tratar la estenosis uretral, las verrugas benignas, los cálculos urinarios, la contractura de la vejiga y el agrandamiento de la próstata con láser.
El uso del láser en medicina ha permitido a los neurocirujanos realizar incisiones precisas y exámenes endoscópicos del cerebro y la médula espinal.
Los veterinarios utilizan láseres para procedimientos endoscópicos, coagulación tumoral, incisiones y terapia fotodinámica.
Los dentistas usan radiación coherente para hacer orificios, cirugía de las encías, procedimientos antibacterianos, desensibilización dental y diagnóstico orofacial.
Pinzas láser
Los investigadores biomédicos de todo el mundo utilizan pinzas ópticas, clasificadores de células y muchas otras herramientas. Las pinzas láser prometen un diagnóstico de cáncer mejor y más rápido y se han utilizado para capturar virus, bacterias, pequeñas partículas de metal y cadenas de ADN.
En las pinzas ópticas, se utiliza un haz de radiación coherente para sujetar y girar objetos microscópicos, de forma similar a como las pinzas de metal o plástico pueden recoger objetos pequeños y frágiles. Las moléculas individuales se pueden manipular uniéndolas a portaobjetos de tamaño micrométrico o perlas de poliestireno. Cuando el rayo golpea la pelota,se curva y tiene un ligero impacto, empujando la pelota directamente hacia el centro de la viga.
Esto crea una "trampa óptica" que puede atrapar una pequeña partícula en un haz de luz.
Láser en medicina: pros y contras
La energía de la radiación coherente, cuya intensidad puede modularse, se utiliza para cortar, destruir o cambiar la estructura celular o extracelular de los tejidos biológicos. Además, el uso de láseres en medicina, en definitiva, reduce el riesgo de infección y estimula la cicatrización. El uso de generadores cuánticos en cirugía aumenta la precisión de la disección, sin embargo, son peligrosos para las mujeres embarazadas y existen contraindicaciones para el uso de medicamentos fotosensibilizadores.
La compleja estructura de los tejidos no permite una interpretación inequívoca de los resultados de los análisis biológicos clásicos. Los láseres en medicina (foto) son una herramienta eficaz para la destrucción de células cancerosas. Sin embargo, poderosas fuentes de radiación coherente actúan indiscriminadamente y destruyen no solo los tejidos afectados, sino también los circundantes. Esta propiedad es una herramienta importante en la técnica de microdisección utilizada para realizar análisis moleculares en un sitio de interés con la capacidad de destruir selectivamente el exceso de células. El objetivo de esta tecnología es superar la heterogeneidad presente en todos los tejidos biológicos para facilitar su estudio en una población bien definida. En este sentido, la microdisección láser ha supuesto una importante contribución al desarrollo de la investigación, a la comprensiónmecanismos fisiológicos que hoy en día se pueden demostrar claramente a nivel de una población e incluso de una sola célula.
La funcionalidad de la ingeniería de tejidos en la actualidad se ha convertido en un factor importante en el desarrollo de la biología. ¿Qué sucede si las fibras de actina se cortan durante la división? ¿Será estable un embrión de Drosophila si la célula se destruye durante el plegamiento? ¿Cuáles son los parámetros involucrados en la zona del meristemo de una planta? Todos estos problemas se pueden resolver con láser.
Nanomedicina
Recientemente, han surgido muchas nanoestructuras con propiedades adecuadas para una variedad de aplicaciones biológicas. Los más importantes son:
- los puntos cuánticos son diminutas partículas emisoras de luz del tamaño de un nanómetro que se utilizan en imágenes celulares de alta sensibilidad;
- nanopartículas magnéticas que han encontrado aplicación en la práctica médica;
- partículas poliméricas para moléculas terapéuticas encapsuladas;
- nanopartículas metálicas.
El desarrollo de la nanotecnología y el uso de los láseres en medicina, en definitiva, ha revolucionado la forma de administrar los fármacos. Las suspensiones de fármacos que contienen nanopartículas pueden aumentar el índice terapéutico de muchos compuestos (aumentar la solubilidad y la eficacia, reducir la toxicidad) al afectar selectivamente las células y los tejidos afectados. Entregan el ingrediente activo y también regulan la liberación del ingrediente activo en respuesta a la estimulación externa. La nanoteranóstica va más alláun enfoque experimental que permite el uso dual de nanopartículas, compuestos farmacológicos, terapia y herramientas de diagnóstico por imagen, abriendo el camino al tratamiento personalizado.
El uso de láseres en medicina y biología para microdisección y fotoablación permitió comprender los mecanismos fisiológicos del desarrollo de enfermedades en diferentes niveles. Los resultados ayudarán a determinar los mejores métodos de diagnóstico y tratamiento para cada paciente. También será indispensable el desarrollo de la nanotecnología en estrecha relación con los avances en imagen. La nanomedicina es una nueva y prometedora forma de tratamiento para ciertos tipos de cáncer, enfermedades infecciosas o diagnósticos.
