Aunque suene a una técnica bastante moderna y extraña, la tomografía por emisión de positrones es lo que todo el mundo conoce simplemente como PET. Para continuar con lo que iniciamos en la entrada anterior, hoy voy a explicar los fundamentos básicos de esta técnica de diagnóstico. Aunque en el hospital estas cosas parecen mucho menos impactantes, el principio fundamental del PET es casi (casi) de ciencia ficción.
¡Antimateria!
No es ciencia ficción, no. Para todo aquel que ande despistado, la antimateria es una cosa muy real y bastante comprobada estos días.
Allá por el año 1930, en los comienzos de la mecánica cuántica, Dirac trataba de ampliar lo que ya se sabía para poder incluir la Relatividad de Einstein en la teoría cuántica. Los resultados que obtuvo son bastante interesantes, y, entre ellos, uno ligeramente desconcertante: las ecuaciones que manejaba al final tenían dos soluciones, una para carga de la partícula positiva, y otra para carga negativa. Generalmente una solución sin sentido es desechada, pero Dirac tuvo un buen presagio y dijo que efectivamente tenían que existir partículas iguales que las que conocemos, pero con la carga opuesta. Por ejemplo, protones con carga negativa o electrones con carga positiva.
Efectivamente, experimentos posteriores dieron la razón a Dirac: habían encontrado trazas de una partícula de la misma masa que el electrón, pero con carga positiva. Esta es la antipartícula del electrón, y se la llamó positrón.
La investigación con antipartículas se ha venido desarrollando desde entonces, y se ha llegado incluso a formar algún átomo de antihidrógeno (que tiene un antiprotón y un positrón). Lo malo de crear antimateria es que hay que tratarla con mucha delicadeza: una de las propiedades más importantes de la antimateria es que si choca con la materia normal, por ejemplo un positrón con un electrón, ambas partículas desaparecen y transmiten toda su energía a un fotón, una partícula de luz. Así que si nuestro antihidrógeno choca con cualquier átomo que vaya viajando perdido, nos quedamos sin él. Para crear antimateria hay que confinar muy bien a la partícula, para que no se escape, y evitar que choque con cualquier otra cosa o se desintegrará.
El proceso inverso también puede darse. El vacío, en realidad, no está tan vacío como pensamos. Si estuviera vacío de verdad, entonces sabría exactamente qué es lo que hay, y el Principio de Incertidumbre de Heisenberg me asegura que eso no puede ser. Yo no puedo saber exactamente lo que hay, tengo que tener cierta incertidumbre. Así que para no dejar mal a Heisenberg, en el “vacío” hay algo de energía, un poquito, y esta se puede transformar para hacer aparecer partículas. Pero no unas cualquiera, sino que se crean por pares: una partícula y su antipartícula. Así estas se aniquilan entre ellas. El vacío cuántico en realidad es un hervidero de actividad, lleno de partículas que aparecen y desaparecen.
Y ahora la pregunta del millón: sí, todo esto de que haya antimateria por ahí está muy bien, pero yo quiero sacarle partido. La aplicación principal que se le podría sacar es como combustible. Cuando una partícula se aniquila con otra, se convierten en un fotón, un partícula luminosa. A este fotón se le transmite toda la energía de las otras dos partículas, no sólo la debida a lo rápido que se estuvieran moviendo, sino que también se aplica el famoso E=mc2, y la masa completa de las dos partículas pasa a ser energía del fotón. El resultado de estas transformaciones, por tanto, da una cantidad de energía brutal. Cifras: la energía por kilo de antimateria da 10.000 millones de veces más energía que un combustible químico tradicional, y 100 más energía que la fusión nuclear. Un solo kilo de antimateria da tanta energía como la mayor bomba atómica construida hasta la fecha (y esta pesaba 27 toneladas). Y solo 17 gramos sirven para sacar tu nave espacial del Sistema Solar.
¿A qué estamos tardando en conseguir esa antimateria? Con esa cantidad de energía seguro que acabamos con el déficit de las eléctricas, llegábamos en un periquete a Marte y hasta destruimos el mundo si hace falta. El problema es que a día de hoy la antimateria es la materia más cara del mundo, dado que es muy complicada de conseguir -y especialmente, lo peor es que es muy complicada de almacenar. Hay que tenerla totalmente aparte de la materia normal. Si la guardas en un frasco, se te desintegra el frasco y la antimateria. Como he dicho antes, hay que confinar muy bien a la partícula, y cuando tenemos unos pocos átomos es relativamente sencillo, con un enfriamiento muy potente mediante láser. Sin embargo, cuando hay millones de átomos, a ver cómo nos las apañamos para que estén quietecitos y no se choquen con todo lo que tienen alrededor.
Pero aparte de como un combustible genial, la antimateria tiene algún otro uso bastante ocurrente. Y a eso es a lo que vamos.
Tomografía por Emisión de Positrones (PET)
La antimateria puede generarse espontáneamente en algunas reacciones. En el LHC, los potentes choques entre partículas pueden liberar algunas antipartículas; es parecido a una especie de reacción química. También los elementos radiactivos, al desintegrarse, pueden emitir alguna antipartícula.
Ahí está el punto que nos interesa. Si inyectamos al paciente algún isótopo radiactivo que emita positrones, estos no llegarán muy lejos: se encontarán algún electrón, se aniquilarán con el y se convertirán en un par de fotones. Y además, no unos fotones cualquiera, sino unos muy energéticos: un rayo gamma. Estos son aún más energéticos que los rayos X. Dado que esta radiación es muy poco usual, diferenciarla de emisiones naturales es realmente sencillo, y lo aprovecharemos para crear nuestra imagen.
El proceso, sin embargo, es un poco más complejo, y mucho más práctico. Generalmente lo que inyectamos no es directamente radiactivo, sino que queremos que se convierta posteriormente en radiactivo. Por ejemplo, la molécula FDG: funciona como análogo de la glucosa, y nuestras células la absorben y actúan sobre ella. Tras actuar sobre ella, cambia, y la nueva molécula sí que puede emitir positrones; de hecho, por su composición, nuestro cuerpo la mantendrá atrapada en las células hasta que emita estos positrones y se transforme en otra molécula diferente. Esto es fundamental, porque con esta clase de molécula, no estamos haciendo una imagen del cuerpo, sino una imagen de dónde y cómo se consume la glucosa, lo que permite detectar procesos anómalos en nuestro cuerpo. Por ejemplo, el cáncer se caracteriza por tener un crecimiento totalmente desorbitado, para lo cual necesita absorber gran cantidad de nutrientes. Si en alguna zona hay gran cantidad de absorción de FDG, entonces sabremos que ahí hay algo que no es nada bueno.
Uno de los problemas del PET es la vida media de los componentes usados. Por ejemplo, en el caso del FDG, tiene una vida media de 110 minutos. Si yo lo introduzco por vía intravenosa, puede que no le llegue a dar tiempo a ser transportado a alguna región del cuerpo -y por tanto no pueda analizarla.
Otro de los usos es imagen cerebral. Para este lo que queremos ver es la circulación de sangre a través del cerebro, que nos da información acerca de cómo está funcionando y permite hacer interpretaciones sobre Alzheimer, por ejemplo. Para ello, se usa en este caso Oxígeno 15, que tiene una vida media muy corta. De hecho, el problema es que tiene una vida media tan corta que hay que usarlo recién salido del horno, o en este caso, del ciclotrón. De lo contrario, el O15 emite las partículas, pasa a ser otra molécula distinta y ya no sirve para nada. Por tanto para realizar un análisis de este tipo el hospital debe disponer de un ciclotrón, máquina que no es barata y puede no estar accesible en algunos sitios.
Hay muchos compuestos que se emplean en el PET, cada uno con un objetivo de observación distinto, según el órgano o el proceso biológico que queramos observar. Su gran ventaja es que nos permite ver los procesos que suceden en nuestro cuerpo en directo y así detectar qué es lo que no funciona. Para ello, aunque el fundamento principal es la desintegración radiactiva y el uso de la antimateria, el diseño de la molécula a emplear es fundamental: no solo queremos que emita la radiación, sino que lo haga cuando las células actúen sobre nuestro fármaco de una manera concreta, como en el caso del FDG, para lo cual la colaboración con la Bioquímica es fundamental.
Así que la próxima vez que vayáis a haceros un PET, recordad: no es ciencia ficción: funciona con antimateria y está ayudando a mejorar la salud de las personas día tras día.
