Estudian cavitación para fines médicos

KARLA PADILLA/EL VIGÍA
kpadilla@elvigia.net | Ensenada, B. C.

Un estudio en el que participaron investigadores de la Universidad de California y del Cicese, muestra que el chorro resultante de dos burbujas de cavitación inducidas por láser que interactúan entre sí, penetran mejor los materiales blandos, como el tejido biológico, por lo que podrían utilizarse a futuro para administrar medicamentos, genes u otros agentes terapéuticos directamente en células vivas de manera rápida y eficiente.

El estudio “Soft material perforation via double-bubble laser-induced cavitation microjets”, fue publicado recientemente en la revista Physics of Fluids, donde fue reconocido como Editor’s Pick y distinguido para aparecer en la portada, por ser de gran interés para la comunidad científica en este campo.

El autor es Vicente Robles, estudiante de doctorado en el Colegio de Ingeniería “Marlan y Rosemary Bourns”, de la Universidad de California en Riverside (UCR) y entre los coautores figuran Luis Felipe Devia Cruz, posdoctorante en el Departamento de Óptica del Cicese, y Santiago Camacho López, líder del grupo de Procesamiento de Materiales con Láseres de Pulsos Ultracortos, de este mismo departamento académico.

Experimentan con materiales
Explicaron que los métodos actuales para introducir materiales extraños en las células, un proceso conocido como transfección, se basan en perforar la membrana externa con un láser, con lo que se corre el riesgo de que el calor dañe la célula, o con una pipeta, con la que se corre el riesgo de contaminación.

La cavitación óptica utiliza un láser para formar burbujas del tamaño de micras en un líquido, que se expanden rápidamente hasta llegar a un tamaño máximo y luego colapsan a una velocidad mayor que la del sonido, emitiendo ondas de choque o de presión con un frente de onda abrupto, todo en una fracción de segundo.

Estas burbujas generan fuertes cambios en las propiedades físicas del medio circundante, lo que las convierte en candidatas viables para innumerables aplicaciones, entre otras, limpiar superficies de manera muy localizada, para focalizar células y para calentamiento o enfriamiento, conocido como termocavitación óptica.

El principio es que en configuraciones de doble burbuja, una de ellas colapsa más rápido y acelera la burbuja vecina para invertirse y perforarse a sí misma, emitiendo un chorro diminuto o microjet que podría perforar una membrana celular y usarse presumiblemente para transfectar una célula, si es lo suficientemente fuerte.

Sin embargo, la velocidad, la fuerza y la trayectoria del chorro están altamente influenciadas por las propiedades mecánicas del medio que lo rodea, y por las separaciones espaciales y temporales de las burbujas, por eso este estudio buscó desarrollar una técnica eficaz para focalizar estos chorros en materiales blandos y en microescala.

Así, se generaron chorros a partir de una burbuja simple y doble; se dirigieron a dos medios blandos: parafina blanda, que es vaselina, para cuantificar la efectividad de la doble burbuja sobre la inyección de una sola burbuja; y un gel de agar transparente ampliamente utilizado para modelar tejido humano, para explorar la aplicación de la inyección a microescala, y luego se compararon los resultados.

“El uso de un arreglo de doble burbuja inducida por láser es una ventaja significativa sobre estudios anteriores, que dependen de una boquilla convergente o una cavidad presurizada para producir chorros fuertes... Aquí aprovechamos la física inherente al colapso asincrónico de dos burbujas para acelerar el chorro que perfora la superficie cercana”, señaló Guillermo Aguilar, estudiante de la UCR y coautor del estudio.