La experiencia estuvo a cargo de un equipo de investigadores encabezado por el ingeniero Victor Toranzos, profesor titular de la cátedra de Electromagnetismo en la Carrera de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la UNNE.

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Toranzos explicó a Argentina Investiga que, en la actualidad, los diagnósticos por análisis de imágenes permiten detecciones tempranas de tejidos patológicos para poder identificar tumores de unos pocos milímetros de diámetro en órganos internos.

Este avance, que se registra en la tecnología para el diagnóstico oncológico, pretende ser acompañado con una evolución similar en las terapéuticas para su tratamiento. Dicho de otra manera, la ciencia ya propone alternativas para atacar de forma focalizada los tumores sin afectar los tejidos sanos circundantes.

El tratamiento ensayado por el equipo se basa en la “hipertermia”, es decir, utiliza la elevación de temperatura para eliminar un tumor o tejido canceroso. Ahora bien, para generar esa hipertermia utilizaron microondas, con el inconveniente de que un procedimiento térmico de este tipo en zonas muy localizadas es aún un método no muy bien controlado.

“Las microondas se utilizan ampliamente en la industria, el hogar y en la medicina para producir calor. Sin embargo, la distribución de absorción de calor y, por lo tanto, la elevación de temperatura en volumen dependen de las características dieléctricas de los materiales y compuestos con las que interactúan”, señaló Toranzos. El concepto de características dieléctricas hace referencia a la baja capacidad que tienen los materiales de conducir electricidad y actúan como aislantes.

Simulación

El equipo de investigadores propuso una solución para abordar este problema. Consiste en determinar las condiciones óptimas con aptitudes fisiológicas para lograr una interacción de microondas localizada en el entorno de un prisma de silicio embebido en un medio eléctricamente equivalente al tejido. “La hipótesis es que esto permitiría diseñar una técnica similar a la braquiterapia pero sin radiación ionizante, calentando mayormente el tejido enfermo sin dañar el tejido sano”.

La braquiterapia es un tipo de radioterapia utilizada para tratar casos oncológicos. Se ubican cápsulas o pequeñas partículas que actúan como fuente de radiación cerca del tumor, con lo que se convierte en un tratamiento de extrema precisión. Se hace referencia a que es una técnica sin radiación ionizante porque estas radiaciones pueden llegar a alterar la molécula de ADN de una célula, con la posibilidad de que no pueda llevar a cabo correctamente una o varias de sus funciones vitales y con las consecuencias que esta modificación implica.

En el transcurso del experimento se analizó la interacción de un haz de microondas con polarizacion lineal sobre un prisma de silicio cristalino dopado tipo p, embebido en agua.

Para abordar la investigación y comprobar la hipótesis inicial se procedió por dos caminos diferentes. Por un lado, la simulación computacional de un sistema compuesto por un dieléctrico de propiedades similares a un tejido vivo y un prisma de silicio dopado en el cual se estudia la absorción de potencia de microondas a 2,5GHz. Por otro lado, se aborda el problema mediante un arreglo experimental, que consiste en una cuba con un electrolito compuesto de agua salada, emulando al tejido vivo, y un prisma de silicio en el seno del líquido. Se midió la evolución temporal de la temperatura en la cuba, con y sin el prisma de silicio, al exponerse el arreglo a microondas generadas mediante un magnetrón de un horno microondas doméstico adaptado convenientemente al experimento.

El diseño de ese dispositivo permitió verificar variaciones de temperatura en la respuesta dieléctrica en distintas direcciones según la relación de aspecto del prisma que define el compuesto silicio-agua. Se empleó un rango adecuado de frecuencias para el haz de prueba, acorde con la profundidad del tejido a tratar, para superar las limitaciones en la distancia de penetración de las propuestas con nanopartículas metálicas.

Las simulaciones mostraron que la potencia absorbida puede localizarse sobre una fracción de llenado mucho menor a la ocupada por el prisma y en las inmediaciones de sus aristas sobre las caras de menor superficie.

Tanto en la simulación como en los resultados experimentales se observó un incremento desde el 20% al 130% en la potencia absorbida cuando la superficie plana del prisma de silicio varía desde la orientación ortogonal a la paralela respecto a la dirección de polarización del haz incidente.

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Estos resultados permiten asegurar, al menos en condiciones de laboratorio, que la temperatura en inmediaciones del prisma del silicio es superior al resto de los tejidos expuestos a microondas, esa diferencia puede ser crucial a la hora de atacar únicamente un tumor pero con la premisa de no dañar tejido sano y, por lo tanto, mejorar la recuperación del paciente.