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Conversación con Pedro García Barreno

Jorge Alegre Cebollada, CNIC (Madrid)

El médico y académico comparte su visión acerca de la ciencia de frontera y nos transmite su consejo para la Biofísica: “Quítenle el nombre”.

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Los biofísicos estamos orgullosos del carácter radicalmente interdisciplinar de nuestras investigaciones. En la Sección beyond Biophysics mostraremos cómo la Biofísica se relaciona con otras áreas del conocimiento. Con este artículo inaugural exploramos cuáles son los vínculos entre la Biofísica y la Medicina. Para ello, he contado con la fortuna de conversar con Pedro García Barreno, médico cirujano, catedrático emérito de la Facultad de Medicina de la Universidad Complutense, y miembro de las Reales Academias Española y de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, entre otros méritos y distinciones. Nuestra conversación me lleva a concluir que la interdisciplinariedad no puede ser una meta; menos aún ante los desafíos sociales y científicos actuales. “Somos estudiosos de problemas, no de disciplinas”, dice el académico parafraseando a Karl Popper. Este lema está presente a lo largo de toda nuestra charla.

La Biofísica como transciencia. Acudo al despacho de García Barreno en el Instituto de España, la institución que coordina los esfuerzos de las ocho Reales Academias nacionales. El vetusto edificio sede del Instituto es un fantástico lugar para reflexionar acerca de Ciencia, Filosofía, Historia o lo que surja. Y dado el extenso y variado conocimiento de mi interlocutor, me lo tomo como una oportunidad para aprender tanto como me sea posible. García Barreno ve la Biofísica como “lo que está debajo de todo”, un excelente representante de uno de sus conceptos favoritos, la transciencia. “Transciencia es la expresión de una estrategia de abordar los problemas del mundo como una prioridad”, afirma. No tarda mucho en transmitirme su admiración por los que en su opinión son los primeros biofísicos modernos: Bohr, Schrödinger, Delbrück, Kendrew, Perutz, etc. Todos ellos fueron pioneros que asumieron el reto de entender problemas biológicos usando principios prestados de la Física.

La interdisciplinariedad no puede ser una meta. “Somos estudiosos de problemas, no de disciplinas”, dice el académico parafraseando a Karl Popper.

La Biofísica y el avance de las técnicas médicas. Para García Barreno, la Biofísica está detrás de grandes avances en la práctica médica en general y quirúrgica en particular. Cita como ejemplos las técnicas de imagen, la fibra óptica, los bisturís de alta energía, o los órganos artificiales. En su opinión, en todos estos avances la Biofísica ha jugado y juega un papel fundamental. Él mismo vivió en primera persona esta fructífera relación durante su etapa como director del Hospital Gregorio Marañón, cuando puso en marcha una unidad avanzada de imagen cardiaca. El académico pronostica que todavía hay grandes avances por llegar, consecuencia de desarrollos biofísicos más recientes, como la microscopía óptica de alta resolución, galardonada con el Premio Nobel de Química de 2014. Bromeando, pero sólo en parte, se aventura a proponer que “la cirugía es un arte que desaparecerá en poco tiempo” como consecuencia de todos esos avances.

La relación entre la Biofísica y la Medicina en España. En nuestra conversación, sale a menudo a colación que en España la comunicación entre disciplinas es difícil. Considera que en nuestro país faltan centros con masa crítica que faciliten la discusión entre personas con distinta experiencia. Y pone como ejemplo a imitar el Santa Fe Institute de Nuevo México, donde durante 30 años se ha posibilitado que pensadores con distinta formación interaccionen para intentar solucionar cuestiones complejas, como el comportamiento humano o la dinámica de la materia viva, y todo ello dejando a un lado las disciplinas tradicionales. Considera que el problema al que nos enfrentamos en España no viene tanto de la falta de recursos como de la voluntad de acercarnos a otros nichos del saber. Por ejemplo, en Estados Unidos es fácil encontrar estudiantes de medicina con interés por técnicas biofísicas; en España eso es mucho más raro. A los pocos que hay, el catedrático emérito les recomienda saltarse algunas de sus clases de la Facultad de Medicina, y acudir en su lugar a otras facultades: Matemáticas, Física, etc. Aboga por la especialización, pero siempre manteniendo la mente abierta para poner la experiencia adquirida en un contexto más amplio.

El futuro. Según García Barreno, no podemos cometer el error de convertir la interdisciplinariedad en nuevas disciplinas. ¡Las disciplinas han muerto! Cita como ejemplo a seguir a Erez Lieberman Aiden, un científico de éxito que sin embargo no pertenece a ninguna disciplina, sino a los problemas que decide estudiar. De hecho, defiende la necesidad de un cambio estructural de la Universidad, en el que las facultades desaparezcan y dejen paso a unidades de investigación enfocadas hacia problemas concretos. En lo que respecta a la Biofísica, pronostica que su contribución será clave para avanzar en los retos científicos actuales, como la Biología Sintética, el Conectoma Cerebral, o la Ingeniería de la Biosfera. Sin embargo, también advierte del peligro al que se enfrenta: convertirse en una disciplina más. De hecho, su recomendación es que abandonemos el término Biofísica. “El peligro de las palabras es que tienen mucha fuerza y nos encorsetan”. Y concluye: “Los biofísicos sois más que eso”.

Presentation on theme: 'Unidad 9 Biofísica de las Radiaciones Imágenes de Medicina Nuclear'— Presentation transcript:

1 Unidad 9 Biofísica de las Radiaciones Imágenes de Medicina Nuclear
Dr. Juan José Aranda AboyProfesor e Investigador Titular

2 Espectro de energía de la radiación gamma

3 Detección por cristal de centelleo

4 Cámara de centelleos

5 Tubo foto multiplicador (TFM)

6 Arreglo de TFM

7 Cámara GammaGamma rays from the organ travel in all directions, but the collimator tubes ensure that only radiation from a small region reaches the NaI detector.Light is detected by more than one photomultiplier tube, but the relative amounts received improve spatial resolution.An electronic pulse height analyzer selects events that have the proper gamma-ray energy.The resulting image has spatial resolution of about 1% of the image dimension

8 Cámara Gamma (2)In a gamma camera system, radioisotopes emit gamma rays, which are collimated, strike a NaI crystal, which emits light measured by photomultiplier tubes.

9 Cámara Gamma multicristal

10 Sistemas de rastreo

11 In each successive gamma-camera picture of a thyroid phantom, the number of counts is increased by a factor of 2. The number of counts ranges from 1563 to 800,000. The Polaroid camera aperture was reduced to avoid overexposure as the number of counts was increased.

12 Images of a patient's skeleton obtained by a rectilinear scanner, in which a technetium-labeled phosphate compound reveals regions of abnormally high metabolism. The conventional analog image is on the left, the digitized version on the right.

13 Gamma-camera images of an anterior view of the right lobe of a patient's liver. A colloid labeled with radioactive technetium was swept from the blood stream by normal liver tissue. Left: conventional analog image. Right: Digitized version of the same data.

14 Single-Photon Emission Computed Tomography (SPECT)
In single-photon emission computed tomography (SPECT), a scintillation assembly similar to a gamma camera is rotated around the patient.The gamma rays are collected from the patient in a manner similar to CT, but several slices are obtained at the same time.The resulting multiple slices show depth activity in the volume of interest.It is possible to see anomalies not observable with conventional X rays or gamma cameras.

15 Positron Emission Tomography (PET)
Some isotopes produce positrons that react with electrons to emit two photons at 511 keV in opposite directions.The two detectors on opposite sides of the patient that determine if the two scintillation effects are coincident and have energy levels close to 511 keV.Additional pairs of detectors permit faster operation.Image reconstruction is similar to that of CT, but an advantage of PET is that all of the most common radioisotopes used, 15O, 13N, 11C and 18F, can be compounded as metabolites.For example, CO can be made with 11C. If a portion of the brain is active, increased blood flow carries the isotope to it, where it shows up on the image.Abnormal functioning, tumors, seizures and other anomalies may also be mapped this way. For example, measurement of glucose–fluorodeoxyglucose (FDG) metabolism is used to determine tumor growth.Because small amounts of FDG can be visualized, early tumor detection is possible before structural changes occur or would be detected by MRI or CT.

16 PET camera In the PET camera, (a) the paired and
(b) the hexagonal ring cameras rotate around the patient.(c) The circular ring does not rotate, but may move slightly to fill in the gaps between the detectors.

17 PET imageThe trapping of 60Cu-PTSM (a thiosemicarbazone) reflects regional blood flow, modulated by a nonunity extraction into the tissue.

18 Bibliografía Barea Navarro, R. Tema 5 MN.pdf
Davidovits,P. “Physics in Biology and Medicine” 2nd Ed. Academic Press, 2001 (ISBN ) Cap. 16, ppFrumento S.A. “Biofísica” 3ra edición. Ed. Mosby / Doyma Libros, 1995, (ISBN X) Caps. 24 al 29, ppHobbie,R.K. “Intermediate Physics for Medicine and Biology” 3rd Ed. Springer-Verlag, 1997 (ISBN ) Cap. 12 al 17, ppJou,D.; Llebot,J.E. y Pérez García,C. “Física para Ciencias de la Vida” McGrawHill / Interamericana, 1994 (ISBN ) Cap. 8, ppParisi,M. “Temas de Biofísica”. McGrawHill /Interamericana, 2001 (ISBN ) Cap. 7, ppValdés,R.; Azpiroz,J.; Hernández,M. y Cadena,M. “Imagenología Médica” Ed. UNAM, 1995, ISBN Cap. 3 pp 35-54Webster,et.al. “Medical Instrumentation and Design” 3rd Ed. Chap. 12