La tecnología láser ultrarrápida sigue sorprendiendo. Si bien la investigación en este campo puede parecer bastante abstracta a primera vista, muy a menudo conduce a aplicaciones concretas. Esto es particularmente cierto en el sector de la salud, donde la tecnología se puede utilizar para tratar ciertos tipos de cáncer.
Esta aplicación fue descubierta por el equipo de investigación del Laboratorio Avanzado de Fuentes de Luz Láser (ALLS) del Instituto Nacional de Investigación Científica (INRS), tras un trabajo reciente dirigido por el profesor y director del Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications (Centro EMT), François Legaré.
Este trabajo es fruto de la colaboración con físicos médicos del Centro de Salud de la Universidad McGill (MUHC). El estudio del equipo, publicado en la revista Laser &Photonics Reviews , presenta resultados que cuestionan ciertos conocimientos sobre los pulsos láser de alta potencia, conocimientos que se habían vuelto comunes en la comunidad científica.
"Por primera vez, hemos demostrado que, bajo ciertas condiciones, un rayo láser fuertemente enfocado en el aire ambiente puede acelerar electrones que alcanzan energías en el rango de MeV (megaelectronvoltios), el mismo orden de magnitud que algunos irradiadores utilizados en radioterapia para el cáncer. " afirma François Légaré, director del centro EMT del INRS.
Estaba bien establecido que enfocar un pulso láser de intensidad suficientemente alta en el aire ambiente generaría un plasma en el punto focal. Este plasma actúa como fuente de electrones que pueden acelerarse hasta energías de hasta unos pocos keV (kiloelectronvoltios) como máximo. Hasta hace poco, no era posible alcanzar energías más altas en el aire ambiente debido a una limitación física.
El equipo de investigación pudo demostrar que los electrones acelerados en el aire ambiente pueden alcanzar energías en el rango de MeV (megaelectronvoltios), o alrededor de 1.000 veces más que este límite hasta ahora insuperable.
Mejor tratamiento contra el cáncer
El avance del equipo del Centro EMT del INRS abre la puerta a importantes avances en física médica. Un buen ejemplo es la radioterapia FLASH, un enfoque novedoso para tratar tumores resistentes a la radioterapia convencional.
Es una técnica que se puede utilizar para administrar altas dosis de radiación en un tiempo extremadamente corto (microsegundos en lugar de minutos). Esto protege mejor el tejido sano alrededor del tumor. Este efecto FLASH aún no se comprende bien en la investigación, pero parece implicar una rápida desoxigenación de los tejidos sanos, reduciendo su sensibilidad a la radiación.
"Ningún estudio ha podido explicar la naturaleza del efecto FLASH. Sin embargo, las fuentes de electrones utilizadas en la radioterapia FLASH tienen características similares a la que producimos al enfocar nuestro láser fuertemente en el aire ambiente. Una vez que la fuente de radiación esté mejor controlada, La investigación nos permitirá investigar qué causa el efecto FLASH y, en última instancia, ofrecer mejores tratamientos de radiación a los pacientes con cáncer", afirma Simon Vallières, investigador postdoctoral y primer autor del estudio.
Este descubrimiento tiene implicaciones concretas. En primer lugar, se requiere especial precaución al manipular rayos láser que están muy enfocados en el aire ambiente.
"Las energías de los electrones observadas (MeV) les permiten viajar más de tres metros en el aire, o varios milímetros bajo la piel. Esto supone un riesgo de exposición a la radiación para los usuarios de la fuente láser", explica Simon Vallières.
Además, al tomar medidas cerca de la fuente, el equipo observó una alta tasa de dosis de radiación de electrones, de tres a cuatro veces mayor que la utilizada en la radioterapia convencional.
"Descubrir este peligro de radiación es una oportunidad para implementar prácticas más seguras en los laboratorios", afirma Simon Vallières. El joven investigador señala que el manejo de rayos láser altamente enfocados en el aire ambiente debe hacerse con cuidado y que los científicos deben evitar la exposición a altas dosis de radiación, ya que son perjudiciales para la salud.
Más información: Simon Vallières et al, Haz de electrones MeV de alta dosis de un láser IR de femtosegundo estrechamente enfocado en aire ambiente, Reseñas de láser y fotónica (2023). DOI:10.1002/lpor.202300078
Proporcionado por el Institut national de la recherche scientifique
