Distinguir la figura de un milpiés cautivo durante 23 millones de años dentro de un ámbar genera asombro, pero conocer a detalle su estructura por cada lado y ubicar sus singularidades hasta saber que pertenece a una especie antes no descrita, produce una sensación de maravilla.
Esto es un ejemplo de lo logrado por Arnulfo Martínez Dávalos y Mercedes Rodríguez Villafuerte, investigadores del Instituto de Física (IF) de la UNAM, quienes han desarrollado un microtomógrafo computarizado de rayos X, capaz de tomar cientos de radiografías para generar una sola imagen en tercera dimensión y así recrear, con asombrosa precisión, la estructura de un pequeño insecto, un pez, una semilla o un nuevo material.
Con la adaptación de conocimiento previo, la miniaturización de algunos componentes y la creación de su propio sistema de algoritmos matemáticos para interpretar señales y convertirlas en imágenes, los doctores en física han logrado un equipo no invasivo y de bajo costo, en comparación con sus análogos comerciales, un instrumento de amplio alcance para apoyar múltiples líneas de investigación, siempre que la muestra a estudiar mida unos centímetros y su densidad sea la adecuada para ser atravesada por rayos X de baja energía.
Rayos X y detectores
“La técnica de esta tomografía existe para estudiar a los seres humanos desde mediados de la década de 1970. Consiste en poner al paciente en una mesa deslizable que pasa por el centro de un anillo, el cual tiene, por un lado, una fuente emisora de esos rayos con suficiente energía para atravesar el cuerpo humano y, por otro, varios detectores que registran las emisiones”, explicó Rodríguez Villafuerte, doctora en física y especialista en física médica.
El haz de rayos X incide desde diferentes direcciones sobre el objeto de estudio (el cuerpo de una persona o, a menor escala, de un ratón de laboratorio) y la radiación que no absorbe el objeto es captada por los detectores que transforman esos rayos en una señal digital que llega a una computadora.
Al hacer un tomógrafo propio, los físicos ya tenían experiencia con ese tipo de equipos. “No inventamos los microtomógrafos, ya existían desde el año 2000, aunque la idea era anterior. Compramos las partes y lo armamos en el laboratorio. Lo importante es que desarrollamos todo el sistema de control de movimientos, adquisición y procesamiento de datos”, señaló Martínez Dávalos, también doctor en física y experto en física médica, área que ha revolucionado el diagnóstico de la práctica médica en el mundo.
Con el desarrollo de algoritmos matemáticos propios, los científicos crearon su equipo sobre una mesa óptica y comenzaron a probar distintas muestras de tamaño pequeño. “Este prototipo está al alcance de un proyecto financiado por el Conacyt o la UNAM, nos permite hacer investigación básica sobre microtomografía y formar recursos humanos en esta área”, añadió.
Primer uso en paleontología
La primera aplicación del microtomógrafo a la paleontología ocurrió cuando José Luis Ruvalcaba Sil, investigador del Instituto de Física, y Francisco Riquelme, estudiante del posgrado de Ciencias Biológicas de la UNAM, llevaron a los físicos un pequeño ámbar de 2.5 centímetros de largo con el fósil de un milpiés cautivo en la resina desde hace 23 millones de años.
Es una pieza del Museo del Ámbar Lilia Mijangos, de San Cristóbal de las Casas, Chiapas. Es patrimonio de la nación y está registrado ante el Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH) por su valor científico y cultural. La ventaja de que la técnica de microtomografía de rayos X no sea invasiva permitió que el equipo fuera utilizado para analizar al huésped de la resina.
El resultado fue notable. El detalle del estudio fue tan preciso que se describió a una especie desconocida, hallazgo que fue publicado en agosto de 2014 en la revista PLoS ONE.
Otras aplicaciones
Actualmente el microtomógrafo se utiliza para estudiar tumores en cerebros de ratones de laboratorio, una colaboración que los físicos tienen con especialistas del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Manuel Velasco Suárez.
“El equipo permite analizar a detalle tumores implantados en el cerebro de una rata, órgano que mide dos centímetros de largo por 1.5 de ancho”, explicó Martínez Dávalos.
En el área médica también es ideal para el estudio de biopsias, pues se puede observar el interior de una muestra sin necesidad de seccionar. “Una vez que se tienen las imágenes reconstruidas, por ejemplo de la cabeza de un ratón, se pueden establecer varias ventanas para visualizar en la computadora los diferentes tejidos, desde el blando hasta el hueso”, detalló Rodríguez Villafuerte.
Además, ya se planea usarlo para estudiar semillas de interés biológico en la Facultad de Ciencias, así como para analizar la estructura de nuevos materiales.
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