Aparentemente, el cristal de bromuro de talio se parece al ámbar amarillo, la bella resina fósil proveniente de los pinos prehistóricos, extinguidos. Sin embargo, la semejanza es sólo aparente, pues este cristal desarrollado en el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen, sigla en portugués), que va ajustado en la punta de una sonda quirúrgica, ayuda a los cirujanos a hacer incisiones precisas en los tejidos afectados por células cancerígenas, y en la detección de linfonodos – los puntos de confluencia de la red linfática – durante las operaciones. Los vasos linfáticos forman parte del sistema circulatorio del cuerpo humano y distribuyen fluidos como el agua y células. En el procedimiento quirúrgico, es necesario inyectar, entre 2 y 24 horas antes, una sustancia radioactiva en la zona del tumor, como el radiofármaco tecnecio-99. “El radiofármaco emite radiación gamma, que es captada por la sonda”, explica el profesor Renato Santos de Oliveira Filho, de la cátedra de Cirugía Plástica de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), quien coordinará los estudios clínicos con la nueva sonda. Y otras aplicaciones del cristal de bromuro de talio están investigándose en el Ipen, para su utilización en la industria como controladores de espesor de hojas de papel o plástico, por ejemplo, y en la astrofísica, como rastreadores cósmicos de emisores de rayos X.
Los grandes centros de medicina nuclear de Brasil disponen de sondas radioguiadas elaboradas con otros cristales, como el ioduro de cesio y el telururo de cadmio, pero son importadas, y cuestan entre 20 mil y 40 mil dólares. Una estimación indica que el precio de la sonda de bromuro de talio desarrollada en el Ipen costará alrededor 6 mil dólares, con la misma calidad. “El alto precio de los equipos importados y la falta de asistencia técnica fueron los motivos que llevaron a algunos médicos a consultarnos, para desarrollar una sonda nacional”, dice la coordinadora de la investigación, Margarida Mizue Hamada, del Laboratorio de Desarrollo de Sensores de Radiación del Ipen. En el laboratorio trabajan varios grupos, en el área de crecimiento de cristales y en la preparación y caracterización de estos materiales como detectores de radiación para diversas aplicaciones.
Cristales perfectos
Los cristales de silicio y germanio son reconocidos como excelentes detectores semiconductores de radiación, pero requieren bajas temperaturas para funcionar. Por eso, los investigadores implicados en el proyecto decidieron trabajar con el cristal semiconductor de bromuro de talio, que funciona a temperatura ambiente. El desafío consistió en que los cristales crecieran con perfección; reto que se transpuso con el desarrollo de una nueva metodología para la purificación de la sal de bromuro de talio. La primera etapa de este proceso consiste en poner la sal en un tubo de cuarzo sellado, que va al horno a una temperatura de 500 a 555°C, para la purificación del material mediante un proceso denominado refinación zonal. “La pureza constituye un factor determinante en la calidad del cristal para actuar como detector de radiación con alta resolución energética”, dice Margarida. Posteriormente, el material pasa por otro horno, para el crecimiento de los cristales. Luego se corta el cristal en rodajas de diferentes espesores con una sierra de diamante y se lo pule. Se ponen contactos eléctricos en estas rebanadas para que funcionen como detectores de radiación.
La radiación contenida en el radiofármaco inyectado en el organismo excita el detector de radiación y produce una pequeña señal eléctrica. Esta señal se amplifica, se cuantifica y se transforma en una señal sonora, para orientar al cirujano en la ubicación del área afectada sin por ello tener que recurrir al monitoreo visual. La sonda es encapsulada en un montaje cilíndrico de acero inoxidable, de modo de asegurar la asepsia. Una vez conectada a la unidad electrónica de conteo – una caja metálica – y acoplada a una computadora, muestra la medida de radiación en cada foco del tumor. La técnica de utilización de la sonda quirúrgica radioguiada, difundida mundialmente durante la última década, ha sido empleada en varios hospitales brasileños.
La evaluación se lleva a cabo desde el linfonodo centinela, el primero que recibe el drenaje de la red linfática. “Este método tiene una alta eficacia para identificar metástasis ocultas en los tumores de diseminación inicial preferentemente por la vía linfática, como en el melanoma cutáneo y en el cáncer de mama”, dice Oliveira Filho. “La gran ventaja de esta técnica consiste en minimizar la intervención quirúrgica, porque solamente se extirpará toda la cadena de linfonodos en caso de haber un efectivo comprometimiento”. Por ahora ha sido utilizada principalmente para melanomas y cánceres de mama. Pero se están realizando estudios experimentales para extenderla a otros tipos de tumor.
En el proyecto financiado por la FAPESP se desarrollaron dos prototipos de sondas quirúrgicas. En uno de ellos se utilizó la tecnología dos detectores semiconductores con bromuro de talio, y en el otro, la de los detectores centelladores con ioduro de cesio dopado con talio. Ambos prototipos arrojaron buenos resultados. La gran ventaja de utilizar el bromuro de talio radica en que no necesita un componente fotosensor (fotodiodo) para convertir la luz en una señal electrónica, mientras que el ioduro de cesio requiere de este material, catalogado en la lista de aplicaciones nucleares y, por lo tanto, con restricciones de obtención. Y lo que vuelve más ventajoso el uso del bromuro de talio en comparación con el telururo de cadmio es que el cristal posee un número atómico elevado y, por consiguiente, una alta densidad de electrones en la red cristalina. Esto hace posible una alta eficiencia en la producción de cargas en el interior del detector, debido al aumento de la probabilidad de interacción de la radiación con el medio material del mism. Así, incluso cristales muy pequeños son suficientes para interactuar con el radiofármaco inyectado. Esto permite reducir las dimensiones de la sonda radioguiada, lo que a su vez hace más fácil su manipuleo por parte de los cirujanos.
La metodología para la purificación y el crecimiento de los cristales de bromuro de talio es el tema de una tesis doctoral de Icimone Braga de Oliveira, bajo la dirección de la profesora Margarida y también subvencionada por la FAPESP. Toda la tecnología destinada a crear la parte electrónica del cristal, el módulo de procesamiento, de conteo de la radiación, de exhibición y el sistema de alarma sonora forma parte de la tesis doctoral de Fábio Eduardo da Costa. “Los ensayos técnicos, que preceden a los estudios clínicos, mostraron que la sonda de bromuro de talio reúne las mismas características físicas de las otras que existen en el mercado”, dice Oliveira Filho.
La implementación en el Ipen de la tecnología de crecimiento de cristales centelladores y su caracterización como detectores de radiación empezó en 1992, con el arribo en calidad de profesor visitante de Shinzou Kubota, de la Universidad de Rikkyo, Japón, durante cuatro meses, con el auxilio de la Fundación. En la actualidad el instituto suministra cristales para diversas aplicaciones, tales como detectores para medidas de trazadores de mercurio en organismos acuáticos marinos y de radiación de origen cósmico. Con el desarrollo de la sonda de bromuro de talio, el Ipen atiende una demanda profesional y espera contribuir con la nueva tecnología también para propagar el uso de la sonda radioguiada en las cirugías oncológicas. El prototipo que se utilizará en la Unifesp se fabricó en el instituto, pero tan pronto como se lleven a cabo los ensayos clínicos, la tecnología será transferida a empresas que manifiesten interés en producir la sonda.
El Proyecto
Desarrollo del cristal semiconductor de bromuro de talio para distintas aplicaciones como detector de radiación y espectrómetro de centelleo
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinadora
Margarida Mizue Hamada – Ipen
Inversión
R$ 93.783,75 (FAPESP)
