Los nanotubos de carbono forman parte central de una nueva máquina de rayos X cuyas pruebas clínicas comenzarán más tarde este año en los Hospitales de la Universidad de Carolina del Norte (UNC). El rendimiento de la máquina podría ser mucho mejor que el de las máquinas que se utilizan hoy día para obtener imágenes por rayos X, así como en las terapias contra el cáncer, según afirman los investigadores de la UNC que desarrollaron la tecnología. Han podido demostrar que acelera la obtención de imágenes de órganos, toma imágenes más nítidas, y podría incrementar la precisión de la radioterapia para que no se dañen los tejidos normales.

Las máquinas de rayos X convencionales consisten en un largo tubo con un emisor de electrones en una punta, normalmente un filamento de tungsteno, y un electrodo de metal en la otra. El filamento de tungsteno emite electrones al ser calentado a 1000 grados Celsius. Los electrones son acelerados a lo largo del tubo y golpean el metal, creando rayos X.

En vez de utilizar sólo un emisor de tungsteno, el equipo de la UNC utiliza una serie de nanotubos de carbono verticales que hacen las funciones de cientos de pequeñas pistolas de electrones. Mientras que el tungsteno necesita tiempo para calentarse, los nanotubos emiten electrones desde sus pequeñas puntas de forma instantánea una vez que se les aplica voltaje.

Los investigadores presentaron el estudio del escáner de nanotubos durante una reunión de la Asociación Americana de Físicos en Medicina la semana pasada.

El profesor de física y ciencia de los materiales Otto Zhou cofundó una compañía llamada Xintek con sede en Research Triangle Park, en Carolina del Norte, para comercializar la tecnología. Xintek se ha asociado con Siemens Medical Solutions para formar una compañía conjunta, XinRay Systems, que ha desarrollado el sistema prototipo que pasará a la fase de pruebas clínicas este año.

La obtención de imágenes de rayos X claras y de alta resolución de órganos corporales resulta más fácil mediante el uso de la nueva fuente de múltiples haces, afirma Zhou. Las máquinas de escáner por tomografía computerizada convencionales (TAC) tardan varios minutos para crear imágenes en 3-D claras utilizando rayos X. “Puesto que la radiación proviene de un punto en el espacio, la máquina tiene que mover la fuente de electrones y el detector alrededor del objeto,” afirma Zhou. El emisor de rayos X dispara mientras que el tubo se mueve. El movimiento del corazón y los pulmones puede hacer que la imagen sea borrosa, por lo que un escáner TAC toma cientos de fotografías que después son sintetizadas para formar una imagen en 3-D.

La nueva máquina, por el contrario, enciende y apaga los múltiples emisores de nanotubos en una secuencia para obtener imágenes desde distintos ángulos sin tener que moverse. Puesto que los emisores se encienden y apagan de forma instantánea, afirma Daniel Kopans, director de obtención de imágenes de pecho en el Hospital General de Massachussets, el sistema debería ser capaz de tomar más imágenes por segundo. Esta exposición más rápida, señala Kopans, debería poder reducir las imágenes borrosas, de igual modo que las cámaras de alta velocidad capturan el movimiento ultra rápido. Zhou y sus colegas han logrado tomar imágenes de pecho a casi el doble de resolución que los escáneres comerciales, utilizando 25 haces distintos en sólo unos pocos segundos.

La obtención de imágenes de forma rápida y en tiempo real ayudará a mejorar los tratamientos contra el cáncer. “La terapia de radiación de última generación se basa ampliamente en la toma de imágenes,” afirma Sha Chang, profesora de radiación oncológica en la Escuela de Medicina de la UCN, y que trabaja junto a Zhou. Se toman fotos del área del tumor para que la radiación se pueda enfocar en el tumor, sin tocar los tejidos normales que lo rodean. No obstante, y puesto que los escáneres actuales son lentos, Chang afirma que no es posible tomar imágenes en 3-D y tratar al paciente al mismo tiempo. “El uso del dispositivo de captura de imágenes 3-D de rayos X con nanotubos nos permitirá obtener imágenes en 3-D mientras tratamos al paciente, para asegurarnos de que las altas dosis de radiación y calor están siendo distribuidas en el lugar correcto,” afirma.

Los resultados de las pruebas clínicas determinarán si Xintek puede entrar en el mercado de la captura de imágenes médicas. Mientras tanto, la compañía también vende sus emisores de nanotubos a los fabricantes de pantallas. Compañías como Samsung y Morotola están fabricando pantallas basadas en emisores de nanotubos que prometen consumir menos energía que las pantallas de cristal líquido o las pantallas de plasma, y al mismo tiempo ofrecen la misma nitidez y brillo que las televisiones de rayos catódicos puesto que funcionan bajo el mismo principio: disparan electrones a una pantalla con una capa de fósforos rojos, verdes y azules.

La tecnología de imágenes de Xintek también está demostrando ser útil para las investigaciones en laboratorios de animales. Es capaz de tomar imágenes cardiacas nítidas de ratones, lo cual no es fácil debido a la rapidez de sus latidos. Zhou afirma que los investigadores biomédicos de la UNC ya han utilizado el sistema y están instalando una segunda unidad en las instalaciones de investigación de la escuela médica.