Con láser que lee los CD, avances para un microscopio más barato que diagnostique la malaria

Con corte a mayo de 2023, el Instituto Nacional de Salud (INS) reportó 29.608 casos de malaria en Colombia (705 de ellos complicados), 11.656 más que en el mismo periodo de 2022. “La herramienta por excelencia para diagnosticar la malaria ha sido la microscopía óptica de campo brillante, es decir los microscopios de uso común. Sin embargo, por su alto costo, difícil portabilidad y necesidad de personal especializado, su uso se ha visto limitado en regiones que no cuentan con dichos recursos”, explica Jorge García Sucerquia, director del Grupo de Investigación Óptica y Procesamiento Opto-Digital de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Los principales focos de transmisión de esta enfermedad están en Chocó, Cauca, Nariño y Buenaventura (región Pacífica), por lo que es pertinente hallar métodos de diagnóstico fáciles de transportar y económicamente asequibles. “La microscopía holográfica digital (DHM) es una alternativa muy promisoria, sobre todo aquella que se hace sin lentes, porque solo necesita una cámara y una fuente de luz puntual. Es una técnica muy simple, pero al mismo tiempo muy poderosa”, señala Alejandra Gómez Ramírez, ingeniera física de la UNAL Sede Medellín y miembro del Grupo de Investigación.

Con lentes frente a la malaria

Como cualquier otro microscopio, el holográfico digital permite observar objetos micrométricos. No obstante, por ser holográfico recupera la información en tres dimensiones (3D): ancho, alto y profundidad, y la reconstruye digitalmente. “Este tipo de microscopía se puede implementar en dos arquitecturas: con y sin lentes. El proyecto que propusimos para los Premios Medellín Investiga 2023 evaluó las capacidades tecnológicas actuales de cada una de estas arquitecturas, con miras a detectar la malaria en muestras de sangre sin tinción –es decir sin agregar tintes o colorantes– y optimizar su funcionamiento”.

“Gracias a la DHM es posible omitir la tinción, lo cual representaría un ahorro en el costo de materiales y de personal especializado. Evaluamos ambas arquitecturas en una simulación, es decir, mediante procesos y cálculos numéricos. Así, encontramos que con la DHM sin lentes no sería posible detectar la malaria desde sus etapas más tempranas, mientras que con DHM con lentes sí. Con esto claro hicimos el montaje del microscopio con DHM con lentes, que es casi como un microscopio óptico convencional, pero agregando una ruta de luz interferométrica”, explica la ingeniera Gómez.

Esta técnica implica utilizar dos ondas de luz que salen de la misma fuente. “Podemos imaginarlo como la luz que sale de un láser y llega a un instrumento óptico –en este caso el llamado Beam Splitter–, que divide esa luz en dos: una pasa por la muestra, es decir que brinda toda la información del objeto, y la otra –que llamamos onda de referencia– simplemente llega a superponerse en el sensor con un determinado ángulo”.

“Esa interferencia genera un patrón de franjas que nosotros llamamos holograma. Así podemos ver en 3D objetos que son prácticamente transparentes. Por eso, con el microscopio que construimos, logramos detectar malaria en sangre sin tener que teñir la muestra”.

Sin lentes: avances con fibra óptica y el láser de Blu-ray

Aunque los resultados son favorables, el Grupo de Investigación sigue explorando mejoras para la DHM sin lentes, pues permitiría desarrollar microscopios aún más baratos y sencillos que este. “Para esta arquitectura necesitamos que la iluminación sea lo más esférica posible. Para esto mi compañero del grupo de investigación, Bryan Patiño, propuso utilizar una fibra óptica cónica como fuente de iluminación. A esa fibra le hacemos un ataque químico para que la punta quede como un cono, en forma de lápiz”, comenta la investigadora.

El Grupo perfeccionó el recipiente en el que se hace ese ataque: empleó agujas de Gauge pequeño, en las que cabe cada fibra, para evitar que se movieran. “También probamos otra fuente de luz que parece promisoria: el láser con el que se leen CD y DVD, que cuesta aproximadamente 5 dólares. Lo adaptamos y nos funcionó, es una luz altamente divergente, que produce una onda casi esférica. Microscopios con este tipo de luces han logrado detectar glóbulos, pero no el parásito de la malaria”, finaliza la investigadora Gómez.

Todos estos avances, junto con el entrenamiento de una red neuronal (de inteligencia artificial) que ayuda a detectar el parásito automáticamente, siguen avanzando en el camino para fabricar un microscopio de bajo costo que logre diagnosticar la enfermedad, incluso en sus etapas más tempranas, para salvar más vidas, sobre todo en los lugares apartados en donde hay mayor incidencia.