Evaluación de lo desconocido

Virginie Papadopoulou desafía los límites de la ciencia de las burbujas.


Virginie Papadopoulou
Virginie Papadopoulou, Ph.D., es buceadora, investigadora, antigua beneficiaria de la beca Marie Curie y actual beneficiaria de la beca R.W. Hamilton Grant que rápidamente está dejando su huella en un ámbito con un siglo de historia. Papadopoulou, que tiene experiencia en física teórica y fisiología de los gases y un doctorado en bioingeniería, se siente como en casa en el mundo académico. No obstante, fue el amor por el buceo lo que llevó a la nativa de Bruselas, Bélgica, a convertirse en una de las principales investigadoras del mundo en el campo de la ciencia de las burbujas.

A la edad de 10 años Papadopoulou estaba obsesionada con las novelas de misterio y se deleitaba descubriendo lo desconocido a través del pensamiento crítico y el trabajo duro. Una de sus novelas favoritas incluía una emocionante aventura en una cueva submarina y tras leerla supo que quería convertirse en buceadora. A la edad de 13 años convenció a su padre para que ella y su familia se inscribieran en un curso Discover Scuba durante unas vacaciones en el mar Rojo y comenzó a arrastrar a la familia a aventuras de buceo anuales.


Papadopoulou bucea con su hermano y su padre en Lesbos, Grecia.
A medida que su experiencia en el agua aumentaba, también crecía su fascinación por la ciencia de la medicina de buceo. Cuando Papadopoulou hizo un curso de divemaster a través de su programa de pregrado, descubrió que la ciencia de descompresión que se abordaba en el curso captaba su atención mejor que la física teórica que estaba estudiando en su carrera. Las distracciones de su área de estudio principal se exacerbaron cuando un curso de diagnóstico por imágenes le permitió descubrir la tecnología de imágenes de ultrasonido y rápidamente cambió el enfoque de su educación y trabajo hacia la investigación de la descompresión y la ecocardiografía en la medicina de buceo.

Esta investigación la llevó al laboratorio de Mengxing Tang, Ph.D., en Imperial College London, donde en poco tiempo se convirtió en una investigadora consumada y con muchos trabajos publicados. Simultáneamente, era parte de PHYPODE, un proyecto financiado por la Comisión Europea de la iniciativa "Marie Curie Initial Training Networks (ITN)", donde trabajó bajo la supervisión de Costantino Balestra en Bélgica y obtuvo un curso intensivo sobre la fisiología de buceo de los humanos. También pasó tiempo en Grecia donde colaboró con el laboratorio de Thodoris Karapantsios en Thessaloniki construyendo un sistema controlado para registrar y elaborar modelos de la formación de burbujas en tiempo real a partir de la descompresión en diferentes superficies de tejido.


Virginie Papadopoulou (derecha) bucea con su hermano y su compañero de
buceo favorito, Theodore (izquierda), de niña.
El trabajo de Papadopoulou ha abarcado la amplitud de la industria del buceo y se ha extendido a los campos de la salud y el tratamiento de enfermedades. Sin embargo, su atención siempre ha estado centrada en la mecánica de las burbujas. Su bibliografía publicada abarca temas y colaboraciones que van desde la evaluación del estrés descompresivo con recuentos de burbujas hasta la variabilidad de la frecuencia cardíaca en los paracaidistas y el suministro de medicamentos al cerebro asistido por ultrasonido. Habla cinco idiomas con fluidez; es una instructora de buceo en actividad; miembro de casi una docena de organismos profesionales de medicina hiperbárica, medicina espacial e ingeniería; y ha obtenido reconocimientos por su trabajo de parte de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (American Association for the Advancement of Science, AAAS), Sociedad Europea de Medicina Subacuatica e Hiperbárica (European Underwater and Baromedical Society, EUBS), la Universidad de Carolina del Norte, Imperial College London y otros.

Papadopoulou, que actualmente se desempeña como profesora adjunta de investigación en el laboratorio de Paul A. Dayton, Ph.D., en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, centra su investigación en la sensibilización de la radioterapia y las imágenes de angiogénesis del cáncer con microburbujas por ultrasonido, que aprovechan su experiencia en la elaboración de modelos e imágenes de burbujas para crear terapias médicas innovadoras para algunas de las enfermedades más difíciles de diagnosticar y tratar. También colabora con la puesta en marcha del dispositivo médico de SonoVol, cofundada por Dayton, cuya misión es crear soluciones de diagnóstico por imágenes de vanguardia para el ámbito de la medicina. Su sistema comercial es el primer dispositivo de diagnóstico por imágenes de ultrasonido que puede evaluar la estructura microvascular a través de una angiografía acústica, una técnica de diagnóstico por imágenes habilitada por agentes de contraste de microburbujas.

Recientemente, Papadopoulou ha estado trabajando para promover las colaboraciones entre investigadores de la biomedicina y la fisiología. El objetivo es mejorar la comprensión de cómo el cuerpo reacciona y se recupera de la acción de factores estresantes externos y cómo medir esos cambios de forma más precisa. Le agradecemos que se haya tomado el tiempo para hablar con nosotros.

Usted dijo que el buceo la llevó a hacer el trabajo que está realizando hoy, pero su investigación ha abarcado una gran variedad de temas. ¿Qué es lo que une todos sus intereses?
Mi interés principal en toda mi investigación ha sido la elaboración de modelos de burbujas. Al leer material de investigación sobre descompresión, me impresiona lo que sabemos pero también lo que no sabemos. En este ámbito hay casi más hechos desconocidos que conocidos y este tema de estudio tiene casi un siglo de antigüedad. Comprender cómo se forman las burbujas en los tejidos antes de que puedan verse en la sangre, cómo se comportan y cómo nuestros cuerpos reaccionan a ellas son los próximos pasos para entender cómo el cuerpo humano maneja los gases tanto en el buceo como en escenarios médicos.

En el contexto del buceo, nuestro objetivo es limitar el crecimiento de burbujas durante la descompresión, ya que se sabe que las cargas de burbujas mayores aumentan la posibilidad de sufrir una enfermedad por descompresión (EDC). En medicina, sin embargo, se inyectan microburbujas artificiales muy pequeñas (burbujas micrométricas que contienen gas perfluorocarbono y que normalmente están encapsuladas por una capa de lípidos) en el torrente sanguíneo para mejorar la señal de la sangre en las imágenes de ultrasonido. Esto nos permite obtener una imagen de la vasculatura y producir algunas imágenes increíblemente detalladas sin los posibles costos o riesgos de otras tecnologías médicas disponibles en la actualidad.


Papadopoulou demuestra una nueva investigación sobre la visualización del flujo sanguíneo del grupo de imágenes de ultrasonido en el evento de divulgación Imperial Festival 2015.


Sabemos que esas tecnologías médicas son objeto de su investigación actual. ¿Cuál es la situación del uso de la investigación sobre burbujas de vanguardia en los tratamientos médicos?
Gran parte de mi investigación actual incluye tecnología de ultrasonido y estos agentes de contraste de microburbujas para nuevas aplicaciones de tratamientos y diagnóstico por imágenes. Nuestra comprensión de las burbujas nos ha permitido manipular tanto el tamaño como la estructura de las burbujas y utilizarlas para crear un en el cuerpo que puede verse con un ultrasonido. Al crear una nanoburbuja o microburbuja estable con una proteína específica en ella que, por ejemplo, se adhiere a células tumorales, podemos rodear un tumor con esas burbujas, verlas con un ultrasonido de diagnóstico y obtener una imagen del tumor con eficacia. Esto es particularmente útil en pacientes con condiciones tales como la falla renal que son contraindicaciones para la realización de resonancias magnéticas y tomografías computadas con contraste. Las imágenes de ultrasonido son no ionizantes y tienen un riesgo de complicaciones extremadamente bajo en la variedad de imágenes de diagnóstico. Algunas personas pueden tener reacciones alérgicas al contraste de burbujas, pero la cifra es un porcentaje muy pequeño y, a diferencia de lo que sucede con otros tipos de tecnologías de diagnóstico por imágenes, el cuerpo tiene muy poco o ningún contraste contra el que deba luchar después del procedimiento.

La medicina individualizada promete mucho para el futuro cercano, y la increíble comprensión y el control sobre las burbujas que los investigadores y los médicos tienen actualmente puede sorprender a muchas personas. ¿Qué sabemos sobre la incidencia cada vez mayor de las burbujas que se producen naturalmente en algunos buzos? ¿Hay buzos predispuestos a la formación de burbujas y, de ser así, tienen un mayor riesgo de sufrir una EDC?
Es difícil decir si algunos individuos son más proclives a la formación de burbujas que otros. Mediante el uso de imágenes en modo B (brillo) tradicionales observamos que algunas personas tienen más burbujas tras un buceo que otras, incluso con la misma exposición al buceo. No obstante, no está claro cuántos factores individuales o condiciones de buceo intervienen en esto, por lo que aislar las contribuciones de la hidratación, la velocidad de ascenso, la temperatura del agua, el ejercicio, la composición del cuerpo, etc. es difícil. También creo que debemos encontrar una mejor manera de medir la carga de burbujas antes de poder determinar la propensión de cada individuo a la formación de burbujas, lo que incluye una medición más continua después del buceo, información adicional sobre el tamaño de las burbujas (que actualmente no se determina) y la capacidad para cuantificar la formación de burbujas en los tejidos directamente, no simplemente en vasos. Esta percepción del desarrollo de burbujas en algunas personas más que en otras de hecho puede deberse a que no podamos ver todo el panorama del estrés descompresivo; factores que actualmente no podemos medir, como microburbujas más pequeñas o burbujas en los tejidos, pueden tener un rol importante.


Un voluntario de buceo en apnea se somete a una evaluación psicométrica
con una computadora de buceo Mares personalizada como parte del
proyecto PHYPODE.
¿Qué más nos puede decir sobre la variabilidad de la EDC y los motivos por los que los grados de burbujas pueden no ser la mejor manera de cuantificar el riesgo de EDC?
Los investigadores hacen ecografías en modo B, o Dopplers, para identificar la presencia de burbujas en los buzos. Este tipo de imágenes utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para medir el flujo sanguíneo y podemos utilizarlas para observar el movimiento de las burbujas en la sangre de los buzos. Expertos capacitados luego les asignan un grado de intensidad. Sabemos que los grados de burbujas más altos se correlacionan con un mayor riesgo de EDC, pero no existe una relación unívoca y algunas personas con grados muy altos pueden ser completamente asintomáticas, mientras que otras con grados más bajos pueden sufrir una EDC. La forma en que el cuerpo reacciona a las burbujas también es importante, por lo que las burbujas no representan el panorama completo; queremos tener un panorama integral del estrés descompresivo. Además, esta incompatibilidad entre los grados y la EDC puede deberse a las limitaciones en la manera en que obtenemos imágenes, y allí es donde entra en escena mi investigación sobre microburbujas. He ayudado a Peter Germonpré de Bélgica a evaluar un nuevo método de recuento para analizar las imágenes en modo B que puede ser más preciso y parte de mi trabajo de doctorado abordaba el uso de computadoras para automatizar este recuento y así ahorrar tiempo de análisis.

Una limitación de las imágenes en modo B es que sólo permiten ver burbujas grandes, aquellas con un tamaño superior a los 30 a 40 micrómetros. Un estudio que realicé incluía a siete buzos que habían buceado con el mismo perfil y luego fueron sometidos a recuentos de burbujas y una nueva técnica de diagnóstico por imágenes con contaste inspirada en el ámbito médico. Después de sus buceos, algunos tenían burbujas grandes, y otros no, pero al utilizar el nuevo método de análisis de microburbujas en el rango de 1 a 10 micrómetros observamos un incremento de señal en los siete sujetos, lo que significa que incluso los buzos que no tenían burbujas grandes sí tenían microburbujas tras el buceo. La teoría actual es que hay muchas burbujas pequeñas como éstas que acompañan a las burbujas más grandes y hay muchas más burbujas pequeñas aún presentes en los tejidos de lo que en teoría podríamos encontrar. Medir estas burbujas pequeñas puede ser una manera de analizar tanto el riesgo de EDC como el estrés descompresivo con mayor eficacia.

¿Qué significaría esto para los buzos y la manera en que calculamos el riesgo de EDC en la actualidad?
Nuestros modelos actuales utilizan una evaluación binaria con resultados que indican que sólo hay una EDC o no hay una EDC, y no hay ninguna medición de cambios en los indicadores de estrés tales como la carga de burbujas, el estrés oxidativo y otros cambios fisiológicos relacionados con el buceo que equivalgan al estrés descompresivo. Estoy trabajando en abordar la EDC desde otro punto de vista; espero poder comprender mejor la fisiología de buceo centrando la atención en el estrés descompresivo y las maneras en las que afecta al cuerpo humano. Esta visión mecanicista de la EDC crea una continuidad del estrés descompresivo, algo que está mucho más cerca de la manera en que predecimos los efectos de la descompresión en el cuerpo y elaboramos estrategias de prevención personalizadas.


Papadopoulou posa con participantes del proyecto PHYPODE durante experimentos de campo conjuntos en
Lago de Orta, Italia.


¿Qué tan cerca estamos de observar microburbujas y medir nuestro riesgo de descompresión con precisión?
Este es el eje central de parte del trabajo para el que me estoy preparando. Me gustaría llevar la tecnología y las técnicas de diagnóstico por imágenes que he tomado de mi trabajo en los laboratorios del Dr. Tang y el Dr. Dayton y utilizarlas para crear un nuevo dispositivo de imágenes para ver estas burbujas y comprender mejor la continuidad del estrés descompresivo. He hecho cosas similares en el pasado: en el laboratorio del Dr. Tang utilicé la tecnología disponible y nuevas estrategias de adquisición para combinar información de flujo bidimensional con imágenes de ultrasonido para crear una manera nueva y accesible de medir el flujo sanguíneo con una alta precisión 3D en los vasos. Esa medición de la velocidad de la sangre es increíblemente importante para identificar la progresión de la arterioesclerosis , que es la causa principal de la enfermedad cardíaca y las muertes relacionadas con ella. Este método es más confiable y económico que otras alternativas y tiene la posibilidad de aportar muchos beneficios en las aplicaciones médicas.


Papadopoulou demuestra imágenes de ultrasonido en el evento de divulgación
Imperial Festival.
¿Y le gustaría hacer algo similar en el ámbito del diagnóstico por imágenes de burbujas?
Sí; espero que podamos crear una herramienta extremadamente precisa para medir con eficacia burbujas que en la actualidad no pueden observarse en imágenes. Me gustaría analizar la manera en que el preacondicionamiento minimiza las burbujas. Los astronautas hacen una respiración previa de oxígeno durante varias horas antes de realizar la descompresión en el espacio fuera de su hábitat. Esto minimiza la carga de nitrógeno antes de realizar una caminata espacial. Sin embargo, no sabemos con certeza si esta es la manera más efectiva de prepararlos. Si comprendemos exactamente dónde y cómo se forman las burbujas, podemos idear mejores medios para prevenir la EDC. Con una herramienta que mida las burbujas con más precisión podremos realmente entender si el preacondicionamiento con vibración, respiración previa u otras técnicas realmente tiene eficacia en la reducción del riesgo de EDC. Definitivamente es muy útil abordar el tema del desarrollo de burbujas y la EDC desde ambos puntos de vista (la comprensión y el tratamiento), pero mi trabajo se centra en la comprensión. Considero que cuanto mejor comprendamos la creación y el comportamiento de las burbujas, mejor podremos entender, prevenir y tratar la EDC, así como también otras condiciones que pueden beneficiarse del uso de burbujas artificiales.

Una vez que tengamos una mejor comprensión de cómo, cuándo y por qué se forman las burbujas, ¿cuál cree que será el próximo paso para la medicina de buceo y las aplicaciones médicas de las burbujas?
Es difícil saber si se tiene un panorama completo al medir los cambios fisiológicos tras un buceo. Los investigadores actualmente están intentando idear una configuración de laboratorio controlada para cuantificar este desarrollo de microburbujas. Cuanto más comprendamos estas microburbujas, más seguros estaremos de tener una visión completa con respecto a la EDC y el estrés descompresivo. Si no sabemos qué sucede realmente entre el buceo y la EDC, no podemos identificar riesgos y no podemos minimizar efectivamente nuestro riesgo.
Obtenga más información
Conozca a Virginie Papadopoulou en esta entrevista en video.



© Alert Diver — 1er Trimestre 2018