Femtosecond pulse induced cavitation and bubble generation in porcine and synthetic vitreous humor: The impact of focusing

En lo profundo del ojo, detrás del cristalino y delante de la retina, se encuentra una sustancia clara y gelatinosa llamada humor vítreo. Esta llena el espacio del globo ocular, manteniendo su forma y permitiendo que la luz pase hacia la parte posterior del ojo, donde comienza la visión. A veces, este gel transparente se vuelve turbio con pequeñas hebras o grumos que proyectan sombras sobre la retina, apareciendo como molestos miodesopsias (moscas volantes) que se desplazan por el campo visual de una persona. Aunque estas moscas volantes suelen ser inofensivas, aquellas ubicadas muy cerca de la delicada retina pueden deteriorar gravemente la visión. Tratarlas es difícil porque las herramientas utilizadas para fragmentarlas a menudo corren el riesgo de dañar el tejido sano circundante. Durante décadas, los cirujanos han dependido de láseres que emiten pulsos que duran una milmillonésima de segundo, pero estos pulsos son tan largos que generan calor y ondas de choque que pueden propagarse, obligando a los médicos a mantenerse alejados de la retina para evitar cataratas u otras lesiones. Un enfoque más nuevo utiliza pulsos de luz ultra cortos que duran solo unos pocos miles de billones de segundos. Debido a que estos pulsos son tan breves, depositan la energía tan rápidamente que el tejido no tiene tiempo de calentarse o moverse; en su lugar, la energía de la luz convierte instantáneamente el agua del tejido en una diminuta y expansiva burbuja de gas, que luego colapsa. Este proceso, conocido como cavitación, puede fragmentar las moscas volantes con extrema precisión, pero solo si el láser puede enfocarse profundamente dentro del ojo sin perder su potencia o crear efectos secundarios no deseados.

Investigadores de la Polytechnique Montreal se propusieron comprender exactamente cómo se comportan estos pulsos de láser ultra cortos cuando viajan a través del humor vítreo, observando específicamente cómo cambia el enfoque del láser a medida que penetra más profundamente en el ojo. Para lograrlo, necesitaban un material que actuara como el real pero que fuera más fácil de manipular. Crearon una versión sintética de la gelatina del ojo utilizando una mezcla de agua, un agente espesante común que se encuentra en los alimentos y una sustancia que se encuentra naturalmente en las articulaciones humanas. También probaron humor vítreo real tomado de ojos de cerdo, que se asemeja estrechamente a la versión humana. Al disparar pulsos únicos de luz láser a estos materiales, pudieron observar qué sucedía cuando la luz golpeaba el objetivo. Descubrieron que era posible crear estas diminutas burbujas con un solo pulso de luz que transportaba muy poca energía, mucho menos de lo que requerían los sistemas láser más antiguos. Esta baja energía es crucial porque significa que es menos probable que el láser dañe el tejido circundante mientras viaja a través del ojo.

El equipo descubrió que la profundidad a la que intentaban crear la burbuja importaba significamente. Cuando enfocaban el láser más profundamente en el material, la burbuja no duraba tanto tiempo y resultaba más difícil de crear. Esto sucedía porque el haz de láser, que comienza como un punto estrecho y concentrado, tiende a estirarse y volverse borroso a medida que viaja a través de las capas curvas del ojo. Los investigadores probaron dos lentes diferentes para enfocar la luz: uno que creaba un enfoque muy estrecho y nítido, y otro que creaba un enfoque más ancho y suave. Encontraron que la lente con el enfoque más estrecho, que suele ser la preferida para la precisión, sufría mucho más de este efecto de estiramiento a medida que aumentaba la profundidad. Las burbujas creadas con este enfoque estrecho desaparecían mucho más rápido a medida que el láser penetraba más profundamente, lo que indicaba que la energía se estaba dispersando y volviéndose demasiado débil para mantener la burbuja. Por el contrario, la lente con el enfoque más ancho mantenía su capacidad de crear burbujas de manera más constante a profundidades mayores, aunque las burbujas eran ligeramente más grandes.

El estudio también comparó el comportamiento de la gelatina sintética frente al tejido real del ojo de cerdo. Aunque las burbujas en el tejido real duraban un poco más, probablemente debido a que la estructura natural del gel del ojo retiene el agua con más fuerza, la forma en que las burbujas se comportaban a medida que el láser penetraba más profundamente era notablemente similar en ambos materiales. Esto sugiere que la mezcla sintética es un sustituto fiable para probar nuevas técnicas de láser antes de que se prueben en pacientes. Los investigadores también analizaron si disparar una serie rápida de pulsos en lugar de un solo disparo ayudaría. Descubrieron que, si bien una serie rápida podía crear burbujas, requería más energía total y hacía que los resultados fueran menos predecibles, con burbujas que duraban mucho más y variaban más en tamaño. Esta variabilidad podría ser peligrosa en un entorno quirúrgico, donde la consistencia es clave.

En última instancia, el trabajo destaca un desafío fundamental al utilizar estos láseres avanzados para la cirugía ocular profunda: cuanto más profundo debe llegar el cirujano, más cambia la forma del haz de luz, lo que dificulta la entrega de la ráfaga precisa de energía necesaria para limpiar una mosca volante sin dañar la retina. Los hallazgos sugieren que, si bien la tecnología es muy prometedora para tratar las moscas volantes que actualmente son demasiado riesgosas de tocar, la elección de la lente y la comprensión de cómo la luz se refracta a través del ojo son críticas. Al demostrar que los pulsos de menor energía pueden funcionar eficazmente y que los modelos sintéticos pueden imitar con precisión el ojo real, el estudio proporciona un camino más claro para el desarrollo de tratamientos más seguros y precisos que algún día podrían restaurar la visión de quienes sufren de miodesopsias cerca de la retina.