¿Es posible diagnosticar queratocono antes de que el paciente ya tenga la visión comprometida? El queratocono es una patología degenerativa que afecta la córnea deformándola como un cono (ectasia), lo que causa una disminución progresiva de la visión. De acuerdo con estudios del grupo de clínicas españolas Miranza, esta enfermedad afecta a 1 de cada 2000 personas y es la principal causa de trasplante de córnea en pacientes jóvenes.
En la actualidad, la detección del queratocono se realiza mediante una topografía corneal que mide la curvatura y grosor de la córnea. Esto significa que la detección de esta enfermedad es posible cuando ya se han detectado anomalías establecidas de estos parámetros topográficos en la córnea. En pocas palabras, cuando el paciente empieza a tener la visión comprometida.
Metodología para la detección temprana del queratocono
El Dr. Zvietcovich, profesor de la Sección Bioingeniería de nuestro Departamento de Ingeniería, ha venido investigando en una innovadora metodología que propone, en patologías como el queratocono, medir la elasticidad de la córnea que se ve alterada mucho antes que su geometría. Gracias a su paper “Detecting subclinical keratoconus by mapping corneal biomechanics using wave-based optical coherence elastography”, nuestro docente ha sido reconocido con el premio Translational Research Award de la conferencia SPIE Photonics West, una de las conferencias más importantes del mundo en los campos de óptica, láseres, biofotónica, y óptica biomédica.
El Dr. Zvietcovich realizó un doctorado en Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Rochester, New York, y ha regresado a Perú para desarrollar líneas de investigación sobre biofotónica y óptica biomédica con otros investigadores de la Sección Bioingeniería de nuestro departamento.
En la siguiente entrevista, el Dr. Zvietcovich nos comenta sobre sus investigaciones en la detección de queratocono y el impacto que esto podría tener en el diagnóstico anticipado, la *nueva dimensión de la enfermedad y el desarrollo de dispositivos médicos en nuestro país.
Fernando Zvietcovich, Licenciado en Ingeniería Eléctrica, Máster en Procesamiento de Señales e Imágenes Digitales (Pontificia Universidad Católica del Perú) y Doctor en Ingeniería Eléctrica (Universidad de Rochester, NY, EE. UU.). La investigación del Dr. Zvietcovich incluye nuevos métodos de elastografía de coherencia óptica basados en ondas en tejidos blandos para el diagnóstico, seguimiento y tratamiento de enfermedades en entornos clínicos.
¿Qué representa haber ganado el premio Translational Research Award debido a su innovadora propuesta en la detección de queratocono?
Este es un concurso que se realiza todos los años en San Francisco, California, en el marco de una conferencia internacional que se llama SPIE Photonics West. Es una de las conferencias más grandes del mundo en los campos de los láseres, biofotónica, óptica y materiales.
Este reconocimiento se otorga al proceso de traslación de una tecnología que pasó del laboratorio al campo clínico. Muchas de las tecnologías que hoy en día se usan en la clínica nacieron primero en el laboratorio. En ese sentido, hay mucho empeño de estas sociedades, como la del SPIE, en reconocer el trabajo de traslación, ese paso fundamental del laboratorio a la clínica. El trabajo que he presentado está relacionado con una técnica que permite diagnosticar el queratocono de forma muy anticipada. Para mí, es una satisfacción personal ver el trabajo científico de muchos años en el laboratorio ya siendo utilizado en pacientes con gran potencial de convertirse en el nuevo estándar de diagnóstico.
¿Qué lo motivó a investigar sobre detección de queratocono?
El queratocono es un tipo de ectasia ocular que afecta mayormente a la córnea. Esta es fundamental en el ojo humano porque enfoca la luz del medio ambiente hacia la retina que es el equivalente a nuestro sensor que da la información visual a nuestro cerebro.
Una córnea sana usualmente tiene una forma esférica y enfoca la luz de forma apropiada; sin embargo, el queratocono provoca que el tejido corneal pierda su rigidez, y se vuelva más blando y, por lo tanto, se deforme. Al deformarse, produce grandes aberraciones ópticas que, al final, comprometen la visión de la persona. Esta enfermedad es progresiva, es decir, una vez que aparece se va desarrollando a lo largo de los años. En ese sentido, mi interés fue justamente encontrar tecnologías que permitan detectar esta enfermedad con mucha anticipación.
Este trabajo se ha realizado en el Instituto de Óptica “Daza de Valdés”, del Consejo Superior de Investigación Científicas de España, y lo que se buscaba era elaborar una tecnología que permita detectar a tiempo esta enfermedad y, así, evitar que el paciente tenga que someterse a métodos quirúrgicos bastante invasivos y costosos para corregir la pérdida de visión. Esta enfermedad, en su peor estadio, es la principal causa de trasplante de córnea.
¿Qué tan complicado es diagnosticarla?
La detección de esta enfermedad en estadios tempranos es complicada, pues se manifiesta en cambios estructurales de la córnea que producen pequeñas alteraciones en la curvatura y el grosor corneal que no pueden ser detectados fácilmente por los equipos topográficos disponibles actualmente en la práctica clínica. Si bien nosotros planteamos la medición de la biomecánica corneal como un biomarcador que nos detecta el queratocono en estadios subclínicos, esta tecnología aún está en investigación y no se encuentra disponible comercialmente. Esto propone una oportunidad interesante para el desarrollo de equipos médicos-oftalmológicos que incluyan la medición de elastografía para mejorar diagnósticos oculares y monitorear tratamientos.
Ahora, para comprender mejor el método, entiendo que con esta propuesta ya no se mediría la deformación o curvatura de la córnea, sino la elasticidad de la misma. ¿Podría profundizar un poco más en este método para comprenderlo mejor?
El campo se llama elastografía y este campo ya existe en otras modalidades de imágenes, por ejemplo, en la resonancia magnética o en el ultrasonido biomédico, y su función es medir la elasticidad de los tejidos, que posee información valiosa sobre su funcionamiento, y el posible desarrollo de ciertas enfermedades. La elastografía tiene origen en la técnica ancestral de palpación médica, en la que el médico palpa el tejido humano para encontrar zonas rígidas que están relacionadas a tumores y otras patologías. Lo que hemos desarrollado es una técnica que hace justamente esto en la córnea humana, pero sin tocarla, y que permite generar mapas cuantitativos de la rigidez corneal.
Esta técnica utiliza la luz de baja coherencia y sus propiedades cuando interactúa con tejidos para generar imágenes de alta resolución de la córnea. Sin embargo, el componente clave es el uso de un transductor o un elemento de excitación mecánica que genere estimulaciones localizadas de no-contacto y no-invasiva en la córnea que luego podrán ser medidas con este equipo óptico para dar estimaciones de su elasticidad. Para ello, lo que hacemos es generar propagación de ondas mecánicas en la córnea; es decir, generamos algo parecido a un mini terremoto en la córnea. Y digo “mini” porque los desplazamientos generados están en el nivel de los nanómetros. Esto hace que la persona ni se entere mientras se hace la medición.
¿Los cambios de elasticidad aparecen antes de que la enfermedad afecte directamente la córnea?
Sí, exactamente. En el queratocono, los cambios de elasticidad anteceden a los cambios geométricos. Entonces, nosotros podemos detectar anomalías en los cambios de elasticidad para predecir un posible desarrollo de queratocono. De este modo, el médico tiene una herramienta para planear su enfoque de tratamiento con mucha más anticipación. Por ejemplo, podría aplicar el tratamiento de Crosslinking que frena la progresión de la enfermedad y evita la posibilidad de mayores intervenciones quirúrgicas en un futuro. Sin embargo, si el queratocono progresa, la córnea se deforma hasta llegar a un punto en el que se tiene que trasplantar con una córnea donada. Las técnicas quirúrgicas para afrontar el queratocono son invasivas y no aseguran la recuperación de la visión a un 100%.
¿Cuánto tiempo tenemos entre el momento en que la córnea empieza a manifestar pérdida de elasticidad y su deformación a causa de la enfermedad?
Es una buena pregunta cuya respuesta está actualmente en investigación debido a que existen equipos clínicos que mapean la elasticidad de la córnea humana. Ahora mismo, estoy postulando a un fondo de ProCiencia para construir el primer equipo de tomografía de coherencia óptica con elastografía en el Perú. Este proyecto permitirá establecer lazos de colaboración con centros médico-oftalmológicos de gran envergadura como el Instituto Nacional de Oftalmología. De este modo, se podría explorar el queratocono con muchos más pacientes para entender la naturaleza de esta enfermedad, cuánto tiempo toma manifestar los primeros cambios de elasticidad hasta los cambios de la topografía corneal, quiénes lo desarrollan, entre otros aspectos. Hay mucho que todavía falta explorar.
Comprendo que, con el mismo equipo topográfico actual, haciendo algunas variaciones, se podría medir la elasticidad. Esto es un gran aporte.
Sí, al mismo equipo de tomografía óptica coherente (OCT por sus siglas en inglés) se le añade un módulo de excitación mecánica que produce el movimiento del tejido, que luego será capturado por este sistema de tomografía y, en conjunto, con unos modelos numéricos uno puede inferir estas propiedades mecánicas de la córnea. El equipo clínico que implementaremos en Perú, que ya ha sido validado en su versión de investigación en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de Madrid, tendrá la capacidad de obtener información topográfica y biomecánica de la córnea. Así mismo, en un futuro, se podría hacer la transferencia tecnológica y comercialización de solamente la parte del módulo de excitación para que se acople a un equipo comercial de OCT autónomo.
¿Qué impacto real tendría esta nueva propuesta que nos ha comentado?
Pues tendrá un impacto muy grande en el área de diagnóstico y oftalmología clínica, pues permitirá que a muchos pacientes se les pueda detectar el queratocono con anticipación y evitar futuras intervenciones quirúrgicas invasivas que son costosas y, por lo tanto, menos accesibles a la gente con menos recursos.
El segundo impacto alcanza el campo de la investigación. Se sabe muy poco sobre las ectasias corneales y creo que este equipo permitirá explorar una nueva dimensión de la córnea y otros tejidos oculares. Así mismo, se podrá explorar la efectividad de los actuales tratamientos de queratocono, evaluar su impacto biomecánico y plantear nuevos tratamientos más efectivos.
El tercer impacto radica en la apertura de las áreas de óptica biomédica y biofotónica que actualmente son inexistentes en el Perú. Por lo tanto, todo el desarrollo tecnológico que implica la creación de este equipo en el Perú permitirá abrir estos campos de investigación y, en algún momento, crear nuestros propios equipos médicos de oftalmología.
¿Qué pasos continúan luego de esto?
El siguiente paso es construir este equipo en la PUCP con estudiantes de pregrado y posgrado que estén desarrollando sus tesis. Así mismo, la postulación a fondos de investigación nacionales e internacionales es fundamental para el desarrollo de este proyecto a largo plazo, de modo que podamos contar con un prototipo a nivel clínico, es decir, que lo podamos llevar, por ejemplo, al Instituto Nacional de Oftalmología, o a cualquier otra clínica oftalmológica y hacer estudios con pacientes. Nuestro objetivo es crear mejores biomarcadores basados en estas mediciones que nos permitan segmentar los estadios del queratocono e, incluso, monitorear los tratamientos oculares actuales.
¿Qué investigadores de la PUCP están involucrados en esta investigación?
En este proyecto, estamos involucrados la Dra. Fanny Casado, coordinadora de la Sección de Bioingeniería, y yo. Recientemente, me he unido a la Sección en la modalidad de Profesor Investigador Tenure Track. Junto con la Dra. Casado, estamos presentando esta propuesta a ProCiencia para obtener los fondos y construir el primer equipo de tomografía óptica coherente de elastografía en el Perú. Sin embargo, en un futuro, buscamos establecer relaciones sinérgicas de colaboración con la Sección de Física, en el área de Física Aplicada, así como con instituciones externas a PUCP, como el Instituto Nacional de Oftalmología.
Visualiza aquí: Innovadora metodología para la detección del queratocono (Infografía).
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