Yushun Zeng aplasta células cancerosas en una placa de Petri en el trabajo. No, no con sus desgarbados y macroscópicos dedos humanos. Zeng, un estudiante graduado de ingeniería de la Universidad del Sur de California, ha construido un dispositivo que atrapa y comprime las células mediante ondas acústicas, también conocidas como sonido.
El propósito del experimento es probar la hipótesis de que las células cancerosas son más blandas que las sanas, dice Zeng. Experimentos anteriores sugieren que las células cancerosas se deforman más fácilmente, lo que les permite migrar y hacer metástasis en todo el cuerpo. Si ese es el caso, estos experimentos podrían ayudar a los investigadores a diseñar terapias que endurezcan las células cancerosas para hacerlas «más difíciles de propagar en el cuerpo humano», dice.
El uso del sonido para aplastar objetos tiene perfecto sentido, cuando recuerdas qué es un sonido: una vibración que viaja a través de la materia, ya sea a través del aire, el agua o una lata presionada contra tu oído. (Técnicamente, Zeng usa ultrasonido, frecuencias acústicas demasiado altas para ser audibles para los humanos). El dispositivo de Zeng se conoce como una «pinza acústica». La pinza deforma las células cancerosas haciendo uso del sonido como una onda de presión, y es un ejemplo de cómo los científicos están ampliando los usos del sonido como herramienta.
La acústica, o la ciencia del sonido, “es un campo antiguo y muy establecido”, dice el físico Andrea Alù de la Universidad de la Ciudad de Nueva York. Las primeras tecnologías, que se remontan a siglos atrás, giraban en gran medida en torno a la música, desde la construcción de una mejor acústica para los teatros hasta el diseño de diapasones. En el siglo XX, la gente volvió a concebir el sonido como una herramienta de imagen. Los investigadores militares desarrollaron un sonar para encontrar submarinos enemigos, que los ingenieros médicos adaptaron más tarde para obtener imágenes de los fetos durante el embarazo. La gente comenzó a usar el sonido para mapear espacios, ya sea que estuvieran en el océano o en un cuerpo humano.
En estos días, los ingenieros han tomado una nueva perspectiva sobre el sonido, en analogía con la luz. El sonido, al igual que la luz, es una onda. En consecuencia, ambos exhiben muchos fenómenos paralelos: el eco de su voz en un cañón, por ejemplo, es matemáticamente análogo a la luz que rebota en un espejo. Durante el último medio siglo, los ingenieros han logrado un control sin precedentes sobre la luz, con inventos que van desde láseres hasta fibra óptica, espejos unidireccionales y hologramas. Ahora, los ingenieros están adaptando las herramientas para manipular las ondas de sonido. “Muchos grupos han estado traduciendo ideas de la óptica a la acústica”, dice Alù.
La pinza acústica, por ejemplo, se inspiró en una herramienta conocida como «pinza óptica», inventada en la década de 1980, que es básicamente un láser enfocado en un punto estrecho. Un objeto colocado en un rayo láser siente un empujón de los fotones que lo arrojan. Los ingenieros dan forma al haz de modo que el objeto sienta un equilibrio de fuerzas en el foco del láser. Este aparato es útil para agarrar lo superpequeño: los científicos han atrapado y manipulado átomos y moléculas individuales en pinzas ópticas, e incluso las han usado para medir la elasticidad de la doble hélice del ADN.
En lugar de que un láser produzca un tren de fotones, las pinzas acústicas hacen vibrar un objeto como una campana, produciendo un tren de ondas sonoras en un medio. Esto crea bolsas de alta y baja presión. Similar a enfocar un láser, Zeng diseña la forma de las ondas de sonido para controlar la ubicación de esos bolsillos de presión. Al colocar una zona de baja presión sobre un grupo de células cancerosas, por ejemplo, Zeng puede aplastarlas haciendo que el fluido circundante de una zona de alta presión se apresure a entrar.
