Dr. Bruce J. Tromberg, director de NIBIB
El doctor Bruce J. Tromberg es el director del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB, por sus siglas en inglés) desde enero de 2019. El Dr. Tromberg utiliza la ciencia de la óptica y la fotónica (luz y tecnologías basadas en la luz) para desarrollar nuevas técnicas de imagenología y terapias biomédicas. El Dr. Tromberg habló con la revista NIH MedlinePlus a principios de 2020, y ahora vuelve a sentarse con nosotros para hablar de su amor por los láseres, de los avances a la velocidad de la luz en óptica y fotónica de los que ha sido testigo y a los que ha contribuido a lo largo de su carrera, y del papel especial que ha desempeñado el NIBIB en la respuesta del NIH al COVID-19.
¿Qué le atrajo de las tecnologías ópticas y fotónicas?
Empecé a interesarme por los láseres y la óptica en la década de 1970, cuando era estudiante. Los láseres eran bastante nuevos en aquella época y me parecieron muy interesantes. Me encontraba ante algo que no ocurría en la naturaleza, ¡y se podían hacer volar cosas con ellos!
Me obsesionaban la óptica y la fotónica: ¿Qué es la luz? ¿Cómo se crea? ¿Cómo se consigue que sea tan intensa como para hacer estallar cosas o agujerearlas o medir la presencia de algo con un alto grado de precisión? Una de las primeras cosas que se hicieron con los láseres fue medir la distancia real de la luna a la tierra. Con un láser que rebota en la luna se pueden hacer cálculos muy interesantes.
La tecnología láser es uno de los inventos más transformadores y un área de la ciencia que evoluciona increíblemente rápido. Nadie sabía cómo se utilizarían las luces láser cuando se inventaron. Los científicos habían predicho cómo podrían funcionar en teoría, pero tardaron décadas en lograrlo. Hoy día, gracias a los avances en informática y tecnologías ópticas y fotónicas, los láseres han pasado de ser una tecnología relativamente rara y especializada a ser algo profundamente integrado en nuestra vida cotidiana. Han cambiado por completo nuestra forma de comunicarnos y de transferir información de un lugar a otro. Sin los láseres, no tendríamos videochat, ni Internet, ni tecnologías como los LED o las cámaras digitales.
¿Cómo lo llevó su trabajo en óptica y fotónica a la biomedicina y la ingeniería biomédica?
Tuve la suerte de estar en el lugar adecuado en el momento oportuno, en un campo que estaba creciendo y utilizando una tecnología que cambiaba rápidamente. Entré en el mundo de los láseres, la óptica y la fibra óptica (que llevan la luz de un lugar a otro), pero mi puerta de entrada a la biología fue el cáncer, en el programa de imágenes biomédicas del Instituto Nacional del Cáncer. El cáncer fue una de las primeras áreas de la medicina en adoptar realmente el desarrollo de la tecnología de la imagen.
También me involucré en otras áreas de la medicina: (enfermedades cardiovasculares, neurociencia, enfermedades metabólicas, medicina deportiva), porque una perspectiva de la ingeniería biomédica ve el cuerpo como un sistema interconectado compuesto por elementos fundamentales. No los miramos de forma aislada.
Podríamos adaptar estas tecnologías a la medicina y la biología (microscopios, imágenes, terapias), pero al principio el motor comercial era Internet y las telecomunicaciones.
Al principio, las computadoras eran máquinas mecánicas. Cuando se hicieron electrónicas y se miniaturizaron, se abrió la puerta a las computadoras personales. Internet resolvió la forma en que todas estas cosas se comunican entre sí. En el nivel más fundamental, la mayoría de los sistemas de comunicación se rigen por puntos y rayas (pensemos en el código morse). Los láseres pueden enviar pulsos de luz extremadamente cortos a una velocidad increíble. Esto significa que se pueden apilar un montón de pulsos, lo que permite encajar cientos de millones de conversaciones en un solo cable de fibra óptica. Y así es como pienso, así que empecé a aplicar esos mismos principios al cáncer y a buscar formas de activar o desactivar selectivamente diferentes moléculas del cuerpo.
¿Cómo están evolucionando los campos de la bioimagen y la ingeniería biomédica?
Las tecnologías de la imagen, como las resonancias magnéticas, los tomógrafos y las ecografías están avanzando de forma muy interesante. Gracias a la óptica y la fotónica, se ha producido una enorme revolución en los microscopios, las cámaras y las diferentes técnicas ópticas que permiten cosas como las cirugías y las técnicas de diagnóstico mínimamente invasivas. Podemos poner un dispositivo (llamado endoscopio) adentro de alguien para diagnosticar enfermedades y guiar cirugías. Tenemos algo llamado agentes de contraste exógenos, que son moléculas y partículas que se pueden poner dentro del cuerpo por vía intravenosa para identificar cosas como tumores o enfermedades neurodegenerativas.
La imagen nuclear es otra área de desarrollo prometedora. En el campo de la bioimagen y la ingeniería biomédica, nos planteamos el tipo de preguntas que pueden hacer posible lo imposible. Creo que a muchas personas les encantaría meterse en un tomógrafo una vez al año para saber: "¿Tengo Alzheimer? ¿Tengo un tumor?". A medida que la tecnología de imagen nuclear avanza y se hace más segura, esperamos que esto sea posible.
Creo que las personas a veces subestimamos estas cosas. Pero el LED azul, por ejemplo, tardó décadas en desarrollarse y permitió una nueva generación de bombillas blancas brillantes y energéticamente eficientes, así como pantallas LED en color. Los científicos que lo desarrollaron tuvieron que juntar átomos en una estructura reticular que no existe en la naturaleza y ganaron un premio Nobel. Así que esa es la base de muchas de estas cosas. Se juntan cosas que no son naturales. He participado y tenido la suerte de contribuir con algunos de estos avances en el espacio biomédico.
¿Qué es el NBIB y cuál es su papel dentro del NIH?
El NIBIB es el hogar de las personas que están desarrollando el tipo de tecnologías que no están impulsadas principalmente por hipótesis biológicas. La historia de su origen es fascinante: en los años noventa, la bioingeniería era un campo que se desarrollaba tan rápidamente que el Congreso encargó un estudio para evaluar sus actividades e impactos en el país y en los NIH. A partir de ese estudio, un grupo externo recomendó que los NIH crearan un instituto independiente dedicado específicamente a la bioingeniería. En cambio, los NIH querían entrelazar la bioingeniería con los demás institutos. Entonces se produjo un milagro y, en el año 2000, el presidente Clinton firmó la National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering Establishment Act, que obligaba a los NIH a crear un instituto independiente centrado en la bioingeniería.
Es como cuando estás conduciendo un auto y se enciende la luz de revisión del motor y todos miramos y decimos: "¿Alguien sabe lo que significa?". Nosotros somos la comunidad que dice: "Sí, sabemos lo que significa. Y podemos arreglarlo".
¿Qué impacto tiene la ingeniería biomédica en las investigaciones de los NIH?
Por un lado, están las investigaciones biomédicas más clásicas que estudian, miden y perturban. Sin embargo, como ingenieros biomédicos, vivimos en cierto modo en la interfaz entre el mundo animado y el inanimado. Intentamos comprender las características de ingeniería y ciencia física de los procesos vitales. Una vez que se comprende mejor de dónde proceden las señales, cuáles son las firmas y qué reflejan, se pueden emprender investigaciones basadas en hipótesis totalmente nuevas. Puedes empezar a ver cosas que nunca antes se habían visto.
Hay un juego que me gusta. Digo: "cierra los ojos y piensa en la tecnología más avanzada que puedas imaginar". Y creo que la mayoría de la gente piensa en el último iPhone o quizá en un LED orgánico genial. Pero cuando en mi comunidad pensamos en esas cosas, vemos electrones y fotones moviéndose de un lugar a otro, es decir, creando energía, fabricando y controlando nuevos dispositivos, y utilizando la energía para curar enfermedades o restaurar el movimiento, la voz o la función cerebral. Cuando juego a este juego con otros directores de CI, les digo: "Algunas preguntas no pueden responderse con la tecnología disponible en la actualidad, pero si nuestras comunidades se comprometen, podemos empezar a abordar estas preguntas. Podemos construir tecnologías para este propósito, y ustedes pueden aplicarlas de diferentes maneras".
¿Cuándo dio el paso al servicio público?
Llegué como director del NIBIB en enero de 2019. Y fue un buen momento porque fue justo antes de la pandemia. Si hubiera llegado en enero de 2020, habría estado completamente desorientado. Pero tuve suerte. Tuve tiempo de saber dónde está el edificio 31 y dónde queda mi sitio de estacionamiento.
¿Puede describir el papel del NIBIB en la respuesta a la pandemia del COVID-19?
Cuando vimos la dirección que tomaban las cosas con la pandemia, Francis [Collins, M.D., Ph.D.] reunió a la dirección de los NIH y a los directores del IC para hacer una lluvia de ideas sobre lo que íbamos a hacer y lo que cada uno podía aportar. En cierto sentido, eso fue bastante fácil para nosotros porque había algunas lagunas realmente grandes. Necesitábamos crear un sistema de cribado y vigilancia con pruebas periódicas para todos los habitantes del país, las pruebas debían ser precisas y accesibles, y las necesitábamos rápidamente.
A finales de abril, el Congreso concedió a los NIH 1.500 millones de dólares para avanzar en las pruebas en un plazo de cinco a seis meses. A partir de ese momento, fue como si enviáramos una petición de ayuda y todo el mundo se sumó. Cinco días después, lanzamos la iniciativa Rapid Acceleration of Diagnostics (RADx®) y creamos un proceso formalizado de revisión rápida llamado "embudo de innovación", algo así como Shark Tank.
En abril de 2020, el país llevaba a cabo unos 7 millones de pruebas [COVID] en todo el mes. Para obtener una prueba, necesitabas ser sintomático y necesitabas una receta de un médico. Ahora puedes comprar las pruebas rápidas de COVID-19 en la mayoría de las farmacias.
En una pandemia, no se puede predecir cuál será la próxima crisis o necesidad, por lo que nos hemos convertido en la arquitectura flexible que responde a las necesidades a medida que surgen, y hemos sido capaces de satisfacer una necesidad nacional realmente crítica al ser un tipo fluido de primera respuesta para el desarrollo tecnológico. Ha sido muy transformador para nosotros y para el país. Y una de las experiencias más increíbles que he tenido en mi carrera.
¿Cómo puede el NIBIB seguir aprovechando la infraestructura y las lecciones aprendidas de la respuesta a la pandemia del COVID-19?
Hemos creado múltiples programas a través de nuestras plataformas tecnológicas avanzadas (RADx® Tech and RADx® Advanced Technology Platforms (ATP) que pueden, por ejemplo, evaluar el funcionamiento de las pruebas y estudiar los impactos de diferentes variantes. Hemos creado un prototipo del primer programa de prueba directa al consumidor llamado Di que sí a la prueba de COVID que logró llegar a múltiples ciudades de todo el país. También pusimos en marcha el Centro de Recursos de Imágenes y Datos Médicos (Medical Imaging and Data Resource Center), que es una red nacional de las principales organizaciones de imágenes médicas que están utilizando la inteligencia artificial basada en imágenes para comprenderlas y optimizarlas para el diagnóstico y el pronóstico.
De cara al futuro, podemos utilizar la infraestructura que hemos creado con RADx Tech como una estructura permanente que desarrolle y haga avanzar nuevas tecnologías de análisis y se asegure de que funcionan bien y responden a otras amenazas, patógenos y enfermedades.
¿Qué iniciativas apoya el NIBIB para diversificar la mano de obra de la ingeniería biomédica?
El NIBIB está formado por 180 departamentos diferentes de programas de bioingeniería e imagen en todo el país, y somos una comunidad intelectualmente muy diversa con formación en química, física, matemáticas, biología y medicina. Estos valores están arraigados en nuestra comunidad y constituyen una aspiración, por lo que nos esforzamos por crear nuevos mecanismos para atraer y apoyar a un grupo de trabajo aún más diverso e inclusivo. Esto incluye la creación de un centro completamente nuevo llamado Centro trans-NIH para la Aceleración de la Ingeniería Biomédica y la Tecnología (Centro BETA), que estará alineado con los valores de nuestra comunidad.
¿Durante la pandemia, ¿qué hizo en su poco tiempo libre?
Para nuestra comunidad, la pandemia, especialmente durante el primer año y medio o dos años- ha sido como un simulacro de incendio.
Pude poner en marcha mi laboratorio de óptica biomédica en el edificio del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver, junto con dos destacados ingenieros biomédicos a los que convencí para que dejaran California y se unieran a mí aquí: el director de mi laboratorio, Brian Hill, y el científico de planta, Tim Quang, Ph.D.
También construí un gimnasio en mi sótano. Es un buen refugio.
