La Batalla de Inglaterra y la Batalla contra el Cáncer

El desarrollo técnico aparejado a la carrera armamentística de la II Guerra Mundial dio como frutos avances científicos que tuvieron posteriormente aplicación en la vida cotidiana y sirvieron para desarrollar la ciencia en muchos campos. Quizá los avances más conocidos sean el dominio de la tecnología atómica o la invención de los motores a reacción.

En Desayuno con Fotones ya se han contado algunos de los hallazgos menos conocidos habidos durante la II GM relacionados con la medicina. Hoy paso a describir otro avance técnico que permitió la mejora del tratamiento del cáncer: el acelerador lineal de electrones.

En las primeras décadas del siglo XX el tratamiento de tumores profundos con radioterapia no pasaba de la irradiación paliativa en prácticamente todos los casos en los que no fuera posible emplear braquiterapia con radio. El motivo era que la tecnología solo permitía obtener rayos X con energías de 250-400 kv con los que se generaba una toxicidad cutánea grave (tanto aguda como crónica) que impedía alcanzar dosis tumoricidas sobre localizaciones del interior del cuerpo. Solamente los tumores de localizaciones superficiales o situados en regiones de menor espesor, como la mama o el cuello, podían tratarse con cierto éxito sin ocasionar una toxicidad severa. Una excepción resultó ser el linfoma de Hodgkin. René Gilbert en Suiza y luegoVera Peters en Canadá demostraron la radiocurabilidad de esta neoplasia incluso en localizaciones profundas. La razón era que,debido a la radiosensibilidad del linfoma, dosis relativamente bajas de radioterapia con kilovoltaje eran capaces de conseguir la curación de pacientes. Los resultados de las investigaciones también pusieron de manifiesto que el fallo local dentro del campo de tratamiento era uno de los principales causa de fracaso terapéutico sobre todo en la enfermedad voluminosa, sin embargo escalar la dosis con la tecnología disponible era impensable debido al riesgo elevado de complicaciones.

Entre quienes buscaban ávidamente una tecnología superior que produjera radiación con una energía suficiente para depositar una dosis letal sobre el tumor profundo sin dañar la piel ni los órganos interpuestos, se encontraba el doctor Kaplan. Henry S. Kaplan (HSK para sus colaboradores) debe considerarse, sin exagerar un ápice, uno de los padres de la medicina moderna; poseía una mente insaciable, una curiosidad que abarcaba cualquier  ámbito de la ciencia; durante su carrera médica hizo casi de todo. Aunque es recordado por sus investigaciones seminales sobre la enfermedad de Hodgkin, destacó también, con reconocimiento internacional, por sus investigaciones en biología molecular, siendo descubridor de los primeros virus oncogénicos e inventor de los hibridomas para sintetizar anticuerpos monoclonales humanos.

Kaplan trabajaba en Standford (California) y durante una fiesta captó una conversación entre físicos sobre un nuevo acelerador de partículas que había sido construido por Edward Ginzton  allí, en su misma universidad, basándose en una nueva tecnología desarrollada por los hermanos Russell y Sigur Varian.

En 1940 Gran Bretaña luchaba prácticamente en solitario contra el nazismo. La Europa continental había sido conquistada y  Hitler preparaba la invasión de las islas británicas. Para tener éxito necesitaba la supremacía aérea y marítima. La Luftwaffe alemana contaba con la superioridad numérica, pero con la desventaja de que sus aviones precisaban realizar un recorrido de ida y vuelta desde sus bases situadas en el continente lo dejaba poco combustible de reserva para los combates aéreos y los bombardeos. La Royal Air Force (RAF) contaba con pocos aviones y ninguna posibilidad de recibir refuerzos sustanciales por el bloqueo atlántico de los submarinos U-Boot. La estrategia de defensa con más probabilidades de éxito consistía en detectar los ataques de la Lutfwaffe tan pronto como fuera posible para sorprender al rival desprevenido y limitar la profundidad y duración de las incursiones de bombarderos sobre objetivos vitales.

Para descubrir una incursión aérea a tiempo se contaba desde hacía pocos años con el radar, pero su desarrollo tecnológico estaba en sus comienzos y su eficacia estaba limitada por dos  principales problemas:

1-Las ondas de radio tenían una longitud de onda muy larga que originaba muchas interacciones, dispersión e imposibilidad de emplearlas con nubes, bruma (lo que es claramente un problema si estás en Inglaterra) o de noche.

2- Además los aparatos de radar eran grandes y pesados, imposibles de transportar por tierra (estaciones fijas) y mucho menos en avión para poder realizar patrullas de vigilancia.

El sistema de radar ideal requería que las ondas de radio tuvieran una longitud de onda de centímetros, para evitar la reflexión y dispersión en condiciones atmosféricas adversas y que fuese ligero y pequeño para poder ser transportado en avión con vistas a organizar patrullas de vigilancia aérea.

Sigur Varian, ex piloto de la Pan Am, estaba muy interesado en el desarrollo de sistemas de navegación aérea nocturna y bajo condiciones de muy escasa visibilidad. Imbuido de un enorme interés por la física realizó junto con su hermano Rusel numerosos estudios e investigaciones en el campo de la electrónica sin llegar a completar jamás ningún grado universitario. Los trabajos de los hermanos Varian con las microondas para construir un aparato capaz de generar la radiofrecuencia  útil en el rastreo por radar sin limitaciones atmosféricas y al tiempo ligero y transportable en un avión, dieron como resultado la invención del klystron (pronuncidado «claistron» por su voz inglesa, pero klistrón según la RAE), un dispositivo bastante compacto (aproximadamente un metro de longitud) capaz de amplificar la potencia de una microonda hasta valores entonces impensables.

Los hermanos Sigurn y Russell Varian

Los hermanos Varian muy preocupados por la protección del espacio aéreo americano y el canal de Panamá (bajo soberanía USA en aquellos años) de posibles ataques alemanes ya habían pensado en emplear su sistema de radar en la lucha antiaérea, pero desconocían las tribulaciones británicas en estos menesteres.

Los trabajos del mando aéreo británico, encaminados a encontrar una solución para construir radares más eficaces, culminaron con éxito cuando John Randall y Harry Boot, dos de los miembros del grupo inglés para el desarrollo del radar, liderado por Mark Oliphant, idearon el  magnetrón.  El magnetrón de cavidad era de mucho menor tamaño y peso que el klistrón y a diferencia de este, no era un dispositivo amplificador, sino que era capaz de generar, de forma directa, la microonda de alta potencia. Con estos aparatos el desarrollo del radar aéreo fue finalmente posible contribuyendo a la victoria a la RAF sobre la Lutfwaffe en la famosa «Batalla de Inglaterra»

John Randall mirando a través de un microscopio electrónico

Ginzton, de origen ucraniano como Kaplan, antiguo alumno de Standford y colaborador de los hermanos Varian, adaptó el klistrón para la construcción de un nuevo acelerador de partículas con fines de investigación física. Su diseño y componentes lo hacían menos pesado y más  barato que otros aceleradores que estaban operando en USA. Kaplan, impelido por la conversación escuchada en la fiesta, contactó con Ginzton y le propuso la idea de diseñar un acelerador lineal con fines médicos.

Henry Seymour Kaplan con Edward Leonard Ginzton

La idea de emplear la radiación generada por estas máquinas no fue original de Kaplan, ni él fue el primero que empleó megavoltage para el tratamiento de los tumores: de hecho ya existían las bombas de cobalto desde que en 1951 Harold Elford Johns tratara al primer paciente con una de estas unidades, y se habían tratado pacientes con haces de fotones o de electrones generados por otros tipos de aceleradores de partículas (betatrones, el generador de Van de Graaf o el de Lauritsen). El problema era que el fin primario de esos aceleradores era la investigación física, no la terapia, y por tanto existían grandes dificultades a la hora de adaptarlos para las peculiaridades y necesidades de la irradiación de pacientes.

Ni siquiera fue el primer acelerador lineal, los primeros aceleradores lineales fueron puestos en marcha en el Reino Unido; un primer modelo, no isocéntrico y limitado en movilidad, se instaló en el hospital de Hammersmith en 1953, y un modelo más avanzado, con montaje isocéntrico (aunque aún con cierta limitación de giro) un año más tarde en el hospital de Newcastle.

El acelerador de Kaplan y de Ginzton tenía a pesar de ello algunas novedades relevantes, empleaba el klistrón de los hermanos Varian y una guía de ondas de vacío sellada en lugar de la habitual con vacío mantenido con bombas, de forma que el coste y mantenimiento de estas unidades se reducía de forma considerable. Pero lo más sorprendente de aquella unidad era que dispusiera de un tubo de rayos X de hasta 100 KVp, que podía ubicarse en la posición de la fuente de tratamiento, de forma que fuera posible realizar una previsualización de la zona anatómica a tratar, ¡IGRT en 1956!. 

Fotografía del primer paciente tratado de retinoblastoma en el primer acelerador lineal de uso clínico del Hospital de Stanford (extraída de http://lane.stanford.edu/med-history/index.html, bajo Creative Commons license Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0)

A pesar de no  ser el primero en utilizar el acelerador lineal con fines terapéuticos, se le atribuye habitualmente a Kaplan ese mérito, el cual por otra parte él nunca reclamó para sí.

Posteriormente Ginzton y los hermanos Varian fundaron Varian Associates localizando su empresa en esa meca de la tecnología que es, ahora, Silicon Valley. Por su parte Kaplan, no patentó ninguno de los componentes que ayudó a diseñar, ni participó en la fundación de la compañía Varian ni tuvo acciones y nunca obtuvo beneficios de la comercialización de los aceleradores lineales.

La mayor parte de la información contenida en este post está tomada del libro de la Dra. Jacobson «Henry Kaplan and the story of Hodgkin Disease», un libro cuya lectura recomiendo sin dudar a cualquiera que desee conocer el desarrollo de la oncología radioterápica como especialidad médica. Kaplan tenía un ansia insaciable por saber, una mentalidad renacentista y, como los sabios de los siglos XV y XVI, investigó y trabajó en primera línea como protagonista en muchos campos del quehacer médico: asistencia clínica, investigación molecular, investigación clínica, investigación biológica, radiología, radioterapia y convirtió la (entonces mediocre) Facultad de Medicina de Stanford en un centro universitario de referencia mundial equiparable a Harvard. También ayudó a diseñar servicios de radioterapia por todo el mundo, fue consejero de gobiernos y universidades en planificación, sentó las bases del tratamiento del linfoma de Hodgkin cuyos principios estuvieron vigentes hasta los años 90 del pasado siglo, fue activista distinguido en la lucha por  los derechos humanos, pagó de su bolsillo y llegó a tener en su casa alojados pacientes (venidos de todas partes del mundo) que carecían de medios para costearse el tratamiento… Los éxitos y fracasos del tratamiento del cáncer y los de la vida personal de Henry Kaplan son reflejados objetivamente en el libro que no pretende ser la hagiografía de un héroe.