Por qué 8.000 científicos de todo el mundo quieren visitar el sincrotrón ALBA

GinebraEn un edificio situado en el Parque Tecnológico del Vallès y que visto desde el cielo tiene forma de ojo biónico se encuentra una de las instalaciones científicas más punteras de Cataluña y del sur de Europa: el sincrotrón ALBA. Inaugurado en 2010, se ha consolidado como una de las fuentes de luz de sincrotrón más importantes del planeta. Cada año apoya a 8.000 científicos provenientes de todo el mundo en más de 400 experimentos. Un gran número de las investigaciones que se realizan encuentran más tarde aplicaciones en áreas muy diversas, que van desde la ciencia de materiales y la nanotecnología hasta la biomedicina y el medio ambiente.

Un microscopio muy potente...

Una fuente de luz de sincrotrón utiliza un acelerador de electrones circular para generar un haz pulsado de rayos X con un brillo muy alto, altamente polarizado y de amplio espectro, unas características que permiten hacer microscopía de otra precisión. Alrededor del acelerador están instaladas diez líneas experimentales, llamadas líneas de luz, que extraen la luz de sincrotrón. Aquí es donde la luz se trata y se prepara para hacerla incidir sobre las muestras que se quieren analizar. De esta forma se pueden observar, por ejemplo, estructuras muy pequeñas, como células, proteínas y orgánulos, así como las funciones que estas estructuras ejecutan en diferentes procesos biológicos. "Somos capaces de meternos dentro de la célula y ver cómo funciona", explica Ana Joaquina Pérez, investigadora de la línea de luz Mistral y experta en virología del sincrotrón ALBA.

 ...al alcance de usuarios públicos y privados

Científicos de todo el mundo visitan el sincrotrón para realizar sus experimentos. Sin embargo, dado el gran número de peticiones, la dirección del sincrotrón sólo puede aprobar y aceptar una parte, basándose en la excelencia científica y técnica de las propuestas. "Al año recibimos alrededor de unas 600 propuestas, de las que aceptamos la mitad", explica Caterina Biscari, directora de esta instalación científica desde el año 2012. De todas las propuestas recibidas, la mitad corresponden a equipos investigadores estatales y el resto provienen de fuera del Estado, la mayoría de Europa.

Aunque representan una fracción relativamente pequeña del total, las instituciones privadas también pueden acceder a ellas. “En España la investigación privada aún no está a un nivel muy alto y las empresas ven el sincrotrón como algo raro –explica Biscari–. Por eso nos acercamos para explicarles cómo con el sincrotrón pueden mejorar su producción y su I+D y obtener una ventaja competitiva”.

 Un sincrotrón muy especial

Un total de 260 personas trabajan en el ALBA para apoyar a los usuarios que visitan el laboratorio para realizar sus experimentos. Entre el personal del laboratorio hay físicos e ingenieros que ponen a punto el acelerador de partículas para producir haz de forma casi continua. De hecho, una de las características en las que más destaca por encima de otras instalaciones similares está en la disponibilidad, es decir, el porcentaje de tiempo total que el acelerador produce haz a los usuarios, que es del 98%. Éste es un parámetro muy importante, ya que los usuarios piden que todo funcione bien durante el tiempo que pasan en el sincrotrón. "Los usuarios que vienen una vez, quieren repetir", comenta Biscari.

La línea de luz Mistral, dedicada a la nanotomografía con rayos X blandos, es una de las más solicitadas. "Lo que hacemos en esta línea de luz es un TAC de las células, que es como un TAC convencional pero con un millón de veces más resolución", explica Pérez. La gran demanda viene de que en todo el mundo sólo se pueden encontrar tres instalaciones similares en Mistral.

Aunque la visita de los usuarios puede durar unos pocos días, la relación que establecen con el personal del sincrotrón puede durar para siempre. "Los proyectos de los usuarios te los acabas haciendo un poco tuyos, también, porque les has ayudado mucho", explica Pérez. Y añade: “Conoces a gente de todo el mundo y estableces una relación muy bonita con ellos. Tengo infinitos grupos de WhatsApp en los que todavía me siguen preguntando cosas de los experimentos”.

El futuro del sincrotrón

Aunque el ALBA está funcionando a pleno rendimiento, ya se está preparando su mejora hacia finales de esta década. "Lo que hacemos hoy ya se hace pensando en el futuro", comenta la directora del sincrotrón. Durante esta mejora se sustituirán un gran número de componentes del acelerador para conseguir una calidad del haz aún más alta, que permitirá realizar medidas de mayor precisión. Muchas de las líneas experimentales también sufrirán mejoras considerables y se instalarán nuevas. "Podremos hacer medidas en pocos segundos, además de combinar medidas de distintos experimentos", explica Pérez respecto a las mejoras que se esperan en la línea Mistral.

Biscari también destaca el papel fundamental que deben tener las mujeres en la ciencia del futuro: actualmente representan al 25% del personal en plantilla del laboratorio. "Aunque estamos trabajando mucho para mejorar esta cifra, estamos mucho mejor que otros centros de investigación", dice Biscari, y añade: "Necesitamos no sólo la capacidad de las mujeres sino también su forma de ver la vida".

Actualmente la dirección del ALBA está a la espera de que los dos gobiernos que financian la instalación, la Generalitat de Catalunya y el gobierno de España, firmen el acuerdo que ya ha aprobado el consejo rector del laboratorio y que permitirá extender la operación del acelerador durante otros quince años. "Es una instalación de la que podemos estar orgullosos en este país", concluye Biscari.

Cinco experimentos que se llevan a cabo en el sincrotrón ALBA: Desde los materiales hasta las enfermedades poco comunes

Los experimentos que se realizan en el sincrotrón ALBA están enfocados principalmente a la investigación en ciencias aplicadas en áreas muy diversas. Un 60% de los experimentos que se realizan están enfocados a la ciencia de materiales, mientras que el resto se centran en la investigación aplicada en ciencias de la vida. Muchas de estas investigaciones acaban en publicaciones científicas que a menudo acaban traduciéndose en aplicaciones médicas, farmacéuticas o en la creación de nuevos materiales.

En una colaboración con el Hospital Sant Joan de Déu, investigadores del sincrotrón ALBA ayudaron a demostrar que la terapia génica puede revertir los efectos de la mutación que causa los síntomas de la distrofia muscular congénita, una enfermedad poco frecuente que sufren una de cada 100.000 personas. Los pacientes con distrofia muscular tienen una mutación en los genes que producen colágeno, por lo que no pueden formar correctamente esta red de fibras entre células. El objetivo del equipo científico consistió en silenciar esa mutación con una técnica de edición genética basada en el sistema CRISPR. “Mediante la tomografía de la línea Mistral predijimos cuál de las técnicas era la que funcionaría”, comenta Pérez.

Durante la pandemia de la cóvido, el sincrotrón ALBA también tuvo un papel muy importante en el análisis de la estructura y la función del virus y el año pasado consiguieron observar cómo se replica a las células en 3D. “Durante la pandemia el acelerador no estaba en operación y se puso en marcha expresamente para analizar el SARS-CoV-2”, explica Pérez, quien añade, “hemos estudiado diferentes tipos de terapias contra la cóvid ​​y ahora somos capaces de predecir qué terapias funcionarán bien y los efectos secundarios que pueden producir”.

En un estudio realizado recientemente con el Instituto de Biología Molecular de Barcelona se sintetizaron y caracterizaron a nano transportadores por la administración eficiente del fármaco riluzol. Éste es un fármaco que podría ayudar en la lucha contra el glioblastoma multiforme, un tipo de cáncer cerebral muy agresivo con una probabilidad de supervivencia a los cinco años de tan sólo el 5%. Los resultados de este estudio permitirán avanzar hacia la mejora del tratamiento de este tipo de cáncer así como en el desarrollo de nuevas terapias dirigidas a otros tipos de cánceres cerebrales.

Uno de los grandes retos de las celdas solares de silicio que se utilizan para generar electricidad está relacionado con su baja eficiencia siempre por debajo del 30%. En un estudio realizado en el sincrotrón el año pasado, investigadores de la Universidad Politécnica de Lausana (EPFL) y el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM), demostraron una eficiencia superior al 31% cuando apilaban celdas de silicio con las de otro mineral llamado perovskita, dando un gran paso en el desarrollo de una tecnología solar más eficiente y económica.

El sincrotrón ALBA también se ha utilizado para analizar muestras de residuos y estudiar su impacto medioambiental. Es el caso, por ejemplo, de los residuos mineros que durante 40 años se vertieron en la bahía de Portmán, en Murcia. El análisis determinó que las muestras contenían arsénico en distintos estados de oxidación proveniente de los minerales de la mina. Los resultados ayudaron a caracterizar la concentración de estos residuos tóxicos en el ecosistema marino ya definir estrategias de actuación adecuadas.

Otro interesante ejemplo lo encontramos en el estudio del patrimonio artístico y cultural. En este caso, un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña estudió los materiales y métodos empleados en la producción de los esmaltes de las vidrieras del Modernismo Catalán, que datan del siglo XIX y principios del XX. Las vidrieras son elementos muy delicados y el análisis realizado con luz de sincrotrón determinó su composición química así como identificar sus pigmentos y colorantes utilizados, y los productos formados a consecuencia de la corrosión. Los resultados obtenidos permiten mejorar las técnicas de preservación de estas prendas únicas del patrimonio cultural catalán.