Per què 8.000 científics de tot el món volen visitar el sincrotró ALBA

GinebraEn un edifici situat al Parc Tecnològic del Vallès i que vist des del cel té forma d’ull biònic hi ha una de les instal·lacions científiques més punteres de Catalunya i del sud d’Europa: el sincrotró ALBA. Inaugurat l’any 2010, s’ha consolidat com una de les fonts de llum de sincrotró més importants del planeta. Cada any dona suport a 8.000 científics provinents de tot el món en més de 400 experiments. Un gran nombre de les investigacions que s’hi duen a terme troben més tard aplicacions en àrees molt diverses, que van des de la ciència de materials i la nanotecnologia fins a la biomedicina i el medi ambient.

Un microscopi molt potent...

Una font de llum de sincrotró utilitza un accelerador d’electrons circular per generar un feix polsat de raigs X amb una brillantor molt alta, altament polaritzat i d’ampli espectre, unes característiques que permeten fer-hi microscòpia d’altra precisió. Al voltant de l’accelerador hi ha instal·lades deu línies experimentals, anomenades línies de llum, que extreuen la llum de sincrotró. És aquí on la llum es tracta i es prepara per fer-la incidir sobre les mostres que es volen analitzar. D’aquesta manera es poden observar, per exemple, estructures molt petites, com ara cèl·lules, proteïnes i orgànuls, així com les funcions que aquestes estructures executen en diferents processos biològics. “Som capaços de ficar-nos a dins de la cèl·lula i veure com funciona”, explica Ana Joaquina Pérez, investigadora de la línia de llum Mistral i experta en virologia del sincrotró ALBA.

 ...a l’abast d’usuaris públics i privats

Científics de tot el món visiten el sincrotró per dur a terme els seus experiments. Tanmateix, atès el gran nombre de peticions, la direcció del sincrotró només pot aprovar i acceptar-ne una part, basant-se en l’excel·lència científica i tècnica de les propostes. “A l’any rebem al voltant d’unes 600 propostes, de les quals n'acceptem la meitat”, explica Caterina Biscari, directora d’aquesta instal·lació científica des de l’any 2012. De totes les propostes rebudes, la meitat corresponen a equips investigadors estatals i la resta provenen de fora de l’Estat, la majoria d’Europa.

Tot i que representen una fracció relativament petita del total, les institucions privades també poden accedir-hi. “A Espanya la investigació privada encara no està a un nivell gaire alt i les empreses veuen el sincrotró com una cosa estranya –explica Biscari–. Per això ens hi acostem per explicar-los com amb el sincrotró poden millorar la seva producció i la seva R+D i obtenir-ne un avantatge competitiu”.

 Un sincrotró molt especial

Un total de 260 persones treballen a l'ALBA per donar suport als usuaris que visiten el laboratori per fer-hi els seus experiments. Entre el personal del laboratori hi ha físics i enginyers que posen a punt l’accelerador de partícules per produir feix de manera quasi contínua. De fet, una de les característiques en què més destaca per sobre d’altres instal·lacions similars és en la disponibilitat, és a dir, el percentatge de temps total que l’accelerador produeix feix als usuaris, que és del 98%. Aquest és un paràmetre molt important, ja que els usuaris demanen que tot funcioni bé durant el temps que passen al sincrotró. “Els usuaris que venen un cop, volen repetir”, comenta Biscari.

La línia de llum Mistral, dedicada a la nanotomografia amb raigs X tous, és una de les més sol·licitades. “El que fem en aquesta línia de llum és un TAC de les cèl·lules, que és com un TAC convencional però amb un milió de vegades més resolució”, explica Pérez. La gran demanda ve del fet que a tot el món només es poden trobar tres instal·lacions similars a Mistral.

Tot i que la visita dels usuaris pot durar uns pocs dies, la relació que estableixen amb el personal del sincrotró pot durar per sempre. “Els projectes dels usuaris te’ls acabes fent una mica teus, també, perquè els has ajudat molt”, explica Pérez. I afegeix: “Coneixes gent de tot el món i estableixes una relació molt maca amb ells. Tinc infinits grups de WhatsApp on encara em continuen preguntant coses dels experiments”.

El futur del sincrotró

Tot i que l’ALBA es troba funcionant a ple rendiment, ja s’està preparant la seva millora cap a finals d’aquesta dècada. “El que fem avui ja es fa pensant en el futur”, comenta la directora del sincrotró. Durant aquesta millora se substituiran un gran nombre de components de l’accelerador per aconseguir una qualitat del feix encara més alta, que permetrà fer mesures de més precisió. Moltes de les línies experimentals també patiran millores considerables i se n'instal·laran de noves. "Podrem fer mesures en pocs segons, a més de combinar mesures de diferents experiments", explica Pérez respecte a les millores que s’esperen a la línia Mistral.

Biscari també destaca el paper fonamental que han de tenir les dones en la ciència del futur: actualment representen el 25% del personal en plantilla del laboratori. "Encara que estem treballant molt per millorar aquesta xifra, estem molt millor que altres centres d’investigació", diu Biscari, i afegeix: "Necessitem no només la capacitat de les dones sinó també la seva manera de veure la vida".

Actualment la direcció de l’ALBA està a l’espera que els dos governs que financen la instal·lació, la Generalitat de Catalunya i el govern d’Espanya, signin l’acord que ja ha aprovat el consell rector del laboratori i que permetrà estendre l’operació de l’accelerador durant quinze anys més. “És una instal·lació de la qual podem estar orgullosos en aquest país”, conclou Biscari.

Cinc experiments que es duen a terme al sincrotró ALBA: Des dels materials fins a les malalties poc comunes

Els experiments que es duen a terme al sincrotró ALBA estan enfocats principalment a la recerca en ciències aplicades en àrees molt diverses. Un 60 % dels experiments que es realitzen estan enfocats a la ciència de materials, mentre que la resta se centren en la investigació aplicada en ciències de la vida. Moltes d’aquestes recerques acaben en publicacions científiques que molt sovint acaben traduint-se en aplicacions mèdiques, farmacèutiques o en la creació de nous materials.

En una col·laboració amb l’Hospital Sant Joan de Déu, investigadors del sincrotró ALBA van ajudar a demostrar que la teràpia gènica pot revertir els efectes de la mutació que causa els símptomes de la distròfia muscular congènita, una malaltia poc freqüent que pateixen una de cada 100.000 persones. Els pacients amb distròfia muscular tenen una mutació en els gens que produeixen col·lagen, de manera que no poden formar correctament aquesta xarxa de fibres entre cèl·lules. L'objectiu de l'equip científic va consistir a silenciar aquesta mutació amb una tècnica d'edició genètica basada en el sistema CRISPR. “Mitjançant la tomografia de la línia Mistral vam predir quina de les tècniques era la que funcionaria”, comenta Pérez.

Durant la pandèmia de la covid, el sincrotró ALBA també va tenir un paper molt important en l’anàlisi de l’estructura i la funció del virus i l’any passat van aconseguir observar com es replica a les cèl·lules en 3D. “Durant la pandèmia l’accelerador no estava en operació i es va posar en marxa expressament per analitzar el SARS-CoV-2”, explica Pérez, que afegeix, “hem estudiat diferents tipus de teràpies contra la covid i ara som capaços de predir quines teràpies funcionaran bé i els efectes secundaris que poden produir”.

En un estudi realitzat recentment amb l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona es van sintetitzar i caracteritzar nano transportadors per l’administració eficient del fàrmac riluzol. Aquest és un fàrmac que podria ajudar en la lluita contra el glioblastoma multiforme, un tipus de càncer cerebral molt agressiu amb una probabilitat de supervivència al cap de cinc anys de tan sols el 5%. Els resultats d'aquest estudi permetran avançar cap a la millora del tractament d'aquest tipus càncer així com en el desenvolupament de noves teràpies dirigides a altres tipus de càncers cerebrals.

Un dels grans reptes de les cel·les solars de silici que s’utilitzen per generar electricitat està relacionat amb la seva baixa eficiència, sempre per sota del 30%. En un estudi fet al sincrotró l’any passat, investigadors de la Universitat Politècnica de Lausana (EPFL) i el Centre Suïs d’Electrònica i Microtecnologia (CSEM), van demostrar una eficiència superior al 31% quan apilaven cel·les de silici amb les d’un altre mineral anomenat perovskita, fent un gran pas en el desenvolupament d’una tecnologia solar més eficient i econòmica.

El sincrotró ALBA també s’ha utilitzat per analitzar mostres de residus i estudiar el seu impacte mediambiental. És el cas, per exemple, dels residus miners que durant 40 anys es van abocar a la badia de Portmán, a Múrcia. L’anàlisi va determinar que les mostres contenien arsènic en diferents estats d’oxidació provinent dels minerals de la mina. Els resultats van ajudar a caracteritzar la concentració d’aquests residus tòxics a l’ecosistema marí i a definir estratègies d’actuació adequades.

Un altre exemple interessant el trobem en l’estudi del patrimoni artístic i cultural. En aquest cas, un equip d’investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya va estudiar els materials i els mètodes emprats en la producció dels esmalts dels vitralls del Modernisme Català, que daten del segle XIX i començaments del XX. Els vitralls són elements molt delicats i l’anàlisi feta amb llum de sincrotró va determinar la seva composició química així com identificar-ne els pigments i colorants utilitzats, i els productes formats a conseqüència de la corrosió. Els resultats obtinguts permeten millorar les tècniques de preservació d’aquestes peces úniques del patrimoni cultural català.