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Revista NOOS Volumen 7 (2015) Pág. 44 – 54
Derechos Reservados
Facultad de Ciencias Exactas
Y Naturales
Radiaciones ionizantes en tejido biológico: Caso particular la
radioterapia.
Ionizing radiation in biological tissue: Special case Radiotherapy
Nicolás David Duarte Benavides
Departamento de Física y Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia.
ABSTRACT: Ionizing radiation has been much
debate globally as to whether their application in
biological tissue is an advantage or could bring
irreparable consequences, in this article the topic of
ionizing radiation will be studied in the clinical setting
by analyzing the particular case of use in a disease
called cancer, through a technique such as
radiotherapy. The effect that happens in cells that are
Article Info
Article history:
Received: 1 de Abril 2015
Received in revised: 4 de Marzo 2015
Accepted: 12 de Marzo de 2015
Available online: 16 Octubre de 2015
KEYWORDS: Ionizing radiation,
Radioprotection, biological tissue
radiotherapy
generated by the radiation - matter interaction, in
addition to this, also is analyzed the physical,
chemical and biological phenomena’s that happens
when using ionizing radiation in biological tissue and
finally mention some measures will be analyzed like
industrial safety adopted by the responsible to
clinician applying to ionizing radiation; otherwise to
measures.
say
it
is
radioprotection
RESUMEN:
Las radiaciones ionizantes han tenido mucha controversia a nivel mundial con respecto a si su aplicación en
tejido biológico es una ventaja o podría traer consecuencias irremediables, en este trabajo se abordara el tema
de las radiaciones ionizantes en el ámbito clínico analizando el caso particular de su utilidad en una
enfermedad llamada cáncer; a través de una técnica conocida como la radioterapia. Se analizara el efecto que
se presenta en las células que es generado por la interacción radiación-materia, adicional a esto se expondrán
los fenómenos físicos, químicos y biológicos que se presentan al usar las radiaciones ionizantes en el tejido
biológico y por último se mencionaran ciertas medidas de seguridad industrial adoptadas por el personal
clínico responsable de aplicar las radiaciones ionizantes; dicho de otra manera medidas de radio protección.
PALABRAS CLAVE: Radiaciones ionizantes, Radioterapia, Radio protección, tejido biológico.
Revista NOOS, Vol. 7, No. 1, Abril de 2015. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. ISSN 2346-2779
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1. Introducción
El estudio de las
radiaciones ionizantes
inicio a partir del descubrimiento de la
radioactividad, en 1895 Wilhelm
Rontgen
realizo el experimento de rayos catódicos en
cual se descubrió la presencia de los rayos x
al indicar altos voltajes a un tubo de vacío o
tubo de crookes (el nombre se debe a que el
científico William Crookes ya había estudiado
el fenómeno con anterioridad), este tubo está
conectado a dos electrodos denominados
Fig. 1 Imagen ilustrativa de Henri Becquerel
cátodo y ánodo, se observó
investigando las radiaciones emitidas por el
que se emitían
rayos que podían impregnarse en metales y
uranio
observar los huesos humanos en dichas
placas, a estos rayos debido a la extrañes
que se
presentó en esa época se les
La radiación es una
denomino rayos X.
En
1896
Henri
2. ¿Que son las radiaciones ionizantes?
Becquerel
estudio
las
manifestación de la
propagación energética ; esta propagación
radiaciones emitidas por el uranio las cuales
de
se impregnaban en placas fotográficas; en
electrones de los átomos a los cuales se
1898 Pierre y Marie Curie con base en los
hace incidir dicha radiación; esto quiere decir
experimentos
anteriormente
que la radiación se propaga y al toparse con
emitidas
un medio interacciona con
estudiaron
las
mencionados
radiaciones
por
energía
genera
excitación
en
los
sus electrones,
diferentes elementos químicos, a partir de
en algunos casos esta radiación es tan
ello descubrieron dos elementos químicos a
intensa que se puede generar la expulsión de
los cuales denominaron radio y polonio.
electrones
Un científico reconocido de esta misma
ionización y debido a que esta ionización es
época llamado Nikola Tesla estudio estas
producida por radiación entonces se le da el
radiaciones emitidas con el fin de alertar a la
nombre de radiaciones ionizantes, el caso
sociedad del riesgo biológico que se presenta
contrario son las radiaciones no ionizantes en
al trabajar con estas radiaciones, debido a
los cuales la interacción no es suficiente para
esto y a partir de investigaciones posteriores
generar desprendimiento de electrones.
se creó en 1928 la comisión internacional de
(H Uribe 2007).
a
lo
cual
se
le
denomina
radioprotección con el fin de usar estas
radiaciones de manera controlada para el
beneficio de la humanidad y evitando al
máximo el riesgo biológico de las mismas.
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persona fume cigarrillo en cantidad excesiva
,esto solo son algunos ejemplos de ello.
Las alteraciones genéticas surgen en el DNA
(acido desoxirribonucleico) de una célula
somática de la persona afectada, a causa de
ello las células se multiplican afectando los
tejidos
sanos
tumores
también,
malignos
y
que
produciendo
pueden
causar
´´metástasis´´ es decir las células malignas
Fig. 2 Imagen ilustrativa de la radiación
se deprenden de su sitio original, ingresan a
ionizante
la circulación sanguínea y generan tumores
secundarios, dicho en otras palabras el
Las fuentes de radiación ionizante se pueden
cáncer se expande por todo el cuerpo.
encontrar de manera natural en los rayos
Las células cancerígenas comparten ciertas
cósmicos
y
propiedades que afectan a cualquier tejido
penetran en la tierra, existen otros tipos de
vivo, la primera de ellas es la pérdida de
fuentes naturales que se encuentran en
control de crecimiento(es decir crecimiento
minerales como las rocas ígneas como por
descontrolado), las células de tejido no
ejemplo el
232(
que
proviene
del
uranio-238 (
, el potasio-40 (
universo
), el torio, entre otros.
cancerígeno
al
ser
investigadas
laboratorios crecen en cultivo
en
debido a la
A estos elementos químicos se les denomina
insulina y factores epidérmicos que están
isotopos radiactivos debido a el mismo
presentes en una fracción de la sangre
elemento químico puede tener
denominada
diferentes
suero,
pero
las
células
diferente
cancerígenas pueden crecer en ausencia de
en su núcleo, el
suero, otra propiedad importante son las
ejemplo más común usado a nivel industrial
alteraciones en el núcleo celular ya que las
es el uranio él se puede encontrar en la
células
configuraciones
en
número de neutrones
naturaleza como (
cuanto
)o(
a
contienen
complementos cromosómicos anormales es
).
decir
no
mantienen
cromosómico
3. Cáncer y Radioterapia:
El cáncer es una enfermedad genética
porque puede rastrearse dentro de genes
específicos, a pesar de ello en muchos de
sus casos se presenta por factores externos
como por ejemplo que la persona se exponga
al sol sin el uso de protector solar
cancerígenas
, que la
diploide
el
que
complemento
regula
su
crecimiento, esto conduce a concluir que la
principal diferencia de células cancerígenas y
normales(no cancerígenas) radica en que las
primeras presentan un comportamiento de
crecimiento y reproducción descontrolado.
(G.Karp. 2009)
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3.1 Radioterapia
La radioterapia es una técnica convencional
4.
en
biológicos de las radiaciones ionizantes
la
cual
se
irradian
las
células
Factores
Físicos,
Químicos
y
cancerígenas con radiaciones ionizantes,
Las radiaciones ionizantes tienen efectos en
buscando con esto la destrucción celular de
tres áreas de la ciencia importantes
células cancerígenas y la reducción de los
tumores malignos; la radioterapia destruye el
4.1 Factores físicos:
material genético de las células cancerígenas
Uno de los factores físicos de mayor
evitando que crezcan, se
dividan y se
incidencia en este tipo de radiaciones es la
multipliquen en el cuerpo. La radioterapia se
transferencia lineal de energía (LET) con la
dividen
La
cual es posible determinar la cantidad de
radioterapia externa o Teleterapia donde un
energía radiada que atraviesa un medio; una
acelerador de partículas
(Linac) irradia la
definición más apropiada para este fenómeno
zona afectada con partículas como es el caso
es la energía transferida por unidad de
de los electrones o emite fotones es decir
longitud.
radiación electromagnética
y la radioterapia
El LET se divide en dos clases dependiendo
interna o Braquiterapia en la cuales la
de su radiación que son: el haz de radiación
radiación se inyecta a través de unos
alta LET en el cual se hace incidir radiación
pequeños tubos o cavidades que irradian la
de partículas alfa en un medio , la energía se
zona afectada de manera más concentrada y
deposita rápidamente en regiones pequeñas
esta última técnica tiene gran utilidad para el
lo que hace que no atraviese grosores
cáncer de seno , estas dos técnicas son
grandes, la segunda clase que es el haz de
usadas
el
radiación baja LET en la que la energía se
tratamiento de tumores malignos y el uso de
deposita lentamente por esto la radiación que
la una o la otra depende del volumen del
presenta el medio no es alta , pero puede
tumor , el sitio del
atravesar
en
en
dos
el
clases
ámbito
que
son:
clínico
para
cuerpo donde se
grosores
más
grandes
en
encuentre e tumor , entre otros factores.
comparación con la radiación alta LET, en
Debido a los avances tecnológicos como el
este tipo de radiación se emiten fotones es
TAC (tomografía axial computarizada), el
decir radiación electromagnética o radiación
PET (tomografía por emisión de positrones)
gamma.
se puede obtener imágenes muy precisas de
cuerpo humano, generando con esto un
proceso
de
radioterapia
simulación
y
que
hace
previa
que
a
la
este
procedimiento sea más seguro y se irradie
dentro de lo posible solo las zonas afectadas.
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4.3 Factores Biológicos:
Los principales efectos generados a través
de el uso de radiaciones ionizantes son los
biológicos ya que se irradia directamente a la
célula lo cual tiene consecuencias en algunos
casos irreversibles por ello es necesario toda
un área del conocimiento que estudiara estos
fenómenos,
por
tal
razón
surgió
la
Fig. 3 Imagen ilustrativa de LET para
Radiobiología que es la ciencia que estudia
diferentes partículas y fotones (Gama).
los fenómenos debidos al uso de radiaciones
ionizantes en seres vivos.
4.2 Factores Químicos:
Dentro
de los
factores
La radiación ionizante incide directamente
químicos
a
la
el
núcleo
celular
exposición de las radiaciones ionizantes, uno
diferentes
efectos
en
de los más relevantes es la privación o
desoxirribonucleico).El ADN es una molécula
carencia de oxigeno que presenta la persona
con una doble cadena en forma de hélice que
con un tumor cancerígeno , esto dicho en
contiene
términos clínicos se denomina hipoxia , la vía
monosacárido(estructura más simple de los
de señalización
azucares)
que regula la relación
sobre
en
su
llamado
ocasionando
el
ADN(ácido
estructura
desoxirribosa,
un
grupos
oxigeno- respuesta en el ciclo celular (HIF)
fosfato y cuatro bases nitrogenadas llamadas
inhibe un gran número de genes que
citosina,
controlan funciones celulares tales como la
organizado
angiogénesis(formación
vasos
cromosomas que contienen la información
sanguíneos a partir de vasos ya pre-
genética de los seres vivos, el uso de
existentes) ,
metástasis donde el tumor
radiaciones en la estructura del ADN puede
principal se fracciona el tumores de menor
causar escisiones en su cadena es decir
tamaño pero letales y apoptosis ( tiempo de
daños o rupturas de la misma , entre
supervivencia celular), para este último caso
cruzamientos entre
se realiza un modelo computacional en el
perdida de bases nitrogenadas,
de
adenina,timina,guanina;está
en
estructuras
cadenas
llamadas
de ADN o
cual se grafica la supervivencia celular que
presenta una fracción de la misma célula con
los dos primeros daños
respecto a la
reversibles en los cuales el mecanismo SOS
dosis absorbida.(C.Brahimi-
son procesos
Horn .J Pouysségur 2006)
del ADN identifica el daño presentado y se
Sin embargo de esto se hablara con mayor
genera un ciclo celular para su reparación;
detenimiento en los factores biológicos en el
sin embargo el ultimo daño es decir la
uso de radiaciones ionizantes.
perdida de bases nitrogenadas, para este no
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es tan sencilla su reparación por ello se
en su capa de valencia) que son OH y el H
pueden presentar mutaciones genéticas a
para este caso, después de la formación de
nivel molecular .
radicales
Dentro del tipo de rupturas que puede causar
descomposición molecular del H2O causando
el uso de radiaciones ionizantes en la cadena
con ello un fenómeno muy similar a cuando
de ADN se distinguen dos principales que
la radiación incide directamente en el núcleo
son una ruptura sencilla o una ruptura doble,
celular.(M Plazas 2013)
a continuación se evidenciara una imagen
Para cualquiera de los dos casos el uso de
ilustrativa:
radiaciones
libres
se
presenta
ionizantes
en
una
células
cancerígenas tiene dos fines, el primero es la
muerte reproductiva celular es decir evitar
que las células infectadas con cáncer se
reproduzcan, el segundo fin es causar el
retraso mitótico, es decir al aplicar la
radiación si las dosis aplicada no es lo
suficientemente
alta las células que se
encontraban en proceso de mitosis se
recuperan e inician de nuevo el proceso de
división celular pero con el tejido sano.
Fig. 4 Rupturas de la cadena de ADN
Tomado de
radiaciones
Efectos biológicos de las
ionizantes.
M
Plazas
(2013).Universidad Nacional de Colombia –
Radiobiología
estudia
también
la
supervivencia celular al irradiar las células
con radiaciones ionizantes, a continuación se
mostrara una gráfica de ello:
sede Bogotá
Para el primer caso con la ruptura de la
primera
cadena
el
proceso
puede
ser
reversible pero la ruptura de las dos cadenas
es un proceso más complejo y lo más
probable para este caso es que cause
muerte celular. Otra manera en la cual la
radiación ionizante puede afectar a la célula
es a través de un proceso llamado Radiolisis
en el cual la radiación no influye directamente
en el núcleo celular, lo que sucede es que la
radiación incide sobre el H2O de la célula
obteniendo
con
esto
dos
radicales
libre(moléculas con un electrón no apareado
Fig. 5 Surviving Fraction vs Radiation Dose
Tomado
de
“Estudio
in
vitro
de
la
supervivencia en células tumorales irradiadas
con un acelerador lineal de uso clínico” P
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.Quintero, tesis maestría Física médica.
actualmente se han implementado como
Universidad
estudio en ratones y también en tumores
Nacional
de
Colombia-sede
Bogotá .pág. 36
cerebrales en niños con el objetivo de algún
día implementar la técnica en el ámbito
Es posible observar que cuando la dosis de
clínico. (P. Symonds, D. Jones .2013).
radiación aumenta, la supervivencia celular
disminuye a tal punto de hacer cero es decir
Por otra parte la utilización de radiofármacos
cuando se genera muerte celular.
en el tratamiento del cáncer ha tomado gran
fuerza en la última década, tumores malignos
5. Avances clínicos en la radiobiología
como los linfomas se tratan con esta técnica
A medida que se ha implementado la
en la que se inyecta vía intravenosa o se
radioterapia en el ámbito clínico se ha tenido
ingiere vía oral algún isotopo radiactivo
como objetivo reducir el riesgo biológico e
según sea el caso y la radiación del isotopo
irradiar solo las zonas afectadas por células
irradia el tumor o los tumores que presente el
cancerígenas, técnicas como la radioterapia
cuerpo, el gran problema que presenta esta
de intensidad modulada(IMRT), radioterapia
técnica es que como se inyecta a la sangre ,
guidada por imágenes(IGRT) reducen la
el isotopo radiactivo se dispersa por todo el
posibilidad de daño del tejido sano y
cuerpo irradiando también las zonas de tejido
aumentan la probabilidad de localización de
no cancerígeno y para evitar este problema
la zona afectada, adicional a esto
se le suministra al paciente bajas dosis del
con la
IGRT es posible conocer el volumen de la
isotopo.
zona a irradiar disminuyendo con esto la
La radiobiología es una ciencia en la cual
posibilidad de irradiar tejido sano.
queda mucho por investigar, es indudable
La presencia de óxido nítrico en las células
reconocer el profundo avance que ha tenido
irradiadas en condiciones de hipoxia conduce
desde el desarrollo de el primer acelerador
al rompimiento de la cadena sencilla y la
lineal en 1953 y la implementación clínica de
cadena doble del ADN lo cual puede causar
la radioterapia conformada en 3D en 1980, a
la muerte celular por eso investigaciones
pesar de ello es una campo de estudio
actuales evalúan la posibilidad de controlar
abierto
este fenómeno. Existen investigaciones en
nanotecnología se auguran técnicas más
radiobiología
como la realizada por el
especializadas, más exactas que reducirán el
científico Ann Coulter en la que se irradian
riesgo biológico que se genera con el uso de
rayos X o fotones a los que se les adiciona
las radiaciones ionizantes
y
con
el
nuevo
auge
de
la
nano partículas de oro o gadolinio las cuales
favorecen el tratamiento clínico de los
6. Radioprotección
tratamientos cancerígenos, en especial para
Debido al peligro evidente que generan las
los tumores cerebrales, por dicha razón
radiaciones
ionizantes,
es
necesario
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la
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implementación de un sistema de seguridad
6.2 Equipamiento personal: Dentro del
industrial que proteja no solo a los pacientes
equipamiento personal existen trajes rellenos
a los que se les practica la radioterapia, sino
de plomo ya sean uniformes, guantes y gafas
también al personal operario expuesto es
plomadas, pantallas con blindajes de plomo
decir a los tecnólogos en radioterapia,
para uso práctico de fuentes, se usa el plomo
médicos –oncólogos, físicos médicos
ya que partículas como
y a
las alfa, beta ,
todos aquellos que puedan estar expuestos
gamma o la radiación electromagnética que
e inclusive el personal de aseo también
contiene fotones no puede sobrepasar una
puede ser expuesto, por ello se hace
barrera solido de plomo, otro material que
necesario la implementación de manuales de
también se puede utilizar es el concreto , sin
protección
por
embargo no se usa debido a que es muy
expertos no solo en el ámbito clínico sino
pesado y poco práctico para el trabajador-
también
operario que emite la radiación ionizante.
radiológica
en
la
diseñados
seguridad
industrial
de
procesos como la radio farmacia, plantas de
energía
nuclear
donde
usan
elementos
radiactivos, entre otros.
Las medidas de radioprotección básicas por
el personal expuesto pueden ser:
6.1 Áreas de restricción: A través de este
Fig. 7 Imagen ilustrativa del equipo plomado
medio se restringe el paso a personal no
autorizado
y
que
no
cuenta
con
el
conocimiento ni el equipamiento adecuado a
la exposición de radiaciones ionizantes
6.3 Dosímetro personal.
La dosimetría es el área que estudia el
cálculo de la dosis de radiación ionizante
absorbida por los tejidos biológicos y la
materia, por lo tanto cada trabajador debe de
tener su dosímetro el cual es de uso
personal, la dosis para tejido biológico se
reporta en sieverts (Sv) o Greys (Gy) y la
expresión matemática para la radiación
absorbida es
Fig. 6 Imagen de peligro radiactivo
Un
tipo
de
radiación
es
la
radiación
Se interpreta como la energía depositada en
ionizantes por tanto también aplica para este
una porción de masa y su unidad de medida
caso
es el sieverts (Sv) o
Greys (Gy) tiene las
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dos la misma
que
es decir Joules por unidad de
equivale a
kilogramo.
unidad de medida
Para
el
caso
de
la
dosis
equivalente se tiene la expresión matemática
que es
calidad para la relación energética de la dosis
equivalente, se mide también en (Sv) o (Gy).
(J.E. Amaro 2006).
obstante
se
han
mencionado las más relevantes.
7. Manejo de las radiaciones ionizantes en
el eje cafetero
parámetros
internacionales
recomendados para el uso de radiaciones
ionizantes irradiadas en piel en términos de
dosis equivalentes dosis equivalente son:
(mili
en la ciudad de Manizales se tomara como
fuente especifica la institución de la salud
Oncólogos del Occidente S.A la cual tiene
sedes en las ciudades de Armenia ,Pereira y
Manizales,
.
500mSV
no
Para el manejo de las radiaciones ionizantes
Donde D representa la dosis y Q el factor de
Los
radioproteccion,
Sieverts)
para
personal
ocupacional expuesto al año y 50mSv para
dicha
institución
usa
las
radiaciones ionizantes para la cura de
diferentes tumores cancerígenos ; la máquina
de mayor uso para ese fin es un acelerador
lineal
eleckta Infinity el cual suministra la
radiación ionizante ya sea con un haz de
electrones o con un haz de fotones.
personal o público en general que no está
expuesto
a
las
radiaciones
frecuentemente(M.Plazas.
L
ionizantes
Agulles
2013).Sin embargo también se encuentran
expuestos en menor medida debido a la
radiación producida por los rayos cósmicos.
Fig. 9 Acelerador lineal Elekta Infinity.
Este se usa en el ámbito de la radioterapia
Fig. 8 Imagen Ilustrativa de un dosímetro
externa o telerapia; en las tres ciudades, para
Los manuales de protección radiológica
contienen muchos otros parámetros y otras
medidas
de
seguridad
para
la
el
caso
de
la
radioterapia
interna
o
braquiterapia en la ciudad de Pereira se
cuenta con un dispositivo de braquiterapia de
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alta tasa de dosis el cual se evidencia en la
la efectividad del tratamiento clínico de las
siguiente imagen.
radiaciones ionizantes, en especial en zona
complejas de irradiación como lo son los
tumores cerebrales.
- Es importe reconocer que las radiaciones
ionizantes alteran de la estructura del ADN,
por ello es relevante realizar un proceso de
radioterapia eficaz o de lo contrario la doble
cadena de ADN podría perder sus bases
nitrógenos causando con esto mutaciones
que puedan traer consecuencias en las
futuras generaciones de la persona que fue
expuesta
a
la
radiación
ionizante,
la
supervivencia celular al ser irradiada una
Fig. 10 Braquiterapia de alta dosis
célula es inversamente proporcional a la
En
las
cavidades
o
agujeros
que
se
evidencian en la figura se insertan unos
tubos especiales de uso clínico los cuales
finalmente se inyectan al cuerpo humano,
más específicamente al tejido afectado con el
tumor maligno y finalmente estos depositan
dosis radiada, esto se evidencio en la Fig. 4.
-El
personal
operario
que
maneja
las
radiaciones ionizantes debe portar un traje y
diferentes elementos fabricados con plomo y
un dosímetro de uso personal para evitar el
riesgo biológico que producen las radiaciones
ionizantes.
la dosis.
-Durante este trabajo se abordó el tema de
También se utiliza la quimioterapia vía oral
en el cual le ingiere un radiofármaco que
ataca el tumor maligno, a pesar de ello esta
técnica es altamente invasiva para el tejido
biológico sano , por tal razón las dos tenis
mencionadas anteriormente se usan con
las
radiaciones
caso
lector que investigue acerca del uso de las
radiaciones ionizantes en radiodiagnóstico y
medicina nuclear, es decir en la detección de
enfermedades a través de equipos de alta
Tomografía
por
emisión
de
Positrones (PET), entre otras. Este puede ser
7. Conclusiones:
La radiobiología es un campo de estudio al
mucho
el
particular de la radioterapia, se sugiere al
Nuclear,
queda
en
tecnología como la Resonancia Magnética
mayor frecuencia .
cual
ionizantes
por
investigar,
con
un tema de estudio interesante para la
redacción de un nuevo artículo.
investigaciones actuales como la realizada
8 Agradecimientos
con nano partículas de oro y las nuevas
El estudiante de Ingeniería Física
técnicas de radioterapia se está garantizando
NicolásDavid
Duarte y autor del
presente artículo
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agradece por la aclaración de dudas y por las
discusiones académicas realizadas al Msc
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para
Medico en la institución de Oncólogos del
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