De las aulas de UTEC a las de Harvard
Escrito por:
UTEC
José Vidal nos cuenta su experiencia de intercambio y cómo logró acceder a ella
Nuestra constancia y esfuerzo puede llevarnos a lugares inimaginables, como le sucedió a José Vidal, alumno del noveno ciclo de la carrera de Ingeniería Mecánica de UTEC. Gracias al fondo Harvard-UTEC Faculty Grant de la Dirección de Investigación de UTEC, recibió una oportunidad única que en la actualidad le permite desempeñarse como investigador dentro del grupo de investigación de la Dra. Katia Bertoldi de la Escuela de Ingeniería y de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard. Hoy nos comparte su testimonio sobre esta experiencia.
¿Cómo lograste acceder a esta pasantía?
La oportunidad de realizar una pasantía en Harvard se presentó cuando Eunice Villicaña, nuestra directora de carrera, nos comentó a los alumnos de la carrera que el profesor Emir Vela se encontraba en búsqueda de un estudiante que cumpliera ciertos requisitos y motivación en el área de Soft Robotics. Sabía que esta convocatoria representaba una gran oportunidad para mi vida académica y profesional, así que decidí postularme. Después de una entrevista con el profesor Emir, fui seleccionado para formar parte del equipo de investigación del proyecto que él viene desarrollando con la prof. Katia Bertoldi.
¿Qué labor cumples en el equipo de investigación?
En la actualidad, como pasante en Harvard, integro un equipo de investigación enfocado en estructuras inflables con diferentes configuraciones. Mi rol como asistente de investigación del becario postdoctoral Yi Yang consiste en tomar datos en el laboratorio para luego ayudar a encontrar las mejores configuraciones para la posterior fabricación y escalamiento de estas estructuras.
¿Qué beneficios puedes resaltar de esta experiencia?
La pasantía dura cinco meses. Empezó el 15 de marzo y terminará el 12 de agosto. Una de las principales ventajas de esta experiencia es que me permite trabajar en un entorno más completo, con equipos de investigación de alta calidad y personas de distintas partes del mundo que forman parte del Bertoldi Group. En ese sentido, agradezco mucho la oportunidad de establecer contactos valiosos en mi campo de interés, ya que me abrirá puertas a futuras oportunidades de trabajo, posgrados o proyectos de investigación.
¿Cuáles son tus planes luego de terminar la pasantía?
Mi plan a corto plazo es terminar mi carrera en UTEC, terminando mi tesis como una continuación del proyecto realizado en Harvard. Después, me gustaría encaminar mi vida laboral a uno de los campos de la robótica y la minería verde. En resumen, esta pasantía en Harvard es una oportunidad única en la vida que me permite crecer tanto a nivel personal como profesional, y estoy muy agradecido y satisfecho por esta experiencia.
Al igual que José, tú también, como estudiante de UTEC, puedes acceder a experiencias internacionales que aporten a tu desarrollo profesional. Si quieres conocer más sobre nuestros convenios internacionales, ingresa a nuestro portal en el siguiente enlace.
Nanocuerpos en la Bioingeniería
Escrito por:
UTEC
Los anticuerpos son proteínas defensivas que se enlazan a agentes extrañas para ser eliminadas por el sistema inmunológico. Sin embargo, la naturaleza nos ofrece los nanocuerpos, que son dominios protéicos derivados de los anticuerpos de cadena única producidos por camélidos, como camellos, llamas y alpacas. Curiosamente, también son producidos por tiburones. Los nanocuerpos son más pequeños y tienen menor peso molecular que los anticuerpos (15KDa vs 150 KDa). Para producir nanocuerpos, el camélido es inmunizado con el antígeno diana, para después colectar muestras de sangre y extraer los anticuerpos de cadena única. Luego los dominios funcionales son separados a través de una digestión proteica con papaína, enzima extraída de la papaya. Estos dominios retienen completamente la función de reconocimiento de antígenos aun después de ser separados de los otros dominios. Los nanocuerpos pueden entrar a pequeñas cavidades moleculares y al interior de las células, lugares a donde los anticuerpos no pueden acceder debido a su tamaño, además presentan baja inmunogenicidad, es decir producen una reacción inmunitaria baja. Sin embargo, los nanocuerpos son eliminados rápidamente por los riñones. Otra ventaja de los nanocuerpos sobre los anticuerpos, es que pueden ser fácilmente producidos en sistemas de expresiones como E.coli y S. Cerevisae. También presentan mayor solubilidad, estabilidad, vidas medias in vivo.
Dentro de las aplicaciones, los nanocuerpos se pueden usar como agentes de visualización al ser enlazados con fluoróforos, neutralizadores de patógenos y como moduladores de vías intracelulares. Debido a las excelentes capacidades de penetración tumoral y la capacidad de reconocer antígenos únicos, los nanocuerpos son candidatos prometedores para tratar el cáncer. Los nanocuerpos también pueden ser diseñados para enlazarse a receptores específicos en células tumorales. El objetivo sería desencadenar la muerte celular programada a través de la activación de proteínas como la caspasa-3 y la caspasa-8.
En 2018, se produjo un éxito histórico en la aplicación de nanocuerpos, cuando la Unión Europea aprobó caplacizumab para el tratamiento de la púrpura trombocitopénica trombótica adquirida, trastorno poco frecuente de la coagulación sanguínea. Caplacizumab está formado por dos nanocuerpos idénticos que están conectados por tres alaninas. Cómo vemos, los camélidos tales como las alpacas no solo nos proveen de lana sino que también pueden ser usadas como “fábricas andantes” de nanocuerpos.
Referencias
- Jin B-k, Odongo S, Radwanska M, Magez S. “Nanobodies: A Review of Generation, Diagnostics and Therapeutics”. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(6):5994. https://doi.org/10.3390/ijms24065994
- Srinivasan L. et al. “Development of high-affinity nanobodies specific for NaV1.4 and NaV1.5 voltage-gated sodium channel isoforms”. J Biol Chem. 2022 Apr;298(4):101763. doi: 10.1016/j.jbc.2022.101763. Epub 2022 Feb 21. PMID: 35202650; PMCID: PMC8935509
- Sun S. “Nanobody: A Small Antibody with Big Implications for Tumor Therapeutic Strategy”. Int J Nanomedicine. 2021 Mar 22;16:2337-2356. doi: 10.2147/IJN.S297631. PMID: 33790553; PMCID: PMC7997558.
Alas para el Futuro: el proyecto que conectó a un grupo de niños con la tecnología de los drones
Escrito por:
UTEC
El acercamiento a la tecnología es una oportunidad a la que no todos tienen acceso por diferentes motivos que persisten a través del tiempo, pero existen iniciativas que buscan acortar estas brechas. Este es el caso del proyecto Alas para el Futuro, impulsado por Peru Flying Labs, UAV del Perú y UTEC.
Para despertar y alimentar el interés de los niños y jóvenes en STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), Peru Flying Labs, respaldado por UAV del Perú, de la mano de UTEC, creó el proyecto Alas para el Futuro, el cual consiste en la demostración de aplicaciones de drones en la sociedad, de una manera práctica y sencilla. “Si se inspira hoy, iniciarán el camino para convertirse en los constructores, creadores y científicos del futuro” (Airbus Foundation, n.d.).
Compartiendo conocimiento de tecnología
Ocho estudiantes de UTEC fueron capacitados por docentes de la universidad y por representantes de Peru Flying Labs y UAV del Perú. De esta forma, estos jóvenes pudieron convertirse en instructores durante una visita al colegio Miguel Grau Seminario en San Vicente de Cañete, en donde compartieron con niños de ese colegio una dinámica de enseñanza y descubrimiento sobre el uso de drones.
Por parte de UTEC, la actividad fue precedida por el Dr. Julio Valdivia, Director del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química de UTEC y la Dra. Ruth Canahuire, Directora del Departamento de Ingeniería Electrónica e Ingeniería Mecatrónica de UTEC, quienes acompañaron no solo a los alumnos, sino también al equipo de Peru Flying Labs y UAV en esta actividad.
Desde UTEC buscamos impulsar la conexión entre tecnología, conocimientos y personas con ganas de conocer más cada día sobre herramientas que contribuyan con el desarrollo de nuestro futuro. Por ello, iniciativas como el Proyecto Alas para el Futuro se alinean con el propósito que nos mueve como universidad y como personas.
Nanobodies in Bioengineering
Escrito por:
UTEC
Antibodies are defensive proteins that bind to foreign agents to be eliminated by the immune system. However, nature provides us with nanobodies, which are protein domains derived from single-chain antibodies produced by camelids, such as camels, llamas, and alpacas. Interestingly, they are also produced by sharks. Nanobodies are smaller and have a lower molecular weight than antibodies (15KDa vs 150KDa). To produce nanobodies, the camelid is immunized with the target antigen, then blood samples are collected and single-chain antibodies are extracted. The functional domains are separated through protein digestion with papain, which is an enzyme extracted from papaya. These domains fully retain antigen recognition function even after being separated from the other domains. Nanobodies can enter small molecular cavities and inside cells, places that antibodies cannot access due to their size, they also have low immunogenicity, that is, they produce a low immune reaction. However, the nanobodies are rapidly eliminated by the kidneys. Another advantage of nanobodies over antibodies is that they can be easily produced in expression systems such as E.coli and S. Cerevisae. They also present greater solubility, stability, half-lives in vivo.
Within applications, nanobodies can be used as visualization agents when bound to fluorophores, neutralizers of pathogens, and as modulators of intracellular pathways. Due to excellent tumor penetrating abilities and the ability to recognize unique antigens, nanobodies are promising candidates for treating cancer. Nanobodies can also be designed to bind to specific receptors on tumor cells. The goal would be to trigger programmed cell death through the activation of proteins such as caspase-3 and caspase-8.
In 2018, there was a historic success in the application of nanobodies, when the European Union approved caplacizumab for the treatment of acquired thrombotic thrombocytopenic purpura, a rare blood coagulation disorder. Caplacizumab is made up of two identical nanobodies that are connected by three alanines. As we can see, camelids such as alpacas not only provide us with wool but can also be used as “walking factories” for nanobodies.
References
Jin B-k, Odongo S, Radwanska M, Magez S. “Nanobodies: A Review of Generation, Diagnostics and Therapeutics”. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(6):5994. https://doi.org/10.3390/ijms24065994
Srinivasan L. et al. “Development of high-affinity nanobodies specific for NaV1.4 and NaV1.5 voltage-gated sodium channel isoforms”. J Biol Chem. 2022 Apr;298(4):101763. doi: 10.1016/j.jbc.2022.101763. Epub 2022 Feb 21. PMID: 35202650; PMCID: PMC8935509
Sun S. “Nanobody: A Small Antibody with Big Implications for Tumor Therapeutic Strategy”. Int J Nanomedicine. 2021 Mar 22;16:2337-2356. doi: 10.2147/IJN.S297631. PMID: 33790553; PMCID: PMC7997558.
Tecnología al servicio de la salud: Conoce el testimonio de nuestro egresado Piero Cosme y su proyecto PEOPL
Escrito por:
UTEC
El avance de la inteligencia artificial (IA) y otras tecnologías innovadoras facilita su aplicación en sectores claves como la salud, por ejemplo, para agilizar el tratamiento de cada paciente y mejorar su calidad. Así lo considera Piero Cosme, egresado de la carrera de Bioingeniería de UTEC, que busca garantizar el acceso de los pacientes con enfermedades graves a un tratamiento adecuado mediante su startup PEOPL.
¿Cuáles fueron tus primeros pasos como emprendedor?
Siempre me apasionó la intersección entre la tecnología y la salud, ya que creía en su potencial para mejorar las vidas de millones de personas. Mi experiencia emprendedora e investigadora comenzó en la UTEC, donde trabajé como asistente de investigación en biomecánica junto al profesor Wangdo Kim. Estoy agradecido por su apoyo desde el principio. Durante ese tiempo, fundé mi primer emprendimiento llamado LEG(it), que luego se convirtió en el tema de mi tesis.
¿En qué consistió ese primer proyecto?
El objetivo de LEG(it) era mejorar el acceso a dispositivos médicos de bajo costo para personas con discapacidad, sobre todo en el caso de las prótesis para quienes habían perdido extremidades inferiores. Sin embargo, tras dos años y medio de intentar sacar adelante este emprendimiento, sin mucho éxito, decidí voltear la página y fundar PEOPL, un ecosistema de acceso a la salud para la comunidad de pacientes crónicos más grande de Latinoamérica.
¿Qué te motivó a crear esta nueva startup llamada PEOPL?
Mi motivación surgió a partir de una experiencia trágica que viví con mi familia durante mi último año de universidad: el diagnóstico de cáncer de mi padre. Esta experiencia me marcó de manera profunda, al enseñarme valiosas lecciones y generarme una amplia gama de emociones. Durante ese período, la incertidumbre y el miedo dominaron la mayoría de nuestros pasos como familia. Además, enfrentamos obstáculos para que mi padre pudiera recibir atención médica lo más rápido posible en el sistema de salud pública. Por fortuna, lo logramos.
¿Qué lecciones puedes resaltar?
Nos dimos cuenta de que tuvimos suerte y que nuestra situación no era la misma de muchas otras personas que debían esperar meses y meses para recibir atención, mientras la enfermedad progresaba. Al comprender la cantidad de personas que morían o se veían afectadas al no poder completar su tratamiento, supe que debía hacer algo al respecto e inicié el emprendimiento que se convertiría en PEOPL.
¿Cuál es la misión de PEOPL?
Nuestro propósito es ayudar a todos los pacientes con enfermedades crónicas a completar su tratamiento y mejorar su calidad de vida. La falta de cumplimiento del tratamiento es un problema global que afecta a más de 343 millones de personas en todo el mundo, causa más de tres millones de muertes anuales y genera un impacto económico de USD 1.4 billones.
¿Cómo funciona PEOPL?
Empezamos por abordar las necesidades de la comunidad de pacientes oncológicos mediante un cuidador virtual llamado Pipo. Esta herramienta emplea IA para brindar recursos educativos y de planificación en una experiencia empática y conversacional. Es como tener un enfermero disponible las 24 horas del día en tu celular.
¿Qué labores realiza el cuidador virtual Pipo?
Los pacientes se registran a través de nuestra página web Peopl y Pipo les escribe inmediatamente por WhatsApp. A través del chat, les brinda recordatorios de citas médicas y medicamentos; los orienta sobre su tratamiento, los efectos secundarios y el diagnóstico, y registra sus síntomas en un informe que usamos para que el paciente mejore la comunicación con su médico. Así, educamos y organizamos a los pacientes para que puedan cumplir su tratamiento y tomen decisiones mejor informados para aumentar el beneficio clínico de los tratamientos. Vale mencionar que Pipo solo actúa como un enlace entre el médico y su paciente para ayudar en su tratamiento, ya que jamás comparte recomendaciones clínicas.
¿Qué desafíos afronta el equipo de PEOPL?
Buscamos impactar de manera positiva en la vida de nuestros usuarios al abordar un problema mundial que afecta a la industria y se cobra millones de vidas cada año. Es uno de los mayores desafíos históricos en el sector de la salud. Sin embargo, los avances recientes en IA constituyen una oportunidad única para brindar una experiencia inigualable y humana a una industria que, por historia, ha fallado en colocar al paciente en el centro. Sabemos que es un problema extremadamente difícil de resolver, pero nuestra ambición y compromiso para superarlo también son grandes. Confío en el excepcional equipo que hemos formado y sé que PEOPL será nuestro aporte a la sociedad global a través de una organización que coloca al paciente en el centro de sus decisiones.
¿Cuáles son los planes de PEOPL a futuro?
En la actualidad, vivo en México como parte de nuestros planes de expansión en PEOPL. Estamos emocionados de mejorar la vida de muchos pacientes mexicanos y continuar expandiendo nuestro impacto. Queremos centrarnos en mejorar la calidad de nuestro servicio y desarrollar más la tecnología para maximizar el valor que brindamos a los usuarios. Además, en este momento me encuentro en Suiza, ya que nuestro equipo fue seleccionado entre 25 empresas de Latinoamérica para integrar el fellowship de START Global, una organización cuya misión es empoderar a emprendedores menores de 25 años de todo el mundo. Por mi parte, seguiré trabajando para lograr un futuro en que todos los pacientes puedan acceder y completar su tratamiento como corresponde.
Al igual que Piero, tú también, como estudiante de UTEC, puedes acceder a experiencias de emprendimiento y de internacionalidad que aporten a tu desarrollo profesional.
Bioimpresión en el espacio
Escrito por:
UTEC
La bioimpresión 3D es un área multidisciplinaria, en la cual convergen las ciencias de la vida y la ingeniería para poder crear tejidos y órganos, haciendo uso de los principios de la fabricación aditiva mediante la combinación de biomateriales, células y factores de crecimiento, que permitan el adecuado crecimiento celular. Los tejidos bioimpresos pueden abordar la escasez de modelos de tejidos funcionales para la medicina personalizada y el screening de drogas.
Los tipos de bioimpresoras mas usadas son: basadas en chorro de tinta, asistidas por láser y basadas en extrusión.
La bioimpresión por inyección de tinta implica aplicar una fuerza térmica, piezoeléctrica o electromagnética para provocar la liberación de pequeñas gotas de células encapsuladas en el biomaterial sobre una placa de recolección; para la deposición de capas delgadas y construcciones estampadas con alta resolución, esta técnica se puede usar con biomateriales de baja viscosidad.
La bioimpresión asistida por láser es menos utilizada debido a su baja disponibilidad, alto costo y complejidad. Sus principales beneficios están la alta viabilidad celular, la preservación de la mayoría de las funciones y morfologías celulares, así como el uso de una mayor densidad celular y al no usar boquillas, se evita la obstrucción de las mismas por la biotinta usada.
La impresión basada en extrusión, expulsa las biotintas a través de una boquilla ayudada por un émbolo empujado por una bomba al vacío que produce la presión necesaria para producir construcciones 3D capa por capa; lo que permite el uso de biotintas con mayor viscosidad.
Figura N°1: Tipos de Bioimpresion A) Bioprinting by injection ink B) Bioprinting by extrusion C) Bioprinting by stereolithography.
En el espacio uno de los factores que está presente, es la microgravedad, la cual es aprovechada en bioimpresión dado que permite realizar geometrías más complejas, que no serían posibles en la tierra debido a la necesidad de soporte estructural por la gravedad; reduce los efectos del corte hidrodinámico y la presión hidrostática, haciendo que la tensión superficial sea la fuerza dominante; ocasionando que las moléculas permanezcan en esferas y películas apretadas, maximizando la atracción intermolecular.
Los efectos de la microgravedad en el proceso de bioimpresión son diferentes dependiendo de la tecnología usada; en la bioimpresión basada en inyección de tinta, la salida de las gotas y el flujo continuo del biomaterial por la boquilla se ven afectados por la microgravedad, debido a la menor velocidad con las que las gotas de biomaterial caen a la superficie. Las bioimpresoras 3D asistidas por láser requieren una limpieza total posterior al proceso de bioimpresión debido a los materiales residuales, dado que en las bioimpresoras 3D basadas en extrusión el sistema neumático extruye la biotinta mediante la boquilla de la impresora para dar forma a un filamento continuo, que de forma a la estructura final, por lo que se pueden usar en dirección ascendente en contra de la gravedad terrestre.
En tierra se han hecho muchos estudios previos simulando la microgravedad; usando por ejemplo; clinostato, máquina de posicionamiento aleatorio (RPM), recipiente de pared giratoria (RWV) y levitación magnética.
El Clinostato gira el sistema de estudio perpendicular al vector de gravedad para hacer que la aceleración gravitacional tienda a cero. Las máquinas de posicionamiento aleatorio (RPM) rotan las muestras biológicas a lo largo de dos ejes independientes para cambiar su orientación en el espacio de formas complejas para eliminar el efecto de la gravedad. Los recipientes de pared giratoria (RWV) están completamente llenos de un fluido y funcionan de manera similar a los clinóstatos al transferir la velocidad de rotación al sistema de estudio, los dispositivos de levitación magnética para la levitación del sistema, estos dispositivos son los más usados dado que no usan un sistema de rotación mecánico no producen fuerzas y estrés extra a la muestra.
En 2018, Rocosmos presentó "Organ.Aut", un bioensamblador magnético diseñado para investigar el potencial de la biofabricación 3D formativa de estructuras tisulares mediante el método de autoensamblaje de tejidos y órganos vivos en microgravedad. Las bandejas que crearon se sellaron con hidrogel termosensible para proteger esferoides de tejido cartilaginoso (condroesferas) en viajes desde la Tierra hasta la Estación Espacial Internacional. Para desencadenar la transición "gel-sol" del hidrogel termorreversible, primero se inyectó el medio paramagnético en el hidrogel que contenía las condroesferas. A continuación, la mezcla se enfrió a 17 °C durante 90 minutos, momento en el que las condroesferas quedaron libres para moverse. Seis cubetas que contenían las condroesferas se unieron en una construcción de tejido después de 1 hora en el campo magnético y se mantuvo a +37 °C durante 2 días. Luego, las condroesferas se volvieron a colocar en el suelo para un estudio adicional después de fijarlas en formalina al 4% y almacenarlas a temperatura ambiente durante 2 semanas. Los condrocitos pudieron mantener su vitalidad y actividad bioquímica, similar a los cultivos 3D en el suelo,
Figura N°2: Organ.Aut. A) Diseño de Organ.Aut, B) Vista externa del Organ.Aut.
En 2019, se lanzó BioFabrication Facility (BFF) junto con los casetes del biorreactor de Techshot desde el ISS National Lab,teniendo como técnica de bioimpresión a la extrusión. Los casetes almacenarán el tejido producido. Para el proceso de bioimpresión diseñaron una plataforma con motores lineales con movimiento en los tres ejes aplicado al cabezal de impresión, este sistema tenía una resolución de 100 nm, una repetibilidad de 500 nm y una precisión de 1 μm. El primer experimento quería generar una estructura similar a tejido cardíaco, para lo cual se dispensaron 100 capas de biotinta, resultando en un volumen de construcción de ≈19,3 cm3.
Figure N°3: 3D BioFabrication Facility (BFF) desarrollado por Techshot.
Los principales retos que tiene la bioimpresión en el espacio es el alto costo de la logística necesaria para el embalaje y transporte (el costo puede variar de 4100 USD a 2700,000 USD por kilogramo de peso) para que las muestras lleguen viables a la ISS, también deben asegurar la seguridad de los astronautas que utilicen los dispositivos, por lo que las mangueras o cualquier dispositivo en donde se produzca paso de líquidos debe ser a prueba de fugas.
Para que las muestras biológicas permanezcan vivas, se necesitan diferentes temperaturas de almacenamiento preimpresión y luego de la impresión hasta su llegada a la tierra para estudios de viabilidad celular y moleculares.
Los componentes electrónicos y las muestras biológicas deben estar protegidos contra la radiación, dado que el nivel percibido de radiación ionizante equivalente a 6 meses en la ISS es de 80 mSv.
Conclusiones
Debido a la microgravedad, es posible bioimprimir estructuras empleando más sistemas fluídicos y, por lo tanto, biotintas más biocompatibles; Debido a que no hay gravedad, las geometrías complejas como vacíos, agujeros y túneles se pueden construir más fácilmente en microgravedad porque son autosuficientes allí en lugar de en la Tierra.
Bibliografía
Tabury, K., Rehnberg, E., Baselet, B., Baatout, S., & Moroni, L. (2023). Bioprinting of Cardiac Tissue in Space : Where Are We ? 2203338, 1–15. https://doi.org/10.1002/adhm.202203338
Rezapour Sarabi, M., Yetisen, A. K., & Tasoglu, S. (2023). Bioprinting in Microgravity. ACS Biomaterials Science and Engineering. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.3c00195
Parfenov, V. A., Petrov, S. V., Pereira, F. D. A. S., Levin, A. A., Koudan, E. V., Nezhurina, E. K., Karalkin, P. A., Vasiliev, M. M., Petrov, O. F., Komlev, V. S., Khesuani, Y. D., & Mironov, V. A. (2020). Scaffold-free, label-free, and nozzle-free magnetic levitational bioassembler for rapid formative biofabrication of 3D tissues and organs. International Journal of Bioprinting, 6(3), 110–119. https://doi.org/10.18063/IJB.V6I3.304
Dispositivos portátiles para la predicción y monitoreo de trastornos neurológicos
Escrito por:
UTEC
Los trastornos neurológicos representan uno de los mayores problemas a nivel mundial, al respecto, la OMS estima que un tercio de la población mundial lo padece; además, representa la primera causa de discapacidad y alrededor de 9 millones de muertes al año [1]. Estas enfermedades las cuales incluyen la epilepsia, Alzheimer, esclerosis múltiple, Parkinson, etc., fueron designadas como “un serio desafío y una de las más grandes amenazas para la salud pública mundial” por la Organización Panamericana de la Salud, asegurando que si no se actúa de forma inmediata estos pueden llegar a ser un problema incontrolable [2].
En vista de estas preocupaciones, se ha tomado gran importancia al uso de dispositivos portátiles para monitorear y predecir estas enfermedades ya que pueden ofrecer una visión más completa y objetiva de la condición del paciente, debido a la obtención de una gran cantidad de datos en tiempo real con los que se puede identificar patrones y tendencias que pueden ayudar en el diagnóstico, además de su facilidad de uso ya que la mayoría de estos no son invasivos y no interfieren significativamente en las actividades diarias de los pacientes.
Entre los fabricantes de estos dispositivos se destaca la empresa Bioserenity, la cual obtuvo la aprobación del Servicio Nacional de Salud del Reino Unido y de la FDA desde el 2021 para su sistema portátil Neuronaute y IceCap, orientados al monitoreo de las personas que padecen de epilepsia. El sistema Neuronaute consiste en un traje inteligente que se usa en conjunto con el IceCap, de tal manera que se obtiene datos de diferentes sensores EEG, EMG y ECG, y con la ayuda de una plataforma en la nube, se analizan y simplifican los datos en tiempo real para que después puedan ser usados por profesionales de la salud logrando hacer un seguimiento del progreso de la enfermedad y realizar predicciones futuras [3].
También se han desarrollado dispositivos para combatir trastornos neurológicos y psiquiátricos como el espectro autista y el trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH). Estos son los llamados dispositivos de neurofeedback portátiles, que permiten entrenar y modular la actividad cerebral en tiempo real. Entre estos, resalta el sistema Mendi Neurofeedback, el cual fue denominado como “el dispositivo de entrenamiento cerebral más potente del mundo para su uso doméstico” por el Servicio de Información Comunitaria sobre Investigación y Desarrollo (CORDIS) de la Unión Europea [4]. Este sistema comprende una diadema o banda para la cabeza y una aplicación móvil. El diadema contiene sensores basados en la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) que mide la actividad cerebral en la corteza prefrontal, mientras que la aplicación móvil, la cual consiste en un juego, traduce la actividad cerebral en una puntuación [5]. Este aparato fue puesto a prueba demostrando que treinta sesiones de su uso pueden ser tan efectivas como los medicamentos estimulantes para controlar el TDAH [6].
En conclusión, a pesar de que estos dispositivos pueden ofrecer grandes beneficios y de haber sido certificados por diversas entidades e instituciones, hay que tener en cuenta que estos no deben ser vistos como un sustituto de la medicación o el consejo médico profesional. Sin embargo, se perfilan a ser grandes referentes de la salud mental en el futuro.
Fuentes:
[1] World Health Organization (WHO) (s.f.). Brain health. https://www.who.int/health-topics/brain-health#tab=tab_2
[2] Pan American Health Organization / World Health Organization (PAHO/WHO) (6 de agosto del 2008). Trastornos neurológicos: un serio desafío para la salud pública en las Américas y en todo el mundo. https://www3.paho.org/hq/index.php?option=com_content&view=article&id=240:2008-trastornos-neurologicos-un-serio-desafio-salud-publica-americas-todo-mundo
[3] NewScientist (1 de Junio del 2016). NHS could soon use smart outfit to diagnose epilepsy. https://www.newscientist.com/article/2091426-nhs-could-soon-use-smart-outfit-to-diagnose-epilepsy/
[4] Servicio de Información Comunitaria sobre Investigación y Desarrollo de la Unión Europea (CORDIS) (15 de septiembre del 2020). Una aplicación inteligente ayuda a controlar el flujo sanguíneo hacia la corteza prefrontal. https://cordis.europa.eu/article/id/422065-bringing-advanced-neurofeedback-brain-training-to-consumers/es
[5] Servicio de Información Comunitaria sobre Investigación y Desarrollo de la Unión Europea (CORDIS) (17 de agosto del 2022). Formación avanzada en neurorretroalimentación encefálica para consumidores. https://cordis.europa.eu/project/id/888409/es
[6] Mendi (s.f.). Will Mendi help my medical condition (ADHD, Asperger’s, Autism Spectrum Disorder, etc.)?. https://help.mendi.io/hc/en-gb/articles/360021960159-Will-Mendi-help-my-medical-condition-ADHD-Asperger-s-Autism-Spectrum-Disorder-etc-
Los Bacteriófagos en la Bioingeniería
Escrito por:
UTEC
Los bacteriófagos son virus que infectan bacterias que se pueden encontrar en todos los ecosistemas del planeta. La infección les permite utilizar la maquinaria de transcripción bacteriana para replicarse. Al interior de su cápside proteica, los bacteriófagos almacenan su genoma compuesto por ADN o ARN con la información para codificar proteínas estructurales virales. La cápside puede ser icosaédrico (cortico virus), filamentoso (fago M13) o en forma cabeza-cola (fago T7) (Figura 1). Los bacteriófagos se unen a la membrana extracelular bacteriana para introducir su genoma en el citoplasma bacteriano. Se conocen dos ciclos de vida conocidos como infección lítica o lisogénica. En el ciclo de vida lítico, los bacteriófagos inducen una muerte rápida de las bacterias y al mismo tiempo se liberan cientos de nuevos virus. En cambio, en el ciclo de vida lisogénico, los bacteriófagos se reproducen al mismo tiempo que las bacterias, sin destruirlas [1].
Los bacteriófagos han llegado a ser una herramienta importante como un modelo de estudio, para el entendimiento de la biología. Su estudio permitió conocer que el ADN es el material genético, que un codón codifica para un aminoácido, y dilucidar los procesos de regulación génica. En el campo de la biología molecular, la clonación de genes a través del ensamblaje de ADN ha sido posible al combinar enzimas de restricción que las bacterias usan para cortar secuencias específicas de ADN junto con el proceso de unir moléculas de ADN con la ADN ligasa del bacteriófago T4 [1, 2]. Asimismo, las ADN polimerasas de fagos han servido para la secuenciación de moléculas de ADN [2]. Otra tecnología en pleno auge para la edición genética es CRISPR-Cas (“clustered regularly interspaced short palindromic repeats”), lal cual está basada en el mecanismo de defensa de bacterias contra bacteriófagos. En las aplicaciones para la Bioingeniería, la modificación genética del genoma de estos virus ha permitido modificar las proteínas de su superficie generando nuevos nanomateriales para el diagnóstico de cáncer, agentes terapéuticos contra bacterias multidrogorresistentes. La plataforma tecnológica de librerías de expresión en fagos (phage display) es un sistema muy utilizado en la industria farmacéutica para evaluar anticuerpos, antígenos y toxinas relacionadas a cáncer. En este sistema algunas proteínas de la cápside viral están fusionadas a péptidos con afinidad a células eucariotas, lo que ha permitido la liberación de medicamentos a células de cancerosas y el desarrollo de vacunas basadas en fagos al fusionar bacteriófagos con antígenos de patógenos humanos. Existen esfuerzos para implementar una vacuna con el ántrax utilizando como sistema de entrega del antígeno PA, al bacteriófago T4 [3, 4].
En la industria alimentaria, los bacteriófagos se han usado como agentes biosanitizantes al matar bacterias patógenas (Campylobacter jejuni y Listeria monocytogenes) o produciendo enzimas (depolimerasas y endolisinas) para reducir la formación de biopelículas en las superficies de los materiales de uso industrial. Otro enfoque ha sido la aplicación de bacteriofagos como agente biopreservante para alargar el tiempo de vida en productos alimenticios al matar bacterias responsables en la putrefacción de los alimentos. En la industria láctea, los bacteriofagos pueden eliminar patógenos como Staphylococcus.
En la agricultura, los bacteriofagos se han usado como agentes para combatir infecciones a plantas como Erwinia amylovora que infecta a la manzana, Ralstonia solanacearum y Xanthomonas campestri que infectan al tomate [5].
En el Departamento de Bioingeniería y Centro BIO de la UTEC, nos encontramos desarrollando un proyecto en colaboración con el MIT (USA); para la remoción de metales pesados en el medio ambiente empleando bacteriófagos genéticamente modificados. Idealmente, se desea implementar hidrogeles capaces de contener estos virus con una alta capacidad de absorción por metales pesados para ser combinados con agua contaminada. En la imagen, se observan los primeros ensayos de construcción de bacteriófagos obtenidos con afinidad a mercurio y cadmio, desarrollado por UTEC y el MIT (Figura 3).
Referencia
- A. B. Monk, C. D. Rees, P. Barrow, S. Hagens, and D. R. Harper, “Bacteriophage applications: where are we now?,” Lett. Appl. Microbiol., vol. 51, no. 4, pp. 363–369, Oct. 2010, doi: 10.1111/j.1472-765X.2010.02916.x
- M. Mahler, A. R. Costa, S. P. B. van Beljouw, P. C. Fineran, and S. J. J. Brouns, “Approaches for bacteriophage genome engineering,” Trends Biotechnol., vol. 41, no. 5, pp. 669–685, May 2023, doi: 10.1016/j.tibtech.2022.08.008.
- Tao P, Mahalingam M, Zhu J, et al. A bacteriophage T4 nanoparticle‐based dual vaccine against anthrax and plague. mBio. 2018;9(5):e01926‐e01918. 10.1128/mBio.01926-18.
- Hess KL, Jewell CM. Phage display as a tool for vaccine and immunotherapy development. Bioeng Transl Med. 2019 Sep 18;5(1):e10142. doi: 10.1002/btm2.10142. PMID: 31989033; PMCID: PMC6971447.
- M. Połaska and B. Sokołowska, “Bacteriophages—a new hope or a huge problem in the food industry,” AIMS Microbiology, vol. 5, no. 4, p. 324, 2019, doi: 10.3934/microbiol.2019.4.324.
Los nuevos caminos para la Ingeniería Química: Una senda de innovación
Escrito por:
UTEC
El presente artículo está inspirado en el libro reporte: “New Directions for Chemical Engineering” (2022) editado por la Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina de los Estados Unidos (1).
Este documento de aproximadamente 300 páginas ha generado entusiasmo y expectativa entre profesionales de la industria a nivel internacional y, representa un consenso actualizado de actores en el área, provenientes de la academia, instituciones públicas y privadas e industria. Su publicación tuvo como objetivo repotenciar a la profesión de Ingeniería Química, como área de vanguardia para la aplicación de las ciencias y la tecnología y, delinear una visión futurista para su transformación, presentando diversas tendencias emergentes y oportunidades de actuación. En este artículo, comparto lo más destacado en el informe en relación a las áreas de desarrollo y su impacto en el ejercicio profesional de la Ingeniería Química para los próximos años. Espero que lo encuentren de utilidad:
1. Procesos y Materiales Sostenibles: La industria manufacturera se encuentra bajo presión para diseñar y mejorar procesos que minimicen el impacto ambiental mediante la adopción de los principios de economía circular y, la optimización en el uso de recursos. Los ingenieros químicos se encuentran a la vanguardia del desarrollo de tecnologías innovadoras y la promoción del uso de energías renovables gracias a su visión sistémica de los procesos.
2. Transformación Digital: La integración de herramientas digitales, la automatización y la aplicación de la inteligencia artificial (con pensamiento crítico) promete mejorar la productividad, así como fomentar la seguridad industrial y generar nuevas oportunidades de crecimiento en la industria.
3. Biotecnología e Ingeniería Bioquímica: Otra área clave, la convergencia de la biología y la ingeniería química ofrece posibilidades emocionantes para la producción de combustibles sostenibles, productos farmacéuticos, biomateriales y bioremediación que revolucionarán diversos sectores, incluyendo la energía, la salud y el cuidado del medio ambiente. Desde la aplicación de ingeniería genética (con responsabilidad) para promover una mayor producción hasta la utilización de biomasa como materia prima en sistemas paralelos a los de refinerías de petróleo, los ingenieros químicos están adentrándose en nuevas fronteras de escalamiento aplicado a procesos biotecnológicos.
4. Modelado y Simulación en Múltiples Escalas: El modelado computacional y la simulación permiten a los ingenieros establecer conexiones entre las interacciones a nivel molecular y los fenómenos macroscópicos. Así también, los avances en ambas áreas permiten un mejor entendimiento de sistemas complejos. La integración de modelado y simulación a múltiples escalas, sin duda, conducirá a avances en áreas como el descubrimiento de medicamentos, el diseño de nuevos materiales y formas más eficientes de almacenamiento de energía.
En resumen, hay una clara señal en el cambio de paradigma para la actuación de la ingeniería química. Al acoger la sostenibilidad, la digitalización, la biotecnología y el modelado en múltiples escalas, se abren las puertas a un mundo de posibilidades ilimitadas de interacción multi e interdisciplinar. Los ingenieros químicos y profesionales de carreras afines desempeñaremos un papel fundamental en el desarrollo de soluciones innovadoras ante desafíos globales y daremos forma a las industrias del mañana, más sostenibles, eficientes y equilibradas para todos.
Referencia
1. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. New Directions for Chemical Engineering. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/26342.
Plasma: Alternativa ecoamigable y económica para tratamiento de superficies
Escrito por:
UTEC
El plasma también conocido como el cuarto estado de la materia puede producirse de manera artificial y emplearse en distintas aplicaciones, como la limpieza de materiales y pretratamiento de superficies. El plasma es muy reactivo y tiene una alta conductividad eléctrica lo que le permite actuar en sólidos como el plástico, vidrio o metal modificando las propiedades de sus superficies.
Por otro lado, el sector industrial está en la continua búsqueda de nuevas tecnologías amigables que les permita ahorrar energía y reducir emisiones de CO2. En ese sentido, el uso del plasma es una buena alternativa frente a otros métodos de pretratamiento de superficies en los cuales utilizan solventes orgánicos volátiles que perjudican la salud y al medio ambiente.
Plasmatreat GmbH, líder mundial en el desarrollo y fabricación de sistemas de plasma atmosférico, ha desarrollado tecnologías en donde utiliza el plasma al aire libre para el tratamiento de superficies en seco, con lo cual ya no es necesario realizar pretratamientos con imprimantes químicos reduciendo de esta manera las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) durante la producción. Asimismo, evita la producción de CO2 que se genera cuando se aplica el tratamiento con llama, como pretratamiento de superficies para mejorar la adhesión, puesto que no utiliza gas propano o metano que generan emisiones al medio ambiente. Además, la aplicación del plasma se realiza mediante boquillas giratorias que funcionan con un consumo mínimo de electricidad y aire comprimido.
Otra de las ventajas del uso de la tecnología PlasmaPlus es que se puede incorporar en procesos nuevos, ya que la aplicación de nanorecubrimientos puede crear superficies funcionalizadas adicionales con propiedades definidas y que pueden servir como una capa protectora que le brinde una adherencia adicional al material. Algunas aplicaciones: en las tintas de impresión con base UV, ya que al activar una superficie con plasma se puede lograr una adherencia óptima evitando realizar otros procesos que requieren energía como el secado de la tinta; o en la producción de plásticos, donde el uso de polipropileno (PP) de bajo costo, permite reducir el consumo de energía además de los costos propios del material ya que se usa en reemplazo del acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS).
La tecnología Openair-Plasma se puede utilizar en procesos de fabricación automatizados y continuos en industrias como la textil, electrónica, automotriz, de embalaje, entre otras.
"Ahorro de recursos, ahorro de energía y limpieza: estas propiedades hacen de la tecnología del plasma una alternativa contemporánea en muchos procesos industriales", afirma el Dr. Alexander Knospe, Director de Innovaciones de Plasmatreat GmbH.
Referencias
- Revista Tecnología del Plástico.com. Edición 1 Vol. 38 Febrero - Marzo 2023. pags.48-50.
- https://www.manufactura-latam.com/es/noticias/tecnologia-de-plasma-la-mejor-alternativa-de-ahorro-en-procesos-industriales
- Recubrimiento de plasma . https://www.plasmatreat.com
- Limpieza con plasma. https://www.plasmatreat.com