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Administración y Negocios Digitales Administración y Negocios Sostenibles Business AnalyticsDispositivos portátiles para la predicción y monitoreo de trastornos neurológicos
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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
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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
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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
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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
¿Cuántos años tiene la ingeniería química en el mundo?
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UTEC
Descubre los orígenes de la ingeniería química y su relevancia en el mundo actual
Por Jean Colmenares, asistente de cátedra y laboratorio del departamento de Ingeniería Química
La ingeniería química es una de las profesiones más buscadas en el sector industrial y extractivo del Perú, representando aproximadamente una quinta parte de las carreras más solicitadas por el personal. Además, los ingenieros químicos son muy pedidos por varias compañías nacionales y multinacionales; y reciben, en comparación a otras ramas de la ingeniería, unos salarios competitivos. Pero, mientras reconocemos su relevancia actual, es importante preguntarnos: ¿cuánto tiempo ha estado presente la ingeniería química en el mundo? Para responder esta pregunta, regresemos a los orígenes de la ingeniería y, por supuesto, de la ingeniería química.
Los orígenes de la ingeniería
Por un lado, la ingeniería tiene tantos años como la historia humana. Las pirámides egipcias y los acueductos romanos, por ejemplo, fueron algunas de las formas en las que las personas desarrollaron estructuras con fines sociales. Sin embargo, no fue sino hasta la Edad Moderna con la Revolución Industrial, en la que la ingeniería sufre una drástica sofisticación y comienza a ser reconocida como institución. En la Francia de 1676 se creó en la infantería un cuerpo llamado corps du génie compuesto por militares experimentados en el manejo de máquinas a motor y en el diseño de artefactos de guerra.
Posteriormente, a finales del siglo XVIII se fundó la primera escuela de ingeniería en la École polytechnique, y esto dio inicio a la creación de escuelas de ingeniería en otros países.
El desarrollo de la ingeniería química
Por otro lado, la ingeniería química como profesión fue desarrollándose gracias a los avances científicos de la Edad Moderna. La revolución industrial tuvo un impacto significativo en la demanda de especialistas en el desarrollo y optimización de procesos para obtener compuestos químicos y sustancias de interés. Varias universidades europeas, especialmente las de Alemania, fueron claves para la investigación de procesos químicos y obtención de nuevos compuestos. Sin embargo, no se hablaba de ingeniería química en ese entonces. Es aquí donde a finales del siglo XIX, George Davis, un inspector de industrias químicas inglés, dio una serie de clases magistrales en la Manchester School of Technology, las cuales luego formarían parte del primer manual del ingeniero químico denominado A Handbook of Chemical Engineering que fue publicado en 1901. Posteriormente, se fundó el Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE) en Estados Unidos en el año 1908 y, posteriormente, varias universidades de este país y del mundo comenzaron a incluir a esta carrera dentro de su oferta académica.
La llegada de la ingeniería química al Perú
El Perú ya tenía en el siglo XX carreras de Química con orientación a procesos industriales como la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), por ejemplo. Sin embargo, fue un 22 de enero de 1946 cuando se creó la primera facultad de Ingeniería Química en la Universidad Nacional de Trujillo (UNT) durante el gobierno del ex-presidente José Luis Bustamante y Rivero. Posteriormente, varias universidades peruanas adoptaron a esta carrera en su currícula y comenzaron a formar a estudiantes para el mercado industrial. Hasta el año pasado, el Colegio de Ingenieros del Perú (CIP) ha tenido 17,216 profesionales colegiados desde su fundación en el año 1962.
La UTEC, por su parte, ha formado a más de treinta egresados de esta carrera desde su fundación y, al igual que muchas otras universidades, siguen formando a futuros ingenieros químicos para crear soluciones a los problemas del futuro. Luego de toda esta revisión histórica, podríamos decir que la carrera tiene, aproximadamente, ¡más de un siglo de edad en el mundo! Definitivamente son muchos años, y sin contar los que siguen.
En UTEC la carrera de ingeniería química prepara a los estudiantes para entender los fundamentos de la materia y sus cambios, con el objetivo de aplicar dichos conocimientos al diseño y monitoreo de procesos industriales, los cuales van desde el tratamiento de aguas hasta la elaboración de vacunas y demás productos. Te invitamos a conocer más de esta carrera, así como las otras opciones de pregrado que ofrece esta universidad líder en tecnología e innovación.
Referencias
[1] Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo, ‘‘Encuesta de Demanda Nacional 2022’’, Gobierno del Perú, Lima, Perú, 2022. [En línea]. Disponible en: https://cdn.www.gob.pe/uploads/document/file/3171158/EDO%20al%202022_Nacional.pdf [Accedido: 09-jul-2023]
[2] Universia, ‘‘Ingeniería Química: Salidas Profesionales en el Perú’’, 2020. [En línea]. Disponible en: https://www.universia.net/pe/actualidad/vida-universitaria/ingenieria-quimica-salidas-profesionales-peru-1135655.html [Accedido: 09-jul-2023]
[3] M. Davis, ‘‘An historical preface to engineering ethics’’, Sci. Eng. Ethics, vol. 1,pp. 33-48, March 1995. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/BF02628696 [Accessed: Jul 09, 2023]
[4] N. Peppas, ‘‘The First Century of Chemical Engineering’’, 2008. [Online]. Available:
https://sciencehistory.org/stories/magazine/the-first-century-of-chemical-engineering/ [Accessed: Jul 09 2023]
[5] AIChE Perú, ‘‘La Ingeniería Química en el Perú (Reseña Histórica)’’, 2020. [En línea]. Disponible en: https://www.aiche.org.pe/2020/01/22/ingenieria-quimica-en-el-peru-resena/ [Accedido: 09-jul-2023]
[6] Andina Noticias, ‘‘Día del Ingeniero Químico: ¿Por qué se celebra el 22 de enero?’’, 2023. [En línea]. https://andina.pe/agencia/noticia-dia-del-ingeniero-quimico-por-se-celebra-22-eero-926088.aspx#:~:text=Esta%20fecha%20especial%20conmemora%20la,de%20Trujillo%20el%20a%C3%B1o%201946. [Accedido: 09-jul-2023]
Bacterias vs Bacterias
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UTEC
Cada vez es más común escuchar casos de bacterias resistentes a los antibióticos en el ámbito hospitalario, con cada vez menos antibióticos disponibles para combatirlas. La solución a esta nueva y preocupante realidad podría no solo estar en el desarrollo de nuevos antibióticos, sino en utilizar a las bacterias para combatir otras bacterias.
Esta es la propuesta de los científicos del Centre for Genomic Regulation and Pulmobiotics, quienes ante la resistencia a antibióticos que genera la bacteria P. aeruginosa, causante de infecciones pulmonares inter hospitalarias, decidieron modificar genéticamente la bacteria Mycoplasma pneumoniae que causa afecciones similares, removiendo su habilidad para causar enfermedad; y programarla para atacar a P. aeruginosa.
P. aeruginosa es una bacteria naturalmente resistente a los antibióticos por su habilidad de crear biofilms, los cuales se adhieren a las superficies del cuerpo de su hospedero formandoestructuras impenetrables incapaces de ser afectadas por los antibióticos. Estos biofilms pueden crecer en las superficies de los tubos endotraqueales que se usan en los pacientes conasistencia de ventiladores mecánicos, causando una neumonía asociada al uso de ventiladores. Los científicos usaron técnicas de la biología sintética en M. pneumoniae para darle la habilidad de producir diversas moléculas capaces de disolver biofilms: un ejemplo de estas moléculas es las piocina, que son toxinas naturales que inhiben el crecimiento de cepas bacterianas de Pseudomonas.
Esta bacteria producto de la bioingeniería, que fuera renombrada por sus creadores como “medicina viva” o living medicine, es candidata a ser tratamiento de las infecciones causadas por asistencia de ventilación mecánica. El grupo de investigadores liderados por el Dr. Luis Serrano, especialista en biología sintética, se encuentra realizando ensayos para poder administrarla usando nebulizadores.
Sin duda este estudio abre las puertas para que los investigadores puedan crear nuevas cepas de bacterias capaces de atacar otras enfermedades respiratorias, entre ellas el cáncer de pulmón y el asma. El objetivo es ambicioso: revolucionar la tecnología actual modificando las características de las bacterias para liberar todo su potencial, y con ello aportar significativamente al tratamiento de diversas enfermedades.
Bibliografía:
1. Rocco Mazzolini, Irene Rodríguez-Arce, Laia Fernández-Barat, Carlos Piñero-Lambea, Victoria Garrido, Agustín Rebollada-Merino, Anna Motos, Antoni Torres, Maria Jesús Grilló, Luis Serrano, Maria Lluch-Senar. Lluch-Senar. Engineered live bacteria suppress Pseudomonas aeruginosa infection in mouse lung and dissolve endotracheal-tube biofilms. Nature Biotechnology, 2023; DOI: 10.1038/s41587-022-01584-9
Recolección y purificación simultánea de agua proveniente de la niebla: una nueva alternativa para combatir la escasez del recurso hídrico
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UTEC
Sabemos que el agua es esencial para la vida y que conforme pasa el tiempo mayor es la preocupación por la disponibilidad y uso de este recurso. Es por ello que nos encontramos en la constante búsqueda de métodos sostenibles y pasivos que nos permitan encontrar soluciones a los problemas del suministro de agua. Para hacer frente a este desafío, el enfoque de la investigación en las últimas décadas ha sido la captación de agua atmosférica; así como la reducción del uso de agua dulce y el tratamiento del agua contaminada.
Se ha demostrado que la recolección de niebla es una fuente viable de agua de buena calidad en muchas partes áridas del mundo, una malla de un metro cuadrado puede recolectar de 9 a 70 litros por día en lugares urbanos (por ejemplo, en Lima, Perú y en Dhofar, Omán) e instalaciones a gran escala (es decir, malla de 5.000 m2) puede recolectar hasta 100.000 litros de agua en un solo día. [1]
No es novedad que, en ciertas regiones de nuestro país, además de otros países usen mallas para recolectar el agua de la atmosfera y así poder combatir la escasez de este recurso. Pero, ¿Qué pasa en las zonas urbanas, dónde a parte de la escasez se tiene que lidiar con la contaminación del aire? Investigadores científicos de la ETH de Zúrich han desarrollado una forma sencilla de recolectar agua de la niebla y eliminar de manera simultanea contaminantes presentes en ella.
Ellos presentan un dispositivo combinado de recolección de niebla y purificación de agua que opera de manera completamente pasiva en exteriores requiriendo luz solar solo para activarse. El revestimiento permanece reactivo incluso cuando no se irradia durante varias horas, lo que permite la recolección y el tratamiento simultáneos de la niebla contaminada, incluso cuando la irradiancia solar es baja, como sería en condiciones de niebla
Para ello se utiliza una malla de alambre metálico recubierta de una mezcla de polímeros especialmente seleccionados y nanopartículas de dióxido de titanio anatasa (fase cristalina de estructura octaédrica). Los polímeros garantizan que las gotas de agua se recolecten de manera eficiente en la malla y desciendan lo más rápidamente posible a un recipiente antes de que sean arrastradas por el viento. El dióxido de titanio actúa como catalizador químico, descomponiendo las moléculas de muchos de los contaminantes orgánicos contenidos en las gotas para hacerlos inofensivos. Además, la humectabilidad de la superficie de la malla está diseñada para mejorar la extracción de agua.
Como resultado de la investigación en pruebas al aire libre, el dispositivo puede mantener un buen rendimiento de recolección de niebla, así como una eficiencia de tratamiento de agua de >85 %. En esa misma línea, la producción continua de agua con purificación pasiva demostrada en este estudio proporciona una solución libre de energía para abordar la escasez de agua, avance que podría ayudar a brindar acceso a agua potable a millones de personas en todo el mundo.
Referencias
Ghosh, R. & Ganguly, R. Harvesting Water from Natural and Industrial Fogs—Opportunities and Challenges in Droplet and Spray Transport: Paradigms and Applications (eds Basu, S. et al.) 237–266 (Springer, 2018).
Schemenauer, R. S., Cereceda, P. & Osses, P. Fog Water Collection Manual (FogQuest, 2022)
Una verdad agridulce
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UTEC
El pasado mes salió una noticia acerca del potencial carcinogénico que podría estar aparejado al consumo de aspartamo, un endulzante sintético. La noticia salió a raíz de comentarios emitidos por una agencia de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Para entender un poco más de qué se trata esta noticia y el potencial peligro del consumo de alimentos que contengan este endulzante es importante entender su origen, su rol y las cantidades presentes en los alimentos considerados bajas calorías o dietéticos.
¿Qué son los endulzantes artificiales?
Los endulzantes artificiales son mayormente moléculas orgánicas con la capacidad de producir la sensación de dulzor en el paladar y por ende, endulzar aquellos alimentos a los que no se les agrega o se le han removido los azúcares. Este tipo de moléculas tienen un poder endulzante superior al del azúcar de mesa, o sacarosa y es por ello que debido a su bajo aporte calórico se han vuelto parte de múltiples alimentos para aquellas personas que quieran perder peso o padecen algún tipo de enfermedad metabólica, entre ellas, la diabetes. El aspartamo se encuentra entre estas moléculas.
El aspartamo es un aditivo alimentario sintético, bajo en calorías y aproximadamente 200 veces más dulce que el azúcar. Fue descubierto en 1965 por el químico James Schlatter y recién salió al mercado en 1981. Está formado por 2 aminoácidos: el aspartato y un metil éster de fenilalanina (aminoácido modificado). Este endulzante es usado en bebidas, postres, golosinas, productos lácteos, productos reducidos en calorías y como endulzante de mesa (en reemplazo del azúcar), entre otros.
Hasta aquí parecería que no hubiera ningún inconveniente con el aspartamo ya que ha sido parte de nuestras vidas por una buena cantidad de tiempo. Sin embargo, a mediados de julio de este año, la OMS realizó un anunció que avivó la preocupación por la presencia de estos compuestos sintéticos en nuestra alimentación.
La declaración de la agencia dependiente de la OMS mencionaba la inclusión del aspartamo como un producto posiblemente carcinogénico y esto despertó la preocupación por su uso actual y los efectos que podrían venir aparejados con su consumo, especialmente la posible conexión con el cáncer hepático. Sin embargo, es importante revisar la información y el sustento científico para realizar el anuncio. La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) indicó que los estudios en humanos tenían evidencia limitada que solo se basaban en 3 estudios observacionales, ésta en conjunto con el comité de expertos en aditivos alimentarios que es parte de la OMS y de la Organización para la Alimentación y Agricultura (FAO, en inglés) o JECFA, han emitido el comunicado indicando la nueva clasificación. Esta decisión indicaba además que no era necesario el cambio de la ingesta diaria permitida de este endulzante (40 mg/kg de peso, según fuentes norteamericanas y europeas).
Entonces: ¿qué significa esta evidencia? Por un lado, se sabe que los estudios mencionados fueron realizados en animales, por lo que no siempre existe una correlación directa con los humanos. Pueden dar pistas y por ello, requieren de mayor investigación y de ser posible, estudios en humanos. Adicionalmente, un estudio publicado por investigadores de Harvard, la Universidad de Boston y el Instituto Nacional de Cáncer de Estados Unidos, examinó el consumo de bebidas endulzadas en personas con cáncer. Los investigadores encontraron un elevado riesgo de cáncer de hígado en personas con diabetes con un consumo de bebidas gaseosas endulzadas artificialmente. Sin embargo, la revisión no halló un incremento en cáncer hepático en aquellas personas que consumían gaseosas y no presentaban diabetes. Esto quiere decir que los estudios observacionales muestran correlaciones, pero no causas y efectos. Para que el efecto negativo del aspartamo sea evidente, y de acuerdo a los límites permitidos de su ingesta, deberíamos sobrepasar un equivalente al consumo de 9 a 14 latas de gaseosas diarias o aproximadamente 4 litros al día.
El mensaje final es seguir siendo cuidadosos en la selección de los alimentos y bebidas que consumimos, buscar ingredientes saludables y no confundirlos con seguros. Recordar que el consumo excesivo de azúcares refinados pueden llevar a la aparición de obesidad y otras enfermedades metabólicas. Más allá de que los endulzantes artificiales puedan servir para reducir el consumo de azúcar, no ofrecen ningún beneficio para la salud y lo ideal sería dejar de consumirlos.
Referencias:
https://www.efsa.europa.eu/en García, B. “El aspartamo sigue siendo seguro (y la OMS debería revisar cómo lanza sus mensajes)”. El Mundo [España], 14/07/2023.
Jewett, C. “Aspartame is a possible cause of Cancer in Humans, a WHO Agency says”. The New York Times [Estados Unidos], 13/07/2023.
Magnuson, B. et al. (2016) Biological fate of low-calorie sweeteners, Nutrition Reviews Vol. 74(11):670–689. doi: 10.1093/nutrit/nuw032
Timberlake, K. (2019) Chemistry An Introduction to General, Organic, and Biological Chemistry, 13th Edition, Pearson.
Una verdad agridulce
Escrito por:
UTEC
El pasado mes salió una noticia acerca del potencial carcinogénico que podría estar aparejado al consumo de aspartamo, un endulzante sintético. La noticia salió a raíz de comentarios emitidos por una agencia de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Para entender un poco más de qué se trata esta noticia y el potencial peligro del consumo de alimentos que contengan este endulzante es importante entender su origen, su rol y las cantidades presentes en los alimentos considerados bajas calorías o dietéticos.
¿Qué son los endulzantes artificiales?
Los endulzantes artificiales son mayormente moléculas orgánicas con la capacidad de producir la sensación de dulzor en el paladar y por ende, endulzar aquellos alimentos a los que no se les agrega o se le han removido los azúcares. Este tipo de moléculas tienen un poder endulzante superior al del azúcar de mesa, o sacarosa y es por ello que debido a su bajo aporte calórico se han vuelto parte de múltiples alimentos para aquellas personas que quieran perder peso o padecen algún tipo de enfermedad metabólica, entre ellas, la diabetes. El aspartamo se encuentra entre estas moléculas.
El aspartamo es un aditivo alimentario sintético, bajo en calorías y aproximadamente 200 veces más dulce que el azúcar. Fue descubierto en 1965 por el químico James Schlatter y recién salió al mercado en 1981. Está formado por 2 aminoácidos: el aspartato y un metil éster de fenilalanina (aminoácido modificado). Este endulzante es usado en bebidas, postres, golosinas, productos lácteos, productos reducidos en calorías y como endulzante de mesa (en reemplazo del azúcar), entre otros.
Hasta aquí parecería que no hubiera ningún inconveniente con el aspartamo ya que ha sido parte de nuestras vidas por una buena cantidad de tiempo. Sin embargo, a mediados de julio de este año, la OMS realizó un anunció que avivó la preocupación por la presencia de estos compuestos sintéticos en nuestra alimentación.
La declaración de la agencia dependiente de la OMS mencionaba la inclusión del aspartamo como un producto posiblemente carcinogénico y esto despertó la preocupación por su uso actual y los efectos que podrían venir aparejados con su consumo, especialmente la posible conexión con el cáncer hepático. Sin embargo, es importante revisar la información y el sustento científico para realizar el anuncio. La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) indicó que los estudios en humanos tenían evidencia limitada que solo se basaban en 3 estudios observacionales, ésta en conjunto con el comité de expertos en aditivos alimentarios que es parte de la OMS y de la Organización para la Alimentación y Agricultura (FAO, en inglés) o JECFA, han emitido el comunicado indicando la nueva clasificación. Esta decisión indicaba además que no era necesario el cambio de la ingesta diaria permitida de este endulzante (40 mg/kg de peso, según fuentes norteamericanas y europeas).
Entonces: ¿qué significa esta evidencia? Por un lado, se sabe que los estudios mencionados fueron realizados en animales, por lo que no siempre existe una correlación directa con los humanos. Pueden dar pistas y por ello, requieren de mayor investigación y de ser posible, estudios en humanos. Adicionalmente, un estudio publicado por investigadores de Harvard, la Universidad de Boston y el Instituto Nacional de Cáncer de Estados Unidos, examinó el consumo de bebidas endulzadas en personas con cáncer. Los investigadores encontraron un elevado riesgo de cáncer de hígado en personas con diabetes con un consumo de bebidas gaseosas endulzadas artificialmente. Sin embargo, la revisión no halló un incremento en cáncer hepático en aquellas personas que consumían gaseosas y no presentaban diabetes. Esto quiere decir que los estudios observacionales muestran correlaciones, pero no causas y efectos. Para que el efecto negativo del aspartamo sea evidente, y de acuerdo a los límites permitidos de su ingesta, deberíamos sobrepasar un equivalente al consumo de 9 a 14 latas de gaseosas diarias o aproximadamente 4 litros al día.
El mensaje final es seguir siendo cuidadosos en la selección de los alimentos y bebidas que consumimos, buscar ingredientes saludables y no confundirlos con seguros. Recordar que el consumo excesivo de azúcares refinados pueden llevar a la aparición de obesidad y otras enfermedades metabólicas. Más allá de que los endulzantes artificiales puedan servir para reducir el consumo de azúcar, no ofrecen ningún beneficio para la salud y lo ideal sería dejar de consumirlos.
Cellular Automata, an intelligent technique for modelling complex systems
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UTEC
Artificial intelligence techniques have been around for several decades, and are not just limited to machine learning, neural networks, fuzzy logic or deep learning. There is a technique that allows modelling temporal states of highly complex systems and is able to predict changes in these systems by applying simple evolutionary rules. This artificial intelligence technique is known as the Cellular Automata paradigm.
Cellular Automata (CA) are small elements that occupy spaces or unit cells within a discrete two- or three-dimensional domain called a lattice or grid, which volume represents the modelled system (Figure 1). Each automaton located in a cell of this lattice has a state, within a group of predefined states, which through interaction with itself and with its neighbouring cells can maintain or change through the iterations of evolution of the modelled system, because each automaton has the ability to make decisions independently to maintain or change that state as the system evolves. By projecting this automaton behaviour on a larger scale, it is possible to model highly complex systems whose macro behaviour is governed by the behaviour of its smaller component units.
Figure 1. Configuration of a cellular automaton in its cell in a two-dimensional lattice [1].
The evolution of the automaton's state is based on the application of very simple individual evolution rules. In each iteration, the automaton knows only its own state and the state of its nearest neighbours, and depending on these states and the evolution rules, the automaton evolves to the next iteration either maintaining or changing its state.
The cells containing the automata, which in turn form the lattice or domain of the modelled system, may be square, triangular or polygonal in the two-dimensional case, or hexahedral or tetrahedral in the three-dimensional domain.
In order to know the state of its neighbours, the automaton uses a type of neighbourhood to relate to its environment, which depends on the number of neighbouring automata taken into account. The used neighbourhoods range from the empty neighbourhood, in which the automaton only takes itself into account, to the neighbourhoods that take into account four (von Neumann), eight (Moore), twelve (expanded von Neumann, MvonN) or twenty-four (expanded Moore) neighbours. The latter includes the neighbouring automata at the first and second level of distance (Figure 2, top).
Figure 2. Neighbourhoods (top) and Boundaries (bottom) considered in the implementation of cellular automata [2].
When the automaton is at a boundary of the domain, it also takes into account different configurations for the hypothetical neighbouring cells located outside the boundary, which assign them specific states for iteration and evolution. Within the configurations for these out-of-domain positions, they can be assigned a null state (fixed boundary), the same state as the automaton on the boundary (adiabatic boundary), the same state as the automaton on the contralateral side of the boundary (reflexive boundary) or the state of the automaton on the same row at the opposite end of the lattice (periodic boundary), (Figure 2, bottom).
The cellular automata paradigm appeared in the 1940s by Stanislaw Ulam to describe graphically the growth of crystals. Simultaneously, Von Neumann used the same tool to study systems capable of self-replication. In the 1970s, John Conway used the concept of CAs to create the game of life, a model of the dynamic ability of automata to move and replicate themselves by implementing simple evolutionary rules (Figure 3, A). In 1983, Wolfram presents in his work a new kind of science the development of several rules that generate series of self-replicating regular and irregular shapes (Figure 3, B). In 1993, Ermentrout et al. used CAs for the first time in the generation of biological networks such as the neural system and the circulatory system, taking the model as a continuous process (Figure 3, C). By 2004, Deutch et al. developed the first models of tumour growth (Figure 3, D).
Figure 3. Historical developments of cellular automata: (A) Conway's game of life, (B) Wolfram's regular and irregular networks, (C) Ermentrout's neural and cardiovascular networks, and (D) Deutch's tumour growth models [1].
To date, cellular automata have been used to simulate and predict behaviour in diverse systems such as fractal formation, the behaviour of bacterial populations, traffic analysis in large cities, the creation of structures by topological optimisation, and even tissue architecture and healing time in a bone fracture repair process (Figure 4).
Figure 4. Two-dimensional axisymmetric model of cellular automata for the simulation of the process of osteogenesis and bone fracture repair. The architecture of the component tissues of the bone callus are represented with different colours (red: bone marrow; yellow: fatty bone marrow; light blue: granular and fibrous tissue; dark blue: cartilage; white: bone). The repair time t is given in days [1].
In summary, cellular automata, a prominent technique in artificial intelligence, allow the behaviour of a variety of highly complex systems to be analysed and predicted in a simple and straightforward manner.
References
[1] A.J. Arias-Moreno. “Modelo computacional para la simulación del proceso de osteogénesis y curación ósea después de la fractura”. Master thesis, Universidad Nacional de Colombia, Colombia, january 2011.
[2] A. Tovar. “Bone remodeling as a hybrid cellular automaton optimization process”. Doctoral thesis, University of Notre Dame, United States, december 2004.