Facultad de Computación
Sistemas de Información Ciencia de Datos Ciencia de la Computación CiberseguridadFacultad de Negocios
Administración y Negocios Digitales Administración y Negocios Sostenibles Business AnalyticsBioimpresión Volumétrica: Construcción de tejidos en segundos
Escrito por:
UTEC
La bioimpresión es la tecnología que permite la impresión tridimensional de biomateriales cargados con células vivas, con el objetivo de construir estructuras que se asemejan a órganos y tejidos funcionales. Combinando la impresión 3D, la medicina regenerativa y la biotecnología, para resolver problemas presentes en la ingeniería de tejidos, la investigación farmacéutica y la medicina.
A pesar de todos los avances prometedores en el campo, es necesario nueva tecnología que permita la creación de injertos grandes clínicamente relevantes, y que sean obtenidos por un proceso a alta velocidad.
Los actuales métodos de impresión incluyen técnicas basadas en inyección de tinta, que consiste en biotintas líquidas que pueden extruirse mediante calor en un sustrato cuyo contacto lo hará estructuralmente rígido. Luego, la bioimpresión asistida por láser, en la que se utilizan láseres para calentar el material y evaporarlo antes de su deposición. Finalmente, la bioimpresión basada en litografía, como la estereolitografía (SLA) cuyas principales ventajas incluyen una impresión a alta velocidad y una alta precisión. Estas tecnologías toman mucho tiempo, sobre todo cuando se requiere generar injertos grandes, de escala centimétrica; lo cual genera que las células sean mantenidas en el cartucho de la bioimpresora por largos periodos de tiempo, lejos de un entorno de cultivo óptimo; generando estrés y afectando su funcionalidad.
La bioimpresión volumétrica representa un cambio de paradigma dentro de la bioimpresión, ofreciendo un enfoque revolucionario para fabricar estructuras biológicas tridimensionales complejas. A diferencia de los métodos tradicionales de bioimpresión que depositan materiales capa por capa, la bioimpresión volumétrica aprovecha técnicas que implican la manipulación de materiales ligeros y fotosensibles, para crear estructuras completas a la vez, en lugar de mediante la adición secuencial de bloques de construcción básicos.
El flujo de trabajo es similar a la bioimpresión, se inicia con un modelo digital en 3D, el cual fue obtenido con un software de diseño asistido por computadora (CAD). Los biomateriales con los cuales se trabaja son fotosensibles, es decir sufren cambios estructurales cuando son expuestos a longitudes de onda de luz específica; por ejemplo acrilatos (gelatina metacrilato) y resinas elastoméricas, las cuales se trabajan con un fotoiniciador cuya concentración debe ser lo suficientemente baja para que la luz penetre a través de todo el volumen, pero lo suficientemente alta para permitir que el gel se polimerice.
A diferencia del enfoque tradicional de capas, se usa un proyección de luz holográfica o polimerización de luz multifotónica, los patrones de luz se cruzan dentro del material fotosensible, se forma instantáneamente una estructura sólida, dando forma a la estructura 3D deseada en un solo paso de impresión, después del proceso de impresión volumétrica, se elimina cualquier material que no haya reaccionado y se pueden realizar pasos de posprocesamiento adicionales según sea necesario.
Bernal et al, 2019, demostraron que células madre mesenquimales (CMM) impresas en un modelo de hueso trabecular podian mantenerse en medio osteogénico durante 7 días, como imitación de los osteoblastos dentro del hueso nativo (O-MSC). La compleja red porosa del modelo trabecular cargado de células también podría sembrarse con células adicionales después de la impresión. Los investigadores introdujeron células formadoras de colonias endoteliales (ECFC) y CMM, para generar una cocultivo de células osteogenicamente diferenciadas, células endoteliales vasculares y CMM de soporte. Luego de 3 días de cultivo, observaron la formación de brotes angiogénicos tempranos, típicos de los precursores de la red capilar sanguínea.
Lo que sugiere que el las células madre mesenquimales diferenciadas a hueso en el modelo bioimpreso, tienen la capacidad de proporcionar señales paracrinas que promueven el proceso angiogénico impulsado por las ECFC; demostrando así que la bioimpresión volumétrica permite la realización de funciones celulares clave.
Figura 1: Depósito de la resina cargado de células, polimerización de la resina con determinada longitud de onda.
Bibliografia
1)Bernal, P.N. et al. (2022) ‘Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver-Like Metabolic Biofactories’, Advanced Materials, 34(15). Available at: https://doi.org/10.1002/adma.202110054.
2)Bernal, P.N. et al. (2019) ‘Volumetric Bioprinting of Complex Living-Tissue Constructs within Seconds’, Advanced Materials, 31(42). Available at: https://doi.org/10.1002/adma.201904209.
3)Grottkau, B.E., Hui, Z. and Pang, Y. (2020) ‘A novel 3d bioprinter using directvolumetric dropondemand technology for fabricating micro tissues and drugdelivery’, International Journal of Molecular Sciences, 21(10), pp. 1–11. Available at: https://doi.org/10.3390/ijms21103482.
Estudiantes de Ingeniería Química realizan visita técnica a la Refinería de Conchán
Escrito por:
UTEC
Complementar la teoría con la experiencia práctica es fundamental, en carreras altamente prácticas y versátiles como la Ingeniería Química. Por dicha razón, los estudiantes del curso
Química Orgánica Aplicada realizaron una visita técnica a las instalaciones de la Refinería de Conchán, guiados por el Ing. Artemio Flores Lima, profesor a cargo del mencionado curso.
Durante la visita, los ingenieros anfitriones de Petroperú explicaron cómo y en qué equipos se transforma el petróleo crudo, insumo principal del proceso, en diversidad de productos útiles para la economía nacional, como el asfalto, material importante para la infraestructura vial del país, gasolinas premium y regular, que dinamizan una gran parte de medios de transporte terrestre nacional, entre otros productos comerciales.
Los estudiantes recorrieron no solamente la planta de producción, sino también la sala de control del proceso, la granja de tanques y los laboratorios. En palabras de Teodoro Patiño, estudiante de la carrera, la experiencia en esta visita técnica fue enriquecedora y fascinante y se “ha convertido en un catalizador de mi pasión y un recordatorio constante de las inmensas oportunidades que la Ingeniería Química ofrece en un mundo en constante cambio. Estoy emocionado por lo que depara el futuro y ansío contribuir, como profesional, a los desafíos y avances que moldearán a las industrias en los años venideros.”
Bacterias vs Cáncer - Round 1: Fight!
Escrito por:
UTEC
Los tratamientos más comunes usados contra el cáncer son los métodos quirúrgicos, la radioterapia y la quimioterapia; ésta última una de las más usadas en nuestro país. Si bien estas terapias son efectivas, en algunos casos no logran erradicar en su totalidad el cáncer, y desgastan considerablemente no solo el sistema inmune del paciente, sino también su estado anímico debido a los efectos secundarios.
De manera esperanzadora, en los últimos 10 años la inmunoterapia se ha abierto paso como uno de los tratamientos más idóneos para diferentes tipos de cáncer. La inmunoterapia utiliza el sistema inmune de los pacientes para atacar al cáncer. Una de las formas de la inmunoterapia son las CART-cell therapy, usadas para tratar cánceres sanguíneos como leucemia, linfomas y mielomas. Sin embargo, si bien las CART-cells son óptimas para identificar los antígenos específicos en células sanguíneas, no lo son para atacar tumores, puesto que éstos están formados por diferentes células con diferentes antígenos en sus superficies.
Ante esta problemática, investigadores de Columbia Engineering presentaron recientemente una novedosa estrategia para combatir tumores: han modificado bacterias probióticas para colonizar tumores y así generar objetivos sintéticos dentro de los mismos, guiando a las células CAR-T para eliminar las células cancerosas recién identificadas. Esta nueva estrategia constituye la primera vez en que se combinan células T modificadas genéticamente con bacterias alteradas, para llevar de forma segura, sistemática y efectiva, antígenos sintéticos a tumores sólidos. Este enfoque podría tener un impacto notable en el tratamiento de diversas formas de cáncer.
El grupo de investigadores liderado por Tal Danino, profesor asociado del departamento de Biomedical Engineering de Columbia University, ha desarrollado esencialmente una célula CAR-T universal diseñada para atacar a un antígeno universal. Esto se logra programando bacterias que buscan tumores para marcar los tumores sólidos con un marcador sintético reconocible por las células CAR-T. Los investigadores anticipan que, con refinamientos continuos, esta plataforma podría tratar cualquier tipo de tumor sólido sin la necesidad de identificar un antígeno específico del tumor; en consecuencia, no sería necesario crear un producto personalizado de células CAR-T para cada tipo de cáncer y para cada paciente individual.
La creación de esta plataforma de células CAR-T guiadas por probióticos (ProCAR) representa un logro innovador, y constituye una primera instancia en la que los científicos no solo han integrado con éxito probióticos modificados genéticamente con células CAR-T, sino que también han brindado una primera evidencia de que los CAR responden a antígenos sintéticos producidos directamente dentro del tumor.
Fuente: Elaboración Propia – Basado en Probiotic-guided CAR-T cells for solid tumor targeting. Science, 2023; 382 (6667): 211 DOI: 10.1126/science.add7034.
La plataforma ha demostrado ser segura y efectiva en varios modelos de cáncer en humanos y ratones, abarcando tanto ratones inmunocomprometidos como inmunocompetentes. De manera destacada, el estudio indica que la presencia de bacterias inmunestimulantes dentro del tumor mejora significativamente las funciones de eliminación de tumores de las células T humanas
Dicho todo esto, y aunque los resultados son prometedores, resulta necesario esperar la aprobación por parte de la FDA así como la implementación a gran escala de este método; con el objetivo de evitar que se convierta en un tratamiento excesivamente costoso para los pacientes.
Bibliografia :
Rosa L. Vincent, Candice R. Gurbatri, Fangda Li, Ana Vardoshvili, Courtney Coker, Jongwon Im, Edward R. Ballister, Mathieu Rouanne, Thomas Savage, Kenia de los Santos-Alexis, Andrew Redenti, Leonie Brockmann, Meghna Komaranchath, Nicholas Arpaia, Tal Danino. Probiotic-guided CAR-T cells for solid tumor targeting. Science, 2023; 382 (6667): 211 DOI: 10.1126/science.add7034
Columbia University School of Engineering and Applied Science. "Engineered bacteria paint targets on tumors for cancer-killing T cells to see." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231012161702.htm (accessed November 15, 2023).
La Química tras los fuegos artificiales: Una combinación de arte y ciencia
Escrito por:
UTEC
Los Fuegos artificiales son utilizados en gran número de eventos alrededor del mundo, son sinónimo de celebración y un ejemplo fascinante de la química y la ingeniería en acción. Con el paso de los años la tecnología entorno a ellos ha ido cambiando, pero ¿Cómo funcionan? ¿Cómo forman diferentes patrones y colores? ¿Cuál es la ciencia tras tan asombrosa explosión de luces, colores y variadas formas? Veamos algunas respuestas a estas interrogantes…
Los dispositivos pirotécnicos contienen sustancias químicas; generalmente, está compuesto por un oxidante, un combustible, un aglutinante y opcionalmente por una sustancia química que mejora el color. Las luces, colores y sonidos de los fuegos artificiales provienen de estos químicos.
La pólvora es el combustible más utilizado en los fuegos artificiales el cual proporciona la energía para hacer volar al cartucho en el aire; los oxidantes pueden ser: nitratos, cloratos y percloratos; cuya función es generar el oxígeno suficiente para la combustión; el aglutinante (dextrina, goma, resina, etc.) mantiene unido todos los demás componentes y, por último, las sales metálicas producen colores específicos.
LUCES, SONIDO Y FORMAS
Los colores pueden formarse por dos mecanismos: luminiscencia e incandescencia.
En la incandescencia se produce por calentamiento, el calor hace que el material comience a brillar y emita luz a diferentes longitudes de onda (luz infrarroja, luego roja, naranja, amarilla y blanca a medida que la sustancia se calienta cada vez más). Cuando se controla la temperatura de un fuego artificial, el brillo de los compuestos metálicos se puede manipular para que tenga el color deseado en el momento adecuado. La creación de luces azules y verdes requieren una mayor temperatura, lo cual es impráctico en los fuegos artificiales; por ello estos colores se logran por el mecanismo de luminiscencia. En la luminiscencia no se requiere calor para que un cuerpo emita luz y por eso ocurre a temperaturas más bajas. La luz es generada por los electrones del átomo del metal, que al absorber energía del calor generado en la explosión saltan a un nivel superior, pasando a ser electrones excitados y luego vuelven a su estado fundamental, de menor energía, liberando un fotón de luz de determinada energía y color característico.
La explosión de un fuego artificial se produce en dos pasos: el proyectil aéreo se dispara al aire y luego explota en el aire, a muchos metros del suelo. Durante la explosión del proyectil no solo se producen gases rápidamente, sino que también se calientan y se expanden siguiendo la ley de Charles (Si la presión es constante, a medida que aumenta la temperatura de un gas encerrado, el volumen también aumenta). El estruendo se debe a la expansión de los gases a un ritmo más rápido que la velocidad del sonido.
En esa misma línea, la disposición de las estrellas (ver figura 1) determina la forma que tomaran las luces; si están dispuestas al azar en el proyectil, se esparcirán uniformemente en el cielo después de la explosión. Pero, si se agrupan cuidadosamente en patrones determinados, los fuegos artificiales tendrán una forma específica porque las estrellas se envían en direcciones puntuales durante la explosión.
¡Es por ello, que, en cuanto al sonido y las formas de los fuegos artificiales, todo se reduce a la construcción del proyectil aéreo!
Tabla SEQ Tabla \* ARABIC 1 Colorant compounds used in Fireworks and the colors they produced.
IMPACTO AMBIENTAL Y FUTURO
Si bien los fuegos artificiales son un espectáculo para nuestra vista también se debe considerar que los restos del proyectil generan desperdicios, además, la combustión genera humo y partículas que contaminan el aire. En un estudio reciente se diseñaron bengalas proporcionándoles un revestimiento funcional que tiene propiedades potenciales de inhibir la absorción de humedad y controlar las emisiones gaseosas de partículas. Por ello, es que se debe seguir con la investigación y búsqueda de alternativas más eco amigables, como por ejemplo proyectiles biodegradables o formas de combustión verde.
Hoy en día, las computadoras desempeñan un papel fundamental tanto en el desarrollo de los fuegos artificiales como en el diseño de sus exhibiciones. Se pueden utilizar programas informáticos para sincronizar el disparo de miles de fuegos artificiales desde un solo panel de control.
Diseñar un espectáculo de fuegos artificiales es tanto un arte como una ciencia. Los diseñadores de fuegos artificiales deben comprender las propiedades químicas de varios compuestos para producir los colores deseados. Deben considerar la física de la dinámica de las explosiones para crear las formas y patrones requeridos. Además, también deben tener una visión artística para coreografiar estos elementos de una manera que ofrezca un espectáculo cautivador.
Figure 1. Structure of an aerial shell. The black balls are the stars, and the gray area is gunpowder. The stars and the powder are surrounding a bursting charge, which alsocontains black powder.
Referencias
- Utkarsha W., Girivyankatesh H, Suraj J., Anirban M., Rakesh K., Sadhana R.; “Glazing of the fireworks: Functional coating materials for enhancing the shelf life and reducing emissions”; Environmental Technology & Innovation 28 (2022) 102926; https://doi.org/10.1016/j.eti.2022.102926
- N. Selvakumar, A. Azhagurajan, A. Suresh; “Experimental analysis on nano scale flash powder composition in fireworks manufacturing”; J Therm Anal Calorim (2013) 113:615–621; DOI 10.1007/s10973-012-2749-9
- 10 Chemmatters, October 2010.
Novedosa técnica para la reducción de las emisiones de carbono en procesos
Escrito por:
UTEC
Desde finales del siglo XIX, nuestro planeta experimenta un calentamiento gradual y progresivo que en las últimas décadas se ha acelerado. Según expertos, se prevé que tanto la temperatura de la superficie terrestre como la oceánica continúen aumentando en el corto plazo. Esto ha traído repercusiones ambientales, económicas y sociales. Gran parte del problema es causado por los gases de efecto invernadero (GEI) entre los que se encuentran gases naturales como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), así como gases artificiales fluorados, destacándose los hidrofluorocarbonos (HFC) y los perfluorocarburos (PFC), ampliamente utilizados en la industria.
En las últimas décadas, las emisiones de CO2 en la atmósfera se han multiplicado a niveles alarmantes. En 2022, los niveles de CO2 superaron las 418 partes por millón, y continúan en aumento y, las emisiones provenientes de la industria y combustibles fósiles alcanzaron los 36.600 millones de toneladas métricas. Esta situación tiene consecuencias que van desde el deshielo del casquete polar ártico, condiciones climáticas impredecibles y aumento de desastres naturales, cambios en los patrones de precipitación, hasta mudanzas en la acidez y el nivel medio del mar.
Ante tal realidad es imprescindible encontrar soluciones capaces de tener un impacto a gran escala. La reducción electroquímica de CO2 a combustibles químicos es una estrategia con gran potencial para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el cambio climático. Actualmente, el cobre (Cu) y sus aleaciones son los principales materiales utilizados para reducir electroquímicamente el CO2 a productos multicarbono. Sin embargo, estos no son selectivos y forman simultáneamente dióxido de carbono (CO), metano (CH4), formiatos (HCOO-), etc.
Es así como un grupo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins presentaron un enfoque innovador para la electroreducción de dióxido de carbono catalizada por cobre, a fin de diseñar condiciones de reacción que mejoren la selectividad de los productos multicarbonados y de esta forma conducir a métodos más eficientes de conversión.
Teniendo en cuenta que la reducción electroquímica de CO2 a materias primas con valor agregado se ve obstaculizada por la formación competitiva de productos, los investigadores han postulado que el agua, como componente fundamental en esta reacción, desempeña un papel esencial al influir en la selectividad y actividad de los productos generados.
En sus experimentos hicieron pasar electricidad a través de soluciones saturadas con CO2, disminuyendo gradualmente la actividad termodinámica del agua, lo cual tuvo como resultado una mejora en la selectividad y la densidad de corriente de los productos C2+ (etileno, etanol, propanol), mientras que los productos C1 (monóxido de carbono y metano) se suprimieron. Los autores explicaron que lo observado fue el resultado de que el dióxido de carbono, intermediario clave en la reacción, se adhiriera a la superficie del electrodo de cobre.
Según los investigadores, esta investigación revela nuevas oportunidades dentro del sector de la química verde y desempeña un papel clave en la transición hacia un futuro más sostenible y ambientalmente consciente.
En conclusión, el estudio demostró que reducir la disponibilidad del donante de protones es un método valido para mejorar la reducción de CO2 a productos multicarbono C2+ altamente deseables y resalta el potencial de utilizar el agua como un factor clave en la eficiencia de procesos de conversión de CO2, destacando, además, la importancia de continuar la investigación en tecnologías emergentes para abordar los desafíos críticos asociados al cambio climático.
Bibliografía
- Zhang, H., Gao, J., Raciti, D. et al. Promoting Cu-catalysed CO2 electroreduction to multicarbon products by tuning the activity of H2O. Nat Catal 6, 807–817 (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01010-6
- Farooqi, S.A., Farooqi, A.S., Sajjad, S. et al. Electrochemical reduction of carbon dioxide into valuable chemicals: a review. Environ Chem Lett 21, 1515–1553 (2023). https://doi.org/10.1007/s10311-023-01565-7
- Statista. Nivel promedio de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera entre 1959 y 2022. Consultado en noviembre de 2023. https://es.statista.com/estadisticas/1269928/concentracion-atmosferica-global-de-dioxido-de-carbono/
Las aplicaciones biomédicas de las microondas en la NASA para la exploración espacial
Escrito por:
UTEC
A medida de que la exploración espacial ha ido captando la atención tanto de agencias gubernamentales así como también de startups y empresas privadas alrededor del mundo, se ha intensificado la investigación de tecnologías que permitan que los astronautas puedan estudiar espacios más lejanos, sin descuidar su salud y bienestar. Siendo uno de los mayores retos actuales enviar astronautas a Marte, se debe considerar que estos estarían más alejados que nunca de atención médica en la Tierra, además ya que la tasa de incidentes estimada para una emergencia médica es de aproximadamente una persona por misión espacial y de que los miembros de una tripulación tendrían el mínimo o nulo apoyo en tiempo real del control de la misión, es necesario desarrollar equipo médicos que puedan ser utilizados inclusive por médicos no especializados.
De esta manera, para asegurar el cuidado y bienestar de los astronautas, la División de Investigación Biomédica y Ciencias Ambientales (BR&ES) de la NASA en colaboración con su Dirección de Ingeniería, División de Sistemas de Aviónica crearon el Laboratorio de Ingeniería Biomédica para Tecnología de Exploración Espacial (BEEST), el cual ha logrado avances significativos en el campo de la salud y que han sido patentados en base al uso de las microondas [1], como las descritos a continuación.
Uno de ellos, es un dispositivo para tratar las caries usando energía de microondas aplicada directamente a los dientes a frecuencias letales para las bacterias que causan la caries, pero no para los tejidos dentales, logrando alterar el pH local de la lesión para promover favorablemente la remineralización espontánea del diente. La creación de este dispositivo, se basó en datos demostrados de que el Streptococcus mutans absorbe selectivamente microondas en la región de la banda Ka, por lo que se planteó el uso de microondas generadas en frecuencias de 26.5 GHz a 40 GHz [2].
Figura 1. Energía de microondas enfocada en un molar humano. Fuente: NASA.
Otra de sus patentes es un aparato para la soldadura de tejido biológico por microondas, el cual se puede usar para conectar dos o más piezas de tejido biológico de una herida o incisión pudiendo llegar a reducir la probabilidad de que se produzca una infección en o alrededor de una herida y permitiendo que se pueda restaurar el tejido biológico soldado a su resistencia a la tracción original. Para esto, se hace una mezcla de unas microesferas, que pueden controlar la profundidad y ubicación de la penetración del calor en la herida, con la soldadura biológica compuesta por agua estéril y albúmina sérica bovina (BSA) u otra albúmina sérica, incluida la derivada de humanos. Esta mezcla se dispone dentro, sobre o alrededor de la herida y posteriormente se calienta con las microondas que son transmitidas por la antena de este aparato, logrando así unir el tejido biológico. Este aparato y su método de soldadura se puede aplicar sobre heridas superficiales, heridas de corte profundo, desgarros de piel y órganos internos como el hígado, el bazo y los riñones. De esta manera, se evita el uso de técnicas convencionales de sutura y grapado para la reparación biológica de tejido, que aumentan el riesgo de infección o reacción inmunológica adversa. Además, ha demostrado ser más eficaz que la reparación de tejido con láser, ya que estas son muy propensas a errores, requieren de un sistema de refrigeración complejo y voluminoso, etc [3].
Figura 2. Vista esquemática del sistema de soldadura por microondas uniendo dos piezas de tejido biológico. Fuente: Patente US8388613B1
Por otro lado, también se ha desarrollado un sistema para la descontaminación de agua, que logra eliminar uno o más contaminantes dentro de un medio, incluyendo bacterias, hongos, parásitos, virus y combinaciones de los mismos mediante una señal de microondas que tenga una frecuencia entre 10 GHz y 100 GHz, mientras que se aumenta la temperatura del medio en menos de 10 °C aproximadamente. De esta manera, el fluido no es calentado significativamente para eliminar los contaminantes vivos y se evita el uso de aditivos químicos con este fin [4].
Figura 3. Eliminación de contaminantes de agua con un sistema basado en microondas. Fuente: NASA Technology Transfer Program
Para finalizar, es notable cómo los conocimientos en ingeniería biomédica aplicados sobre la tecnología de las microondas se pueden emplear para diversos propósitos que pueden ser de beneficio global, sin embargo, en un ambiente tan hostil como el espacio exterior, marcan una diferencia remarcable ya que estos aparatos brindan más autonomía, seguridad y apoyo a los astronautas ante situaciones muy complejas.
Referencias:
- [1] Lewis, R. E. Biomedical engineering for exploration space technology. NASA. [en línea]. 16 de marzo de 2023 [consultado el 13 de febrero de 2024]. Disponible en: https://www.nasa.gov/directorates/esdmd/hhp/biomedical-engineering-for-exploration-space-technology-2/
- [2] Justia. Method and device for treating caries using locally delivered microwave energy. Justia [en línea]. [sin fecha] [consultado el 13 de febrero de 2024]. Disponible en: https://patents.justia.com/patent/10966809
- [3] Justia. Methods and apparatus microwave tissue welding for wound closure. Justia [en línea]. [sin fecha] [consultado el 13 de febrero de 2024]. Disponible en: https://patents.justia.com/patent/10966809
- [4] Justia. Microwave-based water decontamination system. Justia [en línea]. [sin fecha] [consultado el 13 de febrero de 2024]. Disponible en: https://patents.justia.com/patent/10966809
- [5] Dickey Arndt, G., Ngo, P. H., Phan, C. T., Byerly, D. L., Dusl, J. R., Sognier, M. A., & Carl, J. R. (2013). Methods and apparatus for microwave tissue welding for wound closure (Patent Núm. 8388613). En US Patent (Núm. 8388613).
- [6] NASA Technology Transfer Program. NASA’s microwave-based water decontamination system. (2020, febrero 25). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=57MVPuBcvTg
Optimización de Materiales para la levitación Magnética
Escrito por:
UTEC
La levitación magnética es un fenómeno físico en el cual un objeto es suspendido en el aire por la acción de fuerzas magnéticas que contrarrestan la fuerza de la gravedad. Esto se logra utilizando imanes para generar un campo magnético que interacciona con el campo magnético del objeto, creando una fuerza de repulsión que mantiene al objeto en una posición estable, sin contacto físico con ninguna superficie.
En el contexto de la levitación magnética, la ingeniería química se enfoca en el diseño y la optimización de materiales utilizados en los sistemas de levitación para mejorar su eficiencia, estabilidad y durabilidad. Esto incluye el desarrollo de materiales superconductores y magnéticos con propiedades específicas que sean compatibles con los requisitos de los sistemas de levitación magnética. La ingeniería química también se encarga de la síntesis, procesamiento y fabricación de estos materiales a escala comercial, así como de la aplicación de recubrimientos y revestimientos para proteger los materiales contra la corrosión y el desgaste. En resumen, la ingeniería química desempeña un papel crucial en la investigación y el desarrollo de materiales avanzados para la levitación magnética, contribuyendo así a su aplicación en una variedad de campos, como el transporte, la medicina y la investigación científica.
Históricamente, la levitación magnética ha sido impulsada por avances en diversos campos, incluida la ingeniería química en la síntesis y optimización de materiales clave. A continuación, se presentan algunos hitos históricos relevantes desde el punto de vista de la ingeniería química en relación con los materiales utilizados en la levitación magnética:
1933 - Descubrimiento del Efecto Meissner-Ochsenfeld: Walther Meissner y Robert Ochsenfeld descubrieron el efecto Meissner-Ochsenfeld, que describe la expulsión del campo magnético de un superconductor en un estado superconductor. Este fenómeno es fundamental para la levitación magnética y ha sido objeto de investigación en la ingeniería química para comprender mejor los superconductores y sus propiedades [1].
1986 - Descubrimiento de los Superconductores de Alta Temperatura: Los investigadores Johannes Georg Bednorz y Karl Alexander Müller descubrieron los superconductores de alta temperatura (HTS), materiales cerámicos que exhiben superconductividad a temperaturas relativamente altas. Este descubrimiento abrió nuevas posibilidades para la levitación magnética y estimuló la investigación en la ingeniería química para sintetizar y optimizar estos materiales [2].
1984 - Desarrollo de los Primeros Trenes Maglev: En Japón, se introdujeron los primeros trenes de levitación magnética (Maglev) utilizando superconductores enfriados con nitrógeno líquido para lograr la levitación. Este hito llevó a una mayor atención en la ingeniería química hacia la producción y optimización de superconductores de alta temperatura para aplicaciones prácticas [3].
En el proceso del avance sobre los materiales se establecieron varios fabricantes y empresas de materiales superconductores para producir y desarrollar tecnologías relacionadas, lo que impulsó la investigación en la ingeniería química para mejorar la fabricación y las propiedades de los materiales superconductores. Algunas empresas y organizaciones notables que han estado involucradas en la fabricación y desarrollo de superconductores (IBM, General Electric, SIEMENS, SuperPower Inc, American Superconductor Corporation AMSC).
Durante esta década, hubo avances significativos en la síntesis y caracterización de nanomateriales magnéticos para aplicaciones de levitación magnética. Un equipo de científicos pertenecientes a la Universidad de Waterloo (Ontario) y liderados por el profesor Mir Behrad Khamesee, ha puesto a punto un pequeño robot que puede volar gracias a un inteligente uso del magnetismo [4]. La ingeniería química desempeñó un papel importante en el diseño y la optimización de estos materiales para mejorar su estabilidad y rendimiento en sistemas de levitación.
Actualmente, la investigación en la ingeniería química sigue centrada en el desarrollo de nuevos materiales superconductores y magnéticos, así como en la mejora de los procesos de fabricación y la comprensión de los mecanismos subyacentes para avanzar en la levitación magnética y sus aplicaciones.
Referencias bibliográficas
Sánchez Cornejo, H. E. “Fabricación y caracterización de películas Superconductoras de YBa2Cu3O7 depositadas sobre el sustrato YSZ, mediante la técnica de Deposición Química" pp. 9 2015. [Online].https://cybertesis.unmsm.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12672/4495/S%C3%A1nchez_ch.pdf[Accessed: 27 -feb-2024]
Pérez, F. E. S. L. “Los superconductores. Antena de telecomunicación”, 185, 18-26 2012. [Online]. https://www.academia.edu/download/40552764/04c_Superconductores.pdf[Accedido: 27 -feb-2024]
Burgos, G. P., Lema, K. L., Macías, M. P. M., Vera, A. M., & Rezabala, D. Z. “Análisis Del Desarrollo Tecnológico De Japón En El Ecuador. Observatorio Iberoamericano de la Economía y la Sociedad del Japón”, (31) 2017 [Online].https://www.eumed.net/rev/japon/31/japon-ecuador-tecnologia.zip[Accedido: 27 -feb-2024]
“Nano Robot por Levitación Magnética”, 2009. https://www.tecnologianano.com/nanorobot-por-levitacion-magnetica/ [Accessed: 27 -feb-2024]
Car T cells therapy for autoimmune diseases
Escrito por:
UTEC
Chimeric Antigen Receptors (CAR) are receptors designed through genetic engineering techniques, with the aim of directing mainly T lymphocytes and NK cells to recognize and eliminate cells that express a specific antigen. CAR binding to target antigens present on the cell surface occurs independently of the major histocompatibility complex (MHC), resulting in robust T cell activation and powerful immune responses.
The four main components of CAR receptors are:
- Extracellular target antigen binding domain: Confers the specificity to bind to a specific antigen. To recognize a given antigen and induce T cell activation, the antigen-binding affinity of CARs must be high enough, but not high enough to cause activation-induced death of CAR-expressing T cells. and trigger toxicities.
- Hinge region: Provides flexibility and contributes length to allow the antigen-binding domain to access the target epitope.
- Transmembrane domain: Its most studied function is to anchor the CAR receptor to the T lymphocyte membrane. One or more intracellular signaling domains: The most common costimulatory domains are CD28 and 4-1BB (CD137); which are associated with high patient response rates.
The manufacturing process of CAR-T cells begins with the isolation of peripheral mononuclear cells (PBMCs), using the Ficoll-Paque density gradient technique or by leukapheresis, then CD4+ and/or CD8+ T lymphocytes depending on the product. desired, enrichment and activation is performed, for which the cells are exposed to activating anti-CD3 and anti-CD28 antibodies attached to beads. To then carry out genetic modifications of the isolated T cells, using viral or non-viral approaches.
CAR-T cell manufacturing process, image extracted from Biorender.
Autoimmune disorders are a broad category of diseases with complex pathology. These disorders develop when the body's own immune cells (particularly autoreactive B and T cells) initiate abnormal attacks on their own tissues through a variety of effector pathways. These diseases arise from a combination of genetic predisposition and environmental factors.
To prevent autoreactive immune cells from attacking host organs, the treatment of autoimmune diseases remains to use broad, generally non-targeted immunosuppressive drugs, such as glucocorticoids and non-steroidal anti-inflammatory drugs, or their blockade with specific antibodies, such as antibodies against CD20 (Rituximab) or BAFF (Belimumab), antibodies against T cells, such as anti-CD52 (alemtuzumab), or against pro-inflammatory cytokines such as antibodies against TNF-α (infliximab). Autoimmune diseases can also be treated through hematopoietic cell transplantation, which can be autologous or allogeneic.
Cell therapy for autoimmune diseases has two approaches; eliminate and dampen self-reactive immune cells.
In a recent article published in The New England Journal of Medicine, researchers treated 8 patients with systemic lupus erythematosus, 3 patients with idiopathic inflammatory myositis, and 4 patients with systemic sclerosis; with a single dose of CD19 chimeric receptor (CAR) T cell infusion. All patients in the study had had a negative response to at least two previous immunosuppressive treatments.
Nine days after infusion, CAR T cells reached peak concentrations (146 per microliter), with CD19+ B cells being eliminated from the peripheral blood after 7 days.
After six months, patients with systemic lupus erythematosus presented remission, with the disease being absent for 29 months. In the three patients with idiopathic inflammatory myositis, after three months, creatine kinase levels and muscle function normalized; all patients discontinued corticosteroids and other immunosuppressive medications.
The data shown in this study provide new evidence of the short-term safety and efficacy of CD19 CAR-T cell therapy for autoimmune diseases, but clinical studies are necessary.
References
- Blache, U. et al. (2023) ‘CAR T cells for treating autoimmune diseases’, RMD Open, 9(4), pp. 1–9. Available at: https://doi.org/10.1136/rmdopen-2022-002907.
- De Marco, R.C., Monzo, H.J. and Ojala, P.M. (2023) ‘CAR T Cell Therapy: A Versatile Living Drug’, International Journal of Molecular Sciences, 24(7), pp. 1–22. Available at: https://doi.org/10.3390/ijms24076300.
- Müller, F. et al. (2024) ‘CD19 CAR T-Cell Therapy in Autoimmune Disease — A Case Series with Follow-up’, The New England Journal of Medicine, 390(8), pp. 687–700. Available at: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2308917.
Biocombustible económico obtenido mediante tecnología CELF
Escrito por:
UTEC
Debido al incremento del consumo mundial de energía, los investigadores siguen realizando estudios con la finalidad de encontrar fuentes que sean sostenibles y que permitan tener energía neutra en carbono. Los biocombustibles pueden ser una alternativa atractiva para reemplazar a los combustibles derivados del petróleo ayudando a disminuir las emisiones de gases por el efecto invernadero.
El uso de plantas es una opción, pero la dificultad radica en lograr descomponer eficientemente la materia vegetal mediante un pretratamiento utilizando sustancias que permitan la producción de un biocombustible de manera rentable y con neutralidad carbónica.
La lignina es uno de los componentes que forman parte de la estructura celular de las plantas, mantiene unida a la celulosa y hemicelulosa confiriéndole una estructura rígida, es altamente hidrofóbica y resistente a la degradación química y a los ataques microbianos, por lo que es importante realizar un pretratamiento efectivo con la finalidad de romper su estructura y acceder a la celulosa y hemicelulosa para lograr una conversión adecuada de los azúcares que permitan la producción del biocombustible.
Charles Cai, profesor investigador asociado de la Universidad de California Riverside ha desarrollado CELF, (co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation), tecnología para el pretratamiento de biomasa mediante el fraccionamiento lignocelulósico con cosolventes como el tetrahidrofurano (THF). De acuerdo a Cai, este compuesto mejora la eficiencia de extracción de la lignina, ayudando también a reducir el costo del pretratamiento ya que permite que en una sola etapa se lleve a cabo no solo la deslignificación sino también la hidrólisis de la hemicelulosa en medio ácido utilizando H2SO4 diluido, y a temperaturas moderadas y cortos periodos de tiempo.
A través de esta tecnología, los investigadores encontraron que para lograr mayores beneficios económicos y ambientales es preferible utilizar una materia prima pesada y densa como por ejemplo la madera del álamo, comparada con los rastrojos de maíz que son menos densos.
En el artículo publicado en la revista Energy and Enviromental Science titulado “Economics and global warming potential of a commercial-scale delignifying biorefinery based on co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation to produce alcohols, sustainable aviation fuels, and co-products from biomass”, el equipo de investigación liderado por Cai menciona las ventajas de utilizar biorefineria CELF en cuanto a temas económicos y ambientales del combustible obtenido, comparado con los anteriores métodos de producción de biocombustibles. Asi por ejemplo utilizando el álamo como materia prima, los investigadores demostraron que se podría obtener mediante esta tecnología un combustible de aviación a un precio de equilibrio tan bajo como $3.15 por galón equivalente de gasolina, considerando que el costo promedio actual de un galón de combustible de avión en los Estados Unidos es de $5.96. Mas detalles acerca de esta investigación la pueden encontrar en el siguiente link: https://doi.org/10.1039/d3ee02532b
Referencias:
- https://news.ucr.edu/articles/2024/02/07/inexpensive-carbon-neutral-biofuels-are-finally-possible
- Biomass, Biopolymer-Based Materials, and Bioenergy, DOI: 10.1016/B978-0-08-102426-3.00013-8
La leche es rica en proteínas , minerales e INSULINA
Escrito por:
UTEC
La diabetes 1 es una enfermedad que afecta a 422 millones de personas en el mundo , en su mayoría provenientes de países desarrollados . En el Perú en el año 2022 se registraron 19 842 casos de diabetes de los cuales el 96.5% con diabetes tipo 2 y el 1.4% de tipo 1 . La diabetes tipo 1 el páncreas ya no es capaz de producir insulina , la hormona que regula los niveles de azúcar en sangre , por lo tanto es necesario que el paciente se administre inyecciones diarias de insulina. Mientras que las personas con diabetes tipo 2 sufren de resistencia a la insulina, su páncreas si la produce , pero no lo suficiente , en caso de no cambiar su dieta y estilo de vida puede que sea necesario el uso de insulina .
El precio de las inyecciones de insulina en el mercado oscilan entre 70 soles a 132 soles. Algunos pacientes necesitan hasta 4 inyecciones al día .Esta insulina proviene de bacterias Escherichia coli y levaduras recombinantes, las cuales producen entre 1, 085 mg /lh y 1,04 mg/lh. Es por esto que existen grupos de investigación centrados en mejorar la eficiencia en la producción de insulina en diversos microorganismos .
El grupo de investigación de Dr Matt Wheeler del departamento de Animal science de la universidad de Illinois y colaboradores de la Universidad de São Paulo, son los primeros en modificar genéticamente embriones de vaca para obtener vacas que puedan producir insulina y proinsulina en la leche insertando un segmento de ADN humano que codifica para proinsulina.
Imagen 1:
Esquema del vector lentiviral construido para la expresión específica de insulina humana en la glándula mamaria y análisis del mapa de restricción. (A) Esquema del vector lentiviral construido. (B) El mapa de restricción para el vector, L- ladder 1 kb plus (Life Technologies < Waltham, MA); V- vector construido digerido con las enzimas de restricción BamHI, ClaI y XhoI. El fragmento del gen hINS fue generado por la acción de las enzimas de restricción BamHI y XhoI, mientras que BamHI y ClaI generaron el fragmento del promotor de β-caseína, y las enzimas ClaI y XhoI generaron el fragmento del vector original pLenti6.2-GW/EmGFP (7,833 kb). El tamaño del promotor de β-caseína utilizado fue de 5,335 kb y el fragmento del gen de proinsulina humana fue de 1,193 kb. Crédito: Biotechnology Journal (2024).
De los 10 embriones implantados solo 1 de ellos generó una ternera color marrón .Cuando esta llegó a la madurez sexual se hicieron intentos por preñarla a través de la inseminación artificial y monta natural sin resultado alguno.El equipo de investigadores optó por simular la lactación usando hormonas. La producción de leche fue menor que en el caso de un periodo de lactancia normal.
La insulina y la proinsulina se expresaron en algunos gramos por litro. Si bien no se puede determinar a la fecha cuánta insulina se puede producir durante una lactación normal los investigadores estiman que se producirá 1g de insulina por litro de leche . Esta cantidad aproximada da esperanzas a los investigadores dado que una vaca holstein produce en promedio 40 litros de leche por día.
Aunque la implementación de la infraestructura para el desarrollo óptimo y la crianza de vacas transgénicas, así como la creación de un sistema para recolectar y purificar la insulina en la leche, es necesaria, el futuro de esta investigación se vislumbra prometedor. Su éxito podría significar una mejora significativa en la producción de insulina, lo que eventualmente podría traducirse en un precio más accesible para el consumidor final.
Imágen 2: Ternera transgénica
Referencias :
¿Cuál es la diferencia entre la diabetes 1 y 2? | Inicio. (s. f.). Access Community Health Network (ACCESS) https://www.achn.net/es/acerca-de-access/que-hay-de-nuevo/recursos-para-salud/cual-es-la-diferencia-entre-la-diabetes-1-y-2/#:~:text=Las%20personas%20con%20diabetes%20tipo,alimentaci%C3%B3n%20saludable%20y%20siendo%20activas.
CDC Perú: El 96,5% de la población diagnosticada con diabetes tiene diabetes tipo 2. CDC MINSA. https://www.dge.gob.pe/portalnuevo/informativo/prensa/cdc-peru-el-965-de-la-poblacion-diagnosticada-con-diabetes-tiene-diabetes-tipo-2/#:~:text=El%20Centro%20Nacional%20de%20Epidemiolog%C3%ADa,seg%C3%BAn%20el%20sistema%20de%20vigilancia
Baeshen, N. A., Baeshen, M. N., Sheikh, A., Bora, R. S., Ahmed, M. A., Ramadan, H. A. I., Saini, K. S., & Redwan, E. M. (2014). Cell factories for insulin production. Microbial Cell Factories, 13(1). https://doi.org/10.1186/s12934-014-0141-0.
X, S. (2024, 13 marzo). Proof-of-concept study shows how human insulin can be produced in cow’s milk. https://phys.org/. https://phys.org/news/2024-03-proof-concept-human-insulin-cow.html