Nueva inmunoterapia para la regresión de cáncer de mama metastásico
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UTEC
Por: Luz Perez Tulich, Técnica del Laboratorio de Ingeniería de Tejidos y Biología Sintética, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química
La inmunoterapia usando el bloqueo de cualquiera de los puntos de control o la transferencia adoptiva de linfocitos antitumorales ha demostrado efectividad en el tratamiento de cánceres con altos niveles de mutaciones somáticas tales como el melanoma, el cáncer de pulmón inducido por el tabaquismo y cáncer de vejiga y con poco efecto en otros cánceres epiteliales comunes que tienen tasas de mutación más bajas, como las que surgen en el tracto gastrointestinal, mama y ovario.
Una mujer de 49 años con cáncer metástasico de mama con receptor de estrógeno (ER) positivo y receptor tirosina quinasa 2 ERB-B2 negativo (HER2-) que fue refractario a múltiples líneas de quimioterapia fue inscrita en el ensayo clínico, NCT01174121, el cual fue diseñado para determinar la capacidad de los linfocitos infiltrados de tumor autólogos (TIL) de mediar la regresión del tumor en pacientes con cánceres epiteliales metastásicos.
Un secuenciamiento de lesiones subcutáneas de mama, reveló la presencia de 62 mutaciones somáticas no sinónimas (mutación de un nucleótido que altera la secuencia de aminoácidos en una proteína), la cual está presente en mayor medida en pacientes con cáncer de mama metastásico HR+HER2– y en menor medida en cánceres de mama ER+HER2–, los TIL, son una población de linfocitos (llamados fragmentos de linfocitos) derivada de aquellos que fueron cultivados con pequeñas piezas del tumor con una alta dosis de IL-2 y a los cuales se les realizó un screening para todas las mutaciones usando herramientas moleculares como grupos de péptidos pulsados (PPs 1–6), mRNAs transfectados (minigenes en tandem (TMGs) 1–6), expresados en células presentadoras de antígenos (APC) autólogas.
Los fragmentos de TIL F8 y F12 mostraron reactividad contra PP1 pero no fue correspondiente con TMG1,TIL F13 mostró reactividad contra PP6 and TMG6, Un screening de los péptidos individuales mostró que los fragmentos de TIL F8 y F12 reconocieron a la proteína SLC3A2, debido a un splicing alternativo una variante del gen SLC3A2 produce 3 péptidos en la cuales cada una tiene la misma mutación (lisina por treonina), pero diferente región C terminal. Estas tres variantes en la proteína SCL3A2 fueron reconocidos por las subpoblaciones F8 y F12 de los TILs, los TILs F13 reconocieron la proteína KIAA0368, la reactividad contra ésta proteína y SLC3A2 fue mediada por linfocitos T CD8 y CD4 respectivamente.
Para identificar los clones de linfocitos T reactivos, fueron clasificados de acuerdo a la región variable del receptor de Linfocito T (TRBV) o a altos niveles de expresión de 4-1BB
(CD137, un marcador de activación de células T), y se les realizó FACS con un anticuerpo específico para la familia de TRBV y fueron estimulados con APC cargadas con las proteínas mutantes (mut)-SLC3A2 o mut KIAA0368, Se identificaron siete diferentes poblaciones de linfocitos que reconocen la proteína (mut)-SLC3A2 a una concentración más baja que 10 ng/m y una población de LIT que reconoció a la proteína mut KIAA0368 a una concentración menor que 100 ng/ml.
La paciente fue tratada con 8.2 × 1010 linfocitos, los cuales fueron predominantemente CD4 (62,5%) con fenotipo efector de memoria los cuales son reactivos para mutSLC3A2 y mutKIAA0368, 21% de los linfocitos expresaban la proteína de muerte celular programada (PD-1) y se evaluó que el tumor se redujo en 51% , 22 meses después de realizada la transferencia de linfocitos.
Imagenología del tumor de la paciente antes y después de la infusión de los linfocitos
autologos; en donde se observa la disminución de los tumores presentados
El cáncer metastásico de mama puede ser una enfermedad heterogénea y con esta paciente se demuestra que una terapia personalizada adaptada para identificar mutaciones somáticas únicas presentadas por el tumor autólogo de la paciente afectada puede mediar una regresión duradera completa del cáncer.
Bibliografía:
Nikolaos Zacharakis, et al. , Immune recognition of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer Nature Medicine, June 2018
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Ingeniería Industrial trae desde Alemania al Dr. Klaus North
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UTEC
Dr. Klaus North, actualmente es catedrático de Administración Internacional de Empresas en la Wiesbaden Business School de Alemania, así como consultor de organismos internacionales, y de empresas, en los temas de gestión del conocimiento, calidad e innovación. Es también Director Científico del Premio Alemán de Gestión del Conocimiento y Presidente fundador de la Sociedad Alemana para la Gestión del Conocimiento.
Dirigido a:
- Empresas Pequeñas y Medianas en proceso de desarrollo y consolidación, que pretenden fortalecerse con una metodología que refuerce su crecimiento interno de manera orgánica.
- Consultores de Empresa interesados en apoyar el desarrollo de PyMES
Horario: De 9:00 a. m. a 1:00 p .m. y de 2:00 p. m. a 5:00 p. m.
*Martes 25 y Jueves 27 de Set. *Miércoles 26 y Viernes 28 de Set.
Día 1: Planteamiento del método aprendizaje-acción. Autoevaluación de las capacidades internas de la empresa para la adaptación y el crecimiento. Formación de sus facilitadores
Día 2: Auto-diagnostico con el empresario o directivos de cada empresa para definir objetivos estratégicos de crecimiento, definir un proyecto concreto de mejora, y estimar las necesidades de aprendizaje y desarrollo.
Lab On a Chip: Laboratorios que quepan en la palma de tu mano
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UTEC
La tecnología “Lab On a Chip” (LOC) , en español, “laboratorio en un chip”, como su nombre lo sugiere, se refiere a miniaturizar un laboratorio, o varias de las funciones que se hacen en uno, a un único circuito integrado (Chip) con dimensiones de milímetros o pocos centímetros cuadrados que pueden caber en la palma de tu mano.
Lab on a Chip: Miniaturización de un laboratorio
Estos dispositivos LOC usan microfluídica, que es el estudio y manipulación de pequeños volúmenes de fluidos usualmente del orden de los microlitros o menos, por lo que también a los LOC se les denomina dispositivos microfluídicos.
Para fabricar estos dispositivos se emplean diferentes técnicas de microfabricación: Estereolitografía, rasterizado láser, impresión 3D. Estas técnicas, muchas veces, son las misas que se usan para fabricar chips y circuitos integrados electrónicos. A los dispositivos y sistemas desarrollados con éstas técnicas se les conoce como MEMS “Sistemas MicroElectroMecánicos” (Micro-Electro-Mechanical- Systems).
Cuando se fabrican “Labs on a Chip” para alguna aplicación específica dentro del campo de la bioingeniería se les llama BIO-MEMS, Sistemas Bio-Microelectromecánicos (Biological MicroElectroMechanical Systems).
BIOMEM para la detección de enfermedades cardiovasculares
Fuente: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5751502/
El desarrollo de estos dispositivos es una de las actividades principales en el laboratorio de BIOMEMS dentro del departamento de Bioingeniería en UTEC. Uno de los proyectos de investigación se está llevando a cabo en colaboración con el “Lerner Research Institute” de “Cleveland Clinic”, institución muy prestigiosa considerada como una de las mejores clínicas del mundo, y consiste en el desarrollo de un dispositivo “Lab on a chip” de bajo costo para la detección de Células Tumorales Circulantes (CTC) que pueda utilizarse en zonas de bajos recursos en Perú.
Las CTCs aparecen mucho antes de la metástasis (expansión del cáncer inicial a otros tejidos y órganos del cuerpo). Detectando estas células se puede evaluar la progresión del cáncer en los pacientes lo que permite a los médicos tomar mejores decisiones en cuanto a la estrategia del tratamiento.
Primera versión de dispositivo en BIOMEMS LAB - UTEC
El dispositivo emplea un canal de altura micrométrica y un arreglo magnético interpolar especial para atrapar las CTCs en flujo laminar. Las primeras pruebas con el dispositivo han funcionado muy bien, incluso se logró atrapar nanopartículas de hierro en flujo laminar.
Primeras pruebas con el dispositivo en BIOMEMS LAB - UTEC
En un futuro cercano este dispositivo podría ayudar a muchas personas en zonas de bajos recursos en Perú, por ello, es una línea de constante investigación en UTEC. Así mismo se tiene un proyecto de “lab on a chip” en colaboración con Harvard para la detección de malaria, pero de esto hablaremos en un siguiente artículo.
Anímate a entrar al fascinante mundo de los “Lab on a chip” aplicados a bioingeniería en el laboratorio de BIOMEMS en UTEC.
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Adaptación y la conservación del genoma del koala
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UTEC
El koala es un marsupial emblemático de Australia, instantáneamente reconocible por su cara redonda, humanoide y forma corporal distintiva.
El koala moderno, Phascolarctos cinereus, apareció por primera vez en el registro fósil hace unos 350,000 años; al igual que otros marsupiales, los koalas dan a luz a jóvenes subdesarrollados. El nacimiento ocurre después de sólo 35 días de gestación, y los jóvenes carecen de tejidos u órganos inmunes. Su sistema inmune se desarrolla mientras están en la bolsa, lo que significa que la supervivencia durante los primeros años de vida depende de la protección inmunológica proporcionada por la leche materna.
Los koalas se alimentan casi exclusivamente de Eucalyptus spp.. La dieta del koala de hojas de eucalipto contiene altos niveles de metabolitos secundarios del Eucalipto como compuestos fenólicos y terpenos que serían letales para la mayoría de los otros mamíferos, por lo que los koalas experimentan poca competencia por los recursos alimenticios; debido al bajo contenido calórico de esta dieta, el koala descansa y duerme hasta 22 h por día. La toxicidad del eucalipto es probable que haya ejercido una presión de selección sobre la capacidad del koala para metabolizar tales xenobióticos.
Los genes de la citocromo P450 monooxigenasa (CYP) representan una superfamilia multigénica de enzimas hemotiolato que desempeñan un papel en la desintoxicación a través del metabolismo oxidativo de fase 1 de una gama de compuestos, incluidos los xenobióticos. Estos genes han sido identificados en todo el árbol de la vida, incluso en plantas, animales, hongos, bacterias y virus. En el genoma del koala se encontraron dos expansiones monofiléticas específicas de linaje de la subfamilia C de la familia 2 del citocromo P450 (CYP2Cs, 31 miembros en koala). La importancia funcional de estos genes CYP2C se demostró a través del análisis de la expresión en 15 transcriptomas de dos koalas, que muestra una expresión particularmente alta en el hígado, en consonancia con un papel en la desintoxicación.
La expansión adaptativa de CYP2C y el mantenimiento de duplicados parecen haber funcionado en conjunto, dando como resultado niveles de enzimas más altos para la desintoxicación. Tales adaptaciones permiten a los koalas desintoxicar su dieta altamente especializada rica en metabolitos secundarios de plantas.
La caracterización de de la CYP2C del koala tiene un potencial terapéutico significativo. Los altos niveles de expresión de los genes CYP2C en el hígado ayudan a explicar por qué el meloxicam, un fármaco antiinflamatorio no esteroideo (AINE) metabolizado por el producto proteico del CYP2C en humanos y utilizado con frecuencia para aliviar el dolor en la atención veterinaria, se metaboliza tan rápidamente en el koala y en un puñado de otros marsupiales que se alimentan de eucaliptos (zarigüeyas comunes y zarigüeyas occidentales) en comparación con otras especies Los antibióticos anti-Chlamydia como el cloranfenicol se degradan rápidamente por los koalas; el tratamiento con una sola dosis aplicable a humanos es insuficiente en koalas, que requieren una dosis diaria de hasta 30 a 45 días.
Los koalas son notoriamente selectivos, por lo que seleccionan los alimentos tanto para concentrarse en los nutrientes como para evitar los metabolitos secundarios de las plantas. Se ha observado que los koalas huelen las hojas antes de probarlas, y su discriminación aguda se ha correlacionado con la complejidad y concentración de los metabolitos secundarios de la planta. Esto sugiere un papel importante para el olfato, así como para el sabor. Mientras que la mayoría de los herbívoros eluden las defensas químicas de las plantas desintoxicando uno o algunos compuestos, la complejidad de los metabolitos secundarios de la planta de eucalipto, en combinación con la expansión de terpenos en eucaliptos, llevó a los investigadores a estudiar si el koala requiere capacidades mejoradas tanto en detección especializada y desintoxicación de metabolitos. Por lo que, investigaron la base genómica de los sentidos del gusto y el olfato del koala, encontrando múltiples expansiones de la familia de genes que podrían mejorar su capacidad para elegir alimentos; encontrando una extensión de un linaje del receptor vomeronasal tipo 1 (V1R) que son genes asociados con la detección de odorantes no volátiles. Hay seis genes en koala, en comparación con sólo uno en el demonio de Tasmania y el zorro gris de cola corta, y ninguno en él, el humano, el ratón, el perro, el ornitorrinco o el pollo. La expansión de un linaje de genes V1R es consistente con la capacidad del koala para discriminar entre diversos metabolitos secundarios de plantas. También reportaron la evidencia genómica de expansiones dentro de las familias de receptores del gusto que permitirían al koala optimizar la ingestión de hojas con un mayor contenido de humedad y nutrientes junto con la concentración de metabolitos secundarios de plantas tóxicas en sus plantas alimenticias. La capacidad del koala para "saborear el agua" se ve potenciada por una aparente duplicación funcional del gen de la aquaporina 5.
Bibliografía
Rebecca N. Johnson, Denis O’Meally, Katherine Belov: Adaptation and conservation insights from the koala genome. Nature Genetics (2018)
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Rayos-x a colores en 3D
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UTEC
El 10 de Julio de este año se dio a conocer una nueva técnica para la obtención de imágenes médicas que cambia la tecnología usada hasta el momento: Mars, tomografía computacional espectral basada en rayos -x a color y que brinda imágenes más claras y precisas, lo que ayudaría a los médicos a dar diagnósticos más precisos. Esta técnica de imagen por rayos -x producida por la compañia MARS Bioimaging en Nueva Zelanda, Mars Spectral CT, se basa en la tecnología Medipix3 y algoritmos matemáticos para el procesamiento de imágenes desarrollados en la Organización Europea de Energía Nuclear (CERN), quienes otorgaron una licencia a MARS para la comercialización del escáner 3D.
Medipix es una familia de chips de lectura de imágenes y detección de particulas que funciona como una cámara detectando y contando cada partícula individual que golpea los píxeles cuando su obturador electrónico esta abierto; lo cual permite obtener imágenes de alta resolución y alto contraste. Esta tecnología de detección de píxeles se desarrolló inicialmente para abordar las necesidades del seguimiento de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) pero cuya tecnología en innovación colaborativa por más de 10 años permitieron su adaptación al área Biomédica. El chip Medipix3 es el chip más avanzado disponible en la actualidad.
Fig 1. Timepix3, uno de los chips de lectura de Medipix.
La solución de MARS combina la información espectroscópica generada
por el detector Medipix3 con potentes algoritmos para generar imágenes en 3D.
(Fuente: Web CERN)
MARS escaneo por primera vez un cuerpo humano utilizando un escáner médico a color avanzado basado en la tecnología Medipix3. Los colores representan diferentes niveles de energía de los fotones de rayos X registrados por el detector y, por lo tanto, identifican diferentes componentes de partes del cuerpo como grasa, agua, calcio y marcadores de enfermedades.
Fig 2. Imagen en 3D de la muñeca con un reloj del Dr. Phil Butler con
el escáner desarrollado con su hijo, el Dr. Anthony Butler y que muestra
parte de los huesos del dedo en blanco y tejido blando en rojo.
(Fuente: Web MARS Bioimaging Ltd)
Cortes de la imagen de un tobillo realizadas con el nuevo escáner, que muestra la piel, el cartílago, los tejidos blandos, los músculos y los huesos.
(Fuente: New Yotk Times)
MARS Bioimaging Ltd, que comercializa el escáner 3D, está vinculado a las Universidades de Otago y Canterbury. Este último, junto con más de 20 institutos de investigación, forma la tercera generación de la colaboración Medipix.
Fig 3.Escaner 3D comercializado por MARS Bioimaging.
(Fuente: Web MARS bioimaging ltd.)
La tecnología desarrollada en CERN tienen aplicaciones en diversos campos, principalmente en Tecnología médica y Biomédica, Ingeniería Aeroespacial, Seguridad, ambiente e Industria 4.0 y tecnologías emergentes. El escáner 3D Mars aún necesita algunos años más de refinamiento y pruebas antes de que llegue a aplicarse en medicina clínica pero esta tecnología podría contribuir en impulsar el desarrollo de nuevos tratamientos y medicamentos en cáncer, entender mejor las enfermedades cardiacas y en la salud de los huesos. Se espera además que pueda ayudar a los médicos a diseñar tratamientos personalizados y reducir las cirugías invasivas.
En los próximos meses esta por iniciarse un ensayo clínico para probar el nuevo escáner, el cual incluirá pacientes ortopédicos y de reumatología en Nueva Zelanda.
Bibliografia:
- First #D colour X-ray of human using CERN technology. CERN. 10 de Julio, 2018. https://home.cern/about/updates/2018/07/first-3d-colour-x-ray-human-using-cern-technology
- From CERN to the clinic. 29 de Mayo, 2018. https://home.cern/about/updates/2018/05/cern-clinic
- Scientists develop the world´s fist 3D color x- rays. https://www.engadget.com/2018/07/16/scientists-develop-world-first-3d-color-x-rays/
- 3D Color x- rays could help spot deadly disease without surgery. 16 de Julio, 2018. https://www.nytimes.com/2018/07/17/health/3d-color-xrays-cern.html
- CERN supports new business incubation centre in Switzerland. 11 de Julio, 2018. https://home.cern/about/updates/2018/07/cern-supports-new-business-incubation-centre-switzerland
- Applications of CERN Technologies in Society. https://kt.cern/cern-technologies-society
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¿Las plantas tienen un sistema de defensa?
Escrito por:
UTEC
Por: Prof. Lucia Bertholdo, Departamento de Bioingenieria e Ingeniería Química.
Fuente Imagen: Harland's Creek Farm
Tenemos en nuestra biodiversidad grandes oportunidades de investigacion y sabemos mucho poco sobre eso. Me parece interesante que hablemos sobre las sustancias que producen las plantas. Sustancias esas que resultan mortíferas en cantidades ínfimas.
¿Ya se preguntaron porque existen plantas venenosas? ¿Porque las plantas producen esas sustancias toxicas? ¿Que son esas toxinas?
Todos conocemos plantas con valores o propiedades medicinales que han resultado (y resultan) de gran ayuda al ser humano a lo largo de su historia. Sin embargo, algunas poseen sustancias tremendamente peligrosas que pueden provocar incluso la muerte.
Dentro de las plantas más venenosas del mundo, está el ricino (Ricinus communis)(figura 1). El ricino o la higuera infernal es un arbusto originario de África de tallo grueso y leñoso, cuyas hojas pueden ser de un color rojo o púrpura oscuro y suele estar cubierto de un polvillo blanco, la ricina, que es altamente tóxico. El contacto con esta sustancia provoca náuseas, calambres abdominales, vómitos, hemorragia interna e insuficiencia renal, terminando a los pocos días con la muerte del afecto. Y es que la ricina interfiere en el metabolismo celular humano; al bloquear el proceso químico que sustenta la vida, las células mueren y los órganos comienzan a fallar poco a poco hasta provocar la muerte (1).
Figura 1 . Ricinus communis (1)
Una de las principales revelaciones de investigación de esos compuestos producidos por las plantas hizo una relación con la defensa. Las plantas han generado con la evolución una serie de sistemas de defensa contra el ataque de insectos y patógenos basada en la acción combinada de varios factores. Dentro los diversos sistemas de defensa ya estudiados destacamos un número elevado de proteínas que han sido descritas como parte de los mecanismos de defensa de las plantas.
También se extrae de las semillas de R. communis, el aceite de ricino. La toxicidad de esa planta está relacionada con las ricinas o también denominadas proteínas RIP (Ribosome Inactivating Protein), las cuales son proteínas capaces de inactivar los ribosomas.
El mecanismo de acción de las RIPs, fue propuesto por Endo et al., 1987(2) estudiado en rRNA en ratones (figura 2). La ricina es el prototipo de la familia de proteínas inactivadoras de ribosomas tipo II (RIP). La subunidad A de la toxina de la ricina (RTA) es una N-glucosidasa del RNA que cataliza la hidrólisis de un residuo de adenina conservado dentro del lazo de sarcina / ricina del RNAr 28S, resultando en arresto de ribosomas y apoptosis (2-3).
Fig 2. Mecanismo de acción de las RIPs propuesto por Endo et al., 1987 (2).
De una forma más simple se puede comparar el proceso de traducción de la síntesis proteica en la figura 3, a la izquierda el proceso de síntesis de proteína. Al lado, a la derecha se observa un cambio en la estructura del ribosoma, por la pérdida de la adenina, de acuerdo con el propuesto por Endo y colaboradores (Figura 2) impidiendo la síntesis de proteína.
Figura 3. Síntesis de proteínas en eucariotas y efecto de las RIPs en la síntesis proteica.
Intentando contribuir con las investigaciones en esa área, nosotros evaluamos el efecto insecticida de las proteínas inactivadoras de ribosomas (RIPs tipo I). Los resultados mostraron que estas proteínas tienen un efecto entomotóxicos en insectos lepidópteros y que después de ingerir una dosis total de 20 o 40 microgramos de las proteinas causan lesiones extensas de ADN. (4)
Además de todo que conocemos sobre la actividad de esas proteínas, aparece un tema aún en gran parte inexplorado, cuyo papel en la naturaleza es probablemente importante, y no se limita a la biología de las plantas, ya que las RIP se han encontrado también en otros organismos (hongos, algas y bacterias).
Entonces nos queda la duda.
¿Porque plantas, algas, hongos y bacterias invierten energía para producir eso tipo de proteína? Proteínas esas que pueden llevar muchos organismos a muerte.
Por el momento, por no tener la respuesta, los científicos creen que se podría emplear estas proteínas en la creación de plantas transgénicas capaces de soportar las infecciones y aprovechar la capacidad de las RIP para atacar enfermedades humanas. Así una gran variedad de investigacion están siendo hechas a partir del conocimiento básico de actividad de las RIPs, como las RIPs aisladas de hojas Mirabilis jalapa L. que mostro alta citotoxicidad en las células malignas (5), actividad antimicrobiana (5) y la expresión en Escherichia coli inhibiendo la síntesis de proteína del virus de la hepatite B.
Bibliografía:
- Las plantas más venenosas del mundo. https://www.muyinteresante.es/naturaleza/fotos/las-plantas-mas-venenosas-del-mundo/ricino-ricinus-communis. Acesado en 20/6/2018
- Endo Y, Mitsui K, Motizuki M, Tsurugi K. 1987. The mechanism of action of ricin and related toxic lectins on eukaryotic ribosomes. The site and the characteristics of the modification in 28 S ribosomal RNA caused by the toxins. J Biol Chem 262:5908 –5912.
- Tesh VL. 2012. The induction of apoptosis by Shiga toxins and ricin. Curr Top Microbiol Immunol 357:137–178.
- Bertholdo-Vargas, L. R.; Martins, J ; Bordin, D ; Salvador, M ; Schafer, A ; Barros, N ; Barbieri, L ; Stirpe, F ; Carlini, C .(2008). Type 1 ribosome-inactivating proteins Entomotoxic, oxidative and genotoxic action on Anticarsia gemmatalis (Hübner) and Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Insect Physiology, v. 55, p. 51-58.
- Pertiwi, Deasy; Martien, Ronny; Sismindari; Ismail, Hilda. 2018. Formulation of nanoparticles ribosome inactivating proteins from Mirabilis jalapa L. (RIP MJ) conjugated AntiEpCAM antibody using low chain chitosan-pectin and cytotoxic activity against breast cancer cell line. Pakistan Journa,l of Pharmaceutical Sciences . 31: 379-384.
- Hassan, Y.; Ogg , S.; Ge, H. Expression of novel fusion antiviral proteins Ricin A Chain-Pokeweed Antiviral Proteins (RTA-PAPs) in Escherichia coli and their inhibition of protein synthesis and of hepatitis B virus in vitro. BioRxiv preprint first posted online May. 15, 2018.
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Bioimpresión 3D para reparar lesiones de médula espinal
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UTEC
Por años un campo de interés en investigación biomédica y en la medicina regenerativa ha sido el investigar los mecanismos de reparación celular con la finalidad de encontrar respuestas y nuevos tratamientos para pacientes que han sufrido algún tipo de daño en algún tejido, siendo el mayor reto hasta ahora poder reparar la médula espinal y cuyo traumatismo a menudo causa problemas de movilidad paralizantes o varios tipos de parálisis en todo el cuerpo. Por lo que los pacientes que han sufrido algún daño en el ven reducida su calidad de vida e independencia, lo cual afecta gravemente no solo al paciente, sino también a la familia. Pero este 9 de agosto del 2018 se dio a conocer los resultados obtenidos por el trabajo multidisciplinario entre un equipo de ingenieros médicos e investigadores de la Universidad de Minnesota en Estados Unidos que desarrollaron un dispositivo médico, mediante impresión 3D, que podría ayudar a los pacientes con lesiones de médula espinal a aliviar el dolor y recuperar algunas funciones musculares; así como recuperar el control de esfínteres y vejiga.
Las lesiones en la columna vertebral pueden ser como líneas eléctricas caídas, incluso si todo a cada lado de la lesión es perfectamente funcional, la ruptura puede cerrar de manera efectiva todo el sistema. El dispositivo biomédico desarrollado se basa en una matriz en base de silicona impresa en 3D y que alberga células especializadas que podrían ayudar a unir las células nerviosas de la médula espinal dañada del paciente.
Video: El proceso de impresión 3D se puede ver en el siguiente video.
Figura 1: Dispositivo impreso en 3D, cargado con células madre neuronales,
que se puede implantar en una médula espinal lesionada para ayudar a recuperar el daño.
Fuente: Universidad de Minnesota
En primer lugar, se imprime en 3D una matriz hecha de silicona que funciona como soporte para, posteriormente, implantar mediante impresión 3D células neuronales especializadas de manera intercalada; asi como tambien sirve como plataforma para implantar en el área lesionada de la médula espinal. El resultado funciona como un "puente" entre las células y matriz del dispositivo y las células nerviosas en la médula espinal.
Figura 2: Bioimpresión 3D de matriz de silicona y células nerviosas.
Fuente: DOI: 10.1002/adfm.201801850
Figura 3: Células vivas que sobrevivieron al proceso de impresión en 3D.
Las células madre neuronales derivadas de las células humanas adultas
se imprimieron en 3-D en una guía y las células se diferenciaron en
células nerviosas activas en el laboratorio.
Fuente: Universidad de Minnesota
Esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de imprimir directamente en 3D células madre neuronales derivadas de células humanas adultas en una matriz impresa en 3D y hacer que las células se diferencien en células nerviosas activas en el laboratorio. Para llegar a esto, Michael McAlpine co-autor del artículo, comentó que fue necesario probar diferentes recetas en el proceso de impresión y superar varias dificultades en mantener las células vivas y “felices”. Hasta que llegaron a mantener vivas a alrededor del 75% de las células durante el proceso de impresión 3D y luego lograr que se conviertan en neuronas sanas.
Si bien el dispositivo aún no se ha probado en pacientes, ni en modelos animales, las pruebas de laboratorio han demostrado que las neuronas crecen a lo largo de los canales de la matriz de silicona y están activas, lo cual es muy prometedor para tratamientos de lesiones en médula espinal y que permitirá transmitir señales a través de la lesión, lo que podría mejorar las funciones de los pacientes siendo un cambio significativo para sus vidas.
Fuentes:
- 3D Printed Stem-Cell Derived Neural Progenitors Generate Spinal Cord Scaffolds.Daeha Joung et al. Advanced Functional Materials (2018). DOI: 10.1002/adfm.201801850
- New 3D-printed device could help treat spinal cord injuries. Universidad de Minnesota. 09 de agosto, 2018. Disponible en: https://twin-cities.umn.edu/news-events/new-3d-printed-device-could-help-treat-spinal-cord-injuries
- University of Minnesota Researchers Develop 3D Printed Device to Treat Spinal Cord Injuries. All3dp. 10 de agosto, 2018. Disponible en: https://all3dp.com/4/university-minnesota-researchers-develop-3d-printed-device-treat-spinal-cord-injuries/?utm_source=push
- 3D-printed device could help treat spinal cord injuries. Verdic Medical Divices. 10 de agosto, 2018. Disponible en: https://www.medicaldevice-network.com/news/3d-printed-device-help-treat-spinal-cord-injuries/
- New 3D-printed device may help treat spinal cord injuries. Business Standard. 10 de agosto, 2018. https://www.business-standard.com/article/pti-stories/new-3d-printed-device-may-help-treat-spinal-cord-injuries-118081000297_1.html
- 3D-printed nerve stem cells could help patch up spinal cord injuries. New Atlas. 10 de agosto, 2018. Disponible en: https://newatlas.com/3d-print-neurons-bridge-spinal-cord-injury/55849/
- Tiny 3D Printed Device Could Save Injured Spinal Cords. Interesting Engineering. 10 de agosto, 2018. Disponible en: https://interestingengineering.com/tiny-3d-printed-device-could-save-injured-spinal-cords
- 3D Printed Silicone and Stem Cell Implant to Treat Spinal Cord Injuries. Medgadget. 13 de agosto, 2018. Disponible en: https://www.medgadget.com/2018/08/3d-printed-silicone-and-stem-cell-implant-to-treat-spinal-cord-injuries.html
- University of Minnesota reports breakthrough in 3-D printing for spinal cord repair. Phys.org. 13 de agosto, 2018. Disponible en: https://phys.org/news/2018-08-university-minnesota-breakthrough-d-spinal.html
- New 3D-printed device may help treat spinal cord injuries. Health World From The Economic Time. 10 de agosto, 2018. Disponible en: https://health.economictimes.indiatimes.com/news/medical-devices/new-3d-printed-device-may-help-treat-spinal-cord-injuries/65352435
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Ancestro humano híbrido: Madre Neandertal, padre Denisovan
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La secuenciación del ADN nos ha permitido leer las instrucciones moleculares de las diferentes especies, descubrir la causa de numerosas enfermedades genéticas, detectar mutaciones, identificar especies, controlar los cruces entre animales y secuenciar el ADN de fósiles, permitiendo conocer la historia evolutiva de las diferentes especies, incluyendo la humana.
En el año 2008 la secuenciación del ADN genómico procedente de un dedo de un niño fosilizado, provocó la reescritura de los libros de la historia humana, ya que la fuente resultó no ser ni Neardental ni humana, si no de un grupo enteramente nuevo denominado Denisovanos, los cuales estaban más cerca genéticamente hablando de los Neardentales que de los Humanos modernos
Neandertales y Denisovanos habitaron Eurasia hasta que fueron reemplazados por humanos modernos hace alrededor de 40,000 años (40 ka). Se han encontrado restos de neandertales en el oeste de Eurasia, mientras que los restos físicos de Denisovanos se han encontrado hasta ahora sólo en Cueva de Denisova, en el macizo de Altai al sur de Siberia (Rusia), lugar en el cual también se han encontrado restos de Neardentales.
El ADN recuperado de individuos de ambos grupos sugiere que divergieron entre sí más de 390 ka. La presencia de pequeñas cantidades de ADN de Neanderthal en el genoma de 'Denisova 3', el primer individuo Denisovano que se identificó, indica que los dos grupos se mezclaron entre sí al menos una vez-.El análisis de los genomas demuestra que los neandertales se mezclaron con los ancestros de los no africanos actuales alrededor de los 60 ka, y posiblemente con ancestros anteriores de los humanos modernos; y que los denisovanos se mezclaron con los antepasados de los melanesios actuales y de los aborígenes australianos.
Un fragmento de un hueso largo, de 'Denisova 11', apodado por los investigadores como Denny; fue identificado entre más de 2.000 fragmentos óseos excavados en la Cueva de Denisova como de origen homínido, utilizando la técnica de huella digital de masa de péptido de colágeno; técnica que fue usada debido a que la apatita ósea crece en las fibrillas de colágeno, y se ha propuesto que la compresión radial que se aplica por el intercrecimiento del mineral de hueso reduce la tasa de gelatinización del colágeno. En regiones más frías, la preservación tanto de los huesos como de las proteínas dentro del tejido permite que el colágeno se convierta en una herramienta biomolecular valiosa, que puede almacenar información más allá del tiempo para el cual el ADN permanece útil. El colágeno, no sólo se degrada a un ritmo más lento que el ADN, sino que también se puede muestrear directamente del hueso, evitando el riesgo de contaminación durante el proceso de amplificación realizado para el análisis de ADN.
Estudiando el ADN mitocondrial (mt)l los científicos encontraron que era de el tipo de Neanderthal y la datación directa por radiocarbono mostró que tenía más de 50,000 años de antigüedad. A partir del grosor del hueso, infirieron que Denny tenía al menos 13 años de edad al momento de su muerte. Realizaron seis extracciones de ADN a partir de polvo de hueso recogido de la muestra, las cuales produjeron diez bibliotecas de ADN y se secuenció el genoma de Denny.
Para determinar de qué grupo de homínidos se originó Denny, se comparó las proporciones de fragmentos de ADN que coinciden con alelos derivados de un genoma de Neanderthal ('Altai Neanderthal', también conocido como 'Denisova 5') o un genoma de Denisovan (Denisova 3), ambos determinados de los huesos descubiertos en la cueva de Denisova, así como de un genoma africano actual, resultando que el 38.6% de los fragmentos de Denny portaron alelos coincidiendo con el genoma de Neanderthal y el 42,3% portaron alelos coincidentes el genoma de Denisovan, lo que sugiere que ambos grupos arcaicos contribuyeron a la ascendencia de Denny en aproximadamente iguales proporciones.
Luego de esto surge la pregunta si ¿Denny podría haber tenido cantidades aproximadamente iguales de genoma Neanderthal y Denisovan porque ella pertenecía a un pueblo con un ancestro descendiente del cruce de Neardenthales y Denisovanos, o porque sus padres eran de cada uno de estos dos grupos? . Para determinar cuál de estos dos escenarios se ajusta mejor a los datos, los investigadores consideraron sitios en que los genomas de Altai Neanderthal y Denisova 3 llevan una diferencia de transversion en una forma homocigota. En cada uno de estos sitios, se registraron los alelos transportados por dos fragmentos de ADN extraídos al azar de Denny. Encontrando que en el 43.5% de los casos, un fragmento de Denny coincide con el genoma de Neanderthal y el otro coincide con el genoma de Denisovan, mientras que en 27.3% y 29.2% de los casos ambos fragmentos coinciden con la estadística observada en el genoma de Neanderthal o Denisovan, respectivamente. De acuerdo con el equilibrio de Hardy–Weinber, la proporción de casos en que uno de los dos fragmentos de ADN muestreados de Denny coincide con lo esperado para un F1 proveniente de un padre Neardental y otro Denisovano, y no de un individuo proveniente de una población heterogénea de descendientes de un cruce previo entre Neandertales y Denisovanos,, concluyendo que Denny fue el producto del cruce de una madre Neardental; quien contribuyó con el ADN mitocondrial y un padre Denisovano; Esta investigación nos muestra que los encuentros sexuales entre Neandertales y Denisovanos podrían haber sido bastante común y plantea la pregunta de si Neandertales Denisovanos se aparearon con frecuencia, ¿Por qué las dos poblaciones de homínidos permanecen genéticamente distintos por varios cientos de miles años? Los emparejamientos Neanderthal-Denisovan podrían haber tenido algunas ventajas, Neandertales y Denisovanos eran menos genéticamente diversos que los humanos modernos, y así el mestizaje podría haber proporcionado una forma de "completar" sus genomas con un poco de variación genética adicional.
Referencias
Slone V, et al. 2018 The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father. Nature
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El potencial escondido de las células madre mesenquimales
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Las células madre mesenquimales (CMMs) han tenido una gran cobertura mediática recientemente. Esta ha estado principalmente enfocada en su capacidad de renovación de tejidos, sin embargo, existe un potencial que está siendo recientemente explotado en las terapias con CMMs: la inmunomodulación.
Empecemos definiendo que son CMMs. La Sociedad Internacional Para la Terapia Celular (ISCT por su siglas en inglés) las define como células pluripotenciales con capacidad de autorrenovación que cumplen con los siguientes criterios: la adherencia al plástico en condiciones estándar de cultivo, la expresión y no expresión dee ciertos marcadores celulares, y la capacidad de diferenciación en distintas líneas celulares.
Sus propiedades, como se ve en la figura, se dividen en dos: remplazo celular y ‘empoderamiento celular’. Esta última incluye la capacidad de ‘dirigir’ a las células para incrementar su capacidad de diferenciación y modular la respuesta inmunológica para favorecer la regeneración del tejido. La modulación consiste en señales celulares y bioquímicas que reducen la inflamación y promueven la cicatrización.
Al reconocer la importancia de esta habilidad, múltiples estudios decidieron evaluar el desempeño de CMMs en el tratamiento de patologías inmunológicas, como la Enfermedad Injerto contra Huésped, Artritis Autoinmune, Enfermedad de Chron, y Síndrome del Intestino Irritable. Sin embargo, aunque algunos resultados fueron prometedores, la variabilidad de metodología entre diferentes estudios no ha permitido obtener conclusiones precisas sobre esta nueva terapia.
Esto ha llevado a algunos investigadores a postular que la diferencia de resultados se debe a que existen diversos mecanismos por el que estas propiedades son mediadas, ya sea a través de interacciones celulares a través de receptores o a través de factores solubles. Por lo tanto, más investigación que nos permita entender el mecanismo por el que las CMMs modulan el sistema inmune fisiológicamente y en diferentes patologías nos ayudará a trasladar de forma segura esta terapia a la práctica clínica.
Lago sub-glacial en Marte
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UTEC
El 25 de Julio de este año el mundo se llenó nuevamente de expectativa al encontrarse con diferentes notas indicando que la Agencia Espacial Europea había descubierto un lago de unos 20 kilómetros de diámetro bajo el polo sur del planeta Marte, el reporte había sido publicado por investigadores italianos en la revista científica Science (Orosei et al. 2018), mostrando evidencia obtenida por el instrumento “Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding”, o MARSIS, que utiliza ondas de radar para estudiar lo que se encuentra bajo la superficie marciana.
Figura 1. Casquete del polo sur marciano. Fotografía tomada por la cámara de Mars Global Surveyor – NASA, 2000.
¿Pero cómo ha sido posible llegar a esta conclusión utilizando solamente una herramienta que se encuentra en un orbitador a kilómetros de distancia de la superficie de Marte?
MARSIS, o Radar Avanzado Marciano para Sondeo del Subsuelo y la Ionosfera, es una herramienta acoplada al orbitador Mars Express, lanzado en 2003, que consiste en un radar de baja frecuencia y un altímetro capaz de penetrar bajo la superficie, y una antena receptora que aísla la reflexión producida por el subsuelo (sci.esa.int). Marsis se encuentra orbitando el planeta y necesita de altitudes menores a los 800 Km para realizar mediciones sobre el subsuelo y hasta 1200 Km para la ionósfera.
La manera de trabajar de MARSIS consiste en transmitir pulsos modulados de las frecuencias 1.8, 3, 4 o 5 MHz, alterando la transmisión a dos frecuencias diferentes, esta señal penetra hasta el subsuelo (las frecuencias más bajas tienen una mayor penetración) donde interactúa con sus componentes y el reflejo de esta señal es recibida por una antena dipolo y una antena secundaria monopolo que permite restar señales de otras direcciones a la señal captada por la primera antena. Luego ambas señales son transformadas y formateadas por el procesador digital a bordo de MARSIS y enviado a la nave espacial, Mars Express, que lo transmitirá hacia la Tierra.
Figura 2. MARSIS antes de ser incorporado en la nave Mars Express.
Desde Mayo del 2012, hasta Diciembre del 2015, MARSIS colectó información del subsuelo de la región Planum Australe de Marte. Los científicos italianos dirigidos por Roberto Orosei, observaron como una gran región de unos 20 Km de diámetro mostraba un reflejo significativamente mayor en comparación con la zona que lo rodea que tenía un reflejo marcadamente menor. Sin embargo, demostrar que estas observaciones corresponden a la existencia de agua líquida en debajo de los glaciares australes de Marte representa una tarea más compleja.
Lo primero es entender cómo funciona esta metodología. La técnica utilizada por MARSIS se conoce como Eco Sonar de ondas de radio, Radio Echo Sounding (RES), en el que se utilizan frecuencias de ondas de radio que pueden penetrar en el suelo, como toda onda, al entrar en contacto con materiales, sean gases como la atmósfera, sólidos como los suelos o líquidos como el agua, estas pueden ser absorbidas, transmitidas o reflejadas; y cada tipo de material tiene una “huella espectral”, esto quiere decir que pueden absorber y reflejar ondas de diferentes frecuencias de manera específica y en proporciones que pueden ser medibles, permitiendo que se pueda estimar la composición química del objeto o formación sobre el cual se aplica.
Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en los glaciares terrestres, debido a las características del hielo, se ha podido estimar el grosor de estos, así como la existencia de lagos sub glaciares en la región antártica. Cabe resaltar el agua en diferentes estados interactúa de manera diferente con las ondas de radio y otras regiones del espectro electromagnético, de manera que es posible llegar a estimar el estado en que esta se encuentra bajo los glaciares.
Figura 3. Espectro de absorción del agua líquida. Fuente: http://www1.lsbu.ac.uk
Antes de revisar los datos, los autores necesitaron uniformizarlos, primero revisando la estructura geológica y química de la región donde se habían realizado las observaciones, y luego para normalizar los datos en base a la altura exacta de Mars Express durante cada orbita respecto a las mediciones tomadas. Una vez que los datos estaban normalizados se produjeron los radiogramas, que muestran la intensidad del reflejo de la señal respecto a la región barrida por la órbita y la profundidad penetrada por la señal.
Figura 4. Radiograma de la región estudiada en el polo sur marciano. Fuente Orosei et al. 2018
En este radiograma los autores observaron que existen dos zonas notoriamente más reflejantes a diferentes profundidades, una correspondiente a la superficie del hielo, y la segunda a ~ 1.5 Km debajo del hielo.
Aun cuando las mediciones se realizaron de noche para evitar el efecto de dispersión en la ionosfera marciana, la interpretación de los datos no era del todo clara, principalmente debido a la menor resolución espacial que provee MARSIS. Para sobrepasar esta limitación se tuvo que recurrir a la estimación de la permitividad dieléctrica del material basal, lo cual implicó realizar una serie de asunciones incluyendo que la composición de la zona de estudio era una mezcla de hielo y polvo, y que la temperatura interna era linear comenzando con una temperatura de 160 K en la superficie. Los científicos observaron que la permitividad en la región fuera de donde se halla la señal tenía valores típicos de rocas volcánicas, mientras que dentro de la región brillante tenía valores mucho más altos, que son atípicos en Marte, y que en la Tierra son raramente asociados a materiales que no contienen agua.
Figura 5. Mapas topográficos mostrando la intensidad del reflejo “eco power”. La región triangular, marcada al centro, muestra la zona de mayor intensidad.
¿Y esto es agua líquida?
Los investigadores contrastaron diferentes posibilidades para explicar esta diferencia tan marcada del reflejo de la señal. Pero posibilidades como la presencia de capas de CO2 líquido fueron descartados debido a la ausencia de una reflexión basal suficientemente fuerte. Además relacionan observaciones realizadas en otras regiones de Marte para dar más robustez a su conclusión. La presencia de sales percloratos de magnesio, calcio y zinc, además de la gran presión producida por las capas de hielo sobre esta, permitirían que el agua mantenga una forma líquida a pesar de encontrarse a temperaturas alrededor de 205 K (-68°C).
A pesar de que muchos medios han hablado de un lago sub glacial, los autores aclaran al final que existen factores que limitan la discusión sobre la forma en que se encuentra el agua debajo de esta región, debido a la absorción del agua solo es posible identificar la capa basal de este cuerpo y no su profundidad, y las posibilidades van desde mezclas como barro de agua con tierra, hasta salmueras saladas que podrían estar interconectadas o no. Se requerirá de más estudios, probablemente utilizando rovers que puedan hacer un estudio más directo sobre la zona antes de poder saber a ciencia cierta si estamos hablando realmente de agua líquida y la forma y extensión en que esta se encuentra.