Fuente: Prensa Latina

Un equipo de científicos desarrolló unos micromateriales compuestos únicamente de proteínas, capaces de entregar de forma prolongada en el tiempo nanopartículas que pueden dirigirse a células cancerosas específicas y destruirlas, se conoció hoy.

Según publicó la revista Advanced Science, los micromateriales imitan a los gránulos secretores naturales del sistema endocrino y fueron probados con éxito en ratones modelo de cáncer colorrectal.

La tecnología utilizada para la fabricación de estos gránulos, patentada por los investigadores, es relativamente simple e imita la organización de los gránulos secretores del sistema endocrino humano, destacó el artículo.

Desde el punto de vista de la estructura química implica la coordinación del zinc iónico con dominios ricos en histidina, un aminoácido esencial para los seres vivos y por tanto, no tóxico.

Los nuevos micromateriales desarrollados por los científicos están formados por unas cadenas de aminoácidos denominadas polipéptidos, que son funcionales y están biodisponibles en forma de nanopartículas para ser liberadas y dirigirse a tipos específicos de células cancerosas para su destrucción selectiva.

El equipo de investigación analizó la estructura molecular de estos materiales, así como la dinámica del proceso de secreción tanto in vitro como en animales.

En un modelo animal de cáncer colorrectal CXCR4+, el sistema mostró un alto rendimiento tras la administración subcutánea y se observó cómo las nanopartículas de proteína liberadas se acumulan en los tejidos tumorales de los ratones.

Es importante destacar que dicha acumulación es más eficaz que cuando la proteína se administra en el torrente sanguíneo, afirmó Antonio Villaverde, profesor del Instituto de Biotecnología y de Biomedicina y del Departamento de Genética y de Microbiología de la Universidad Autónoma de Barcelona.

«Este hecho ofrece una nueva e inesperada forma de garantizar altos niveles locales de fármaco y una mejor eficacia clínica, evitando regímenes de administración intravenosa repetida», añadió.

Explicó que en el contexto clínico, el uso de estos materiales en el tratamiento del cáncer colorrectal debería mejorar en gran medida la eficacia del fármaco y el confort del paciente, al tiempo que minimizaría los efectos secundarios no deseados.

08 abril 2024|Fuente: Prensa Latina|

La teragnosis fusiona el diagnóstico y la terapia. Un misil de precisión es la metáfora a la que suelen recurrir los expertos para referirse a ella porque permite realizar un diagnóstico molecular para estudiar la expresión de una determinada diana terapéutica de forma individual en cada paciente y posteriormente administrar un tratamiento personalizado dirigido contra esas dianas. En el campo de la oncología ya ha dado resultados muy positivos.

Ahora, un grupo gallego colaborativo de investigadores ha llevado la teragnosis por primera vez a la artritis reumatoide. El procedimiento ha sido probado con éxito en modelo animal, combinando en la misma prueba el diagnóstico y el tratamiento de manera personalizada. Las conclusiones de su trabajo se han publicado en la revista científica Journal Controlled Release, referencia mundial en sistemas de liberación controlada de fármacos.

La técnica consiste en un nuevo radiofármaco PET basado en nanopartículas que se inyecta de forma intra-articular en la rodilla y que aumenta significativamente la eficacia del tratamiento, porque permite que la molécula terapéutica, que es un péptido senolítico, permanezca más tiempo en el lugar de acción

Pablo Aguiar, del Grupo de Imagen Molecular del Centro Singular de Investigación en Medicina Molecular y Enfermedades Crónicas de la Universidad de Santiago de Compostela (Cimus) y María De la Fuente, del grupo de Nano-oncología del Instituto de Investigación Sanitaria de Santiago de Compostela (IDIS) han sido los coordinadores del estudio, en el que también han participado el grupo de María Mayán, del Instituto de Investigación Biomédica de A Coruña (Inibic).

Además, los hallazgos son el resultado de las investigaciones realizadas durante los dos últimos años por Sandra Díez-Villares y por Lara García-Varela, que combinaron sus perfiles complementarios en nanotecnología e imagen PET, respectivamente, para desarrollar con éxito una serie de experimentos de gran complejidad técnica.

Aproximación original

“Se trata de una aproximación que ya ha mostrado excelentes resultados en el campo de la oncología. Lo original es que ahora lo hemos desarrollado por primera vez para el tratamiento personalizado de la artritis”, enfatiza Pablo Aguiar.

Su grupo trabaja en imagen PET y el de María De la Fuente en nanofármacos. Por su parte, el equipo de María Mayán había desarrollado el péptido senolítico para artritis, que elimina las células senescentes. Aguiar explica cuáles son las principales innovaciones: “Una es que lo hemos nanoencapsualdo para que el tratamiento sea más efectivo porque permanece más tiempo en la rodilla, ya que normalmente los péptidos tienen un efecto limitado. La otra innovación principal es que lo hemos marcado radiactivamente para hacer la imagen PET”.

La idea es inyectar el radiofármaco al paciente de forma intraarticular en la rodilla. Los estudios de imagen PET desvelan si el fármaco está adherido a la articulación o si se ha liberado rápidamente, en cuyo caso el paciente no sería candidato al tratamiento.

Si el fármaco permanece en la rodilla, recibiría un tratamiento con una cantidad mayor del fármaco. “Es decir, el diagnóstico PET aporta la información necesaria para saber si el tratamiento va a ser efectivo o no, pues permite conocer la distribución y la cinética del fármaco antes de administrar el tratamiento”, aclara María De la Fuente.

El procedimiento ha dado resultados positivos en ratas y ahora es el momento de realizar un ensayo preclínico más amplio, también en modelo animal, para comprobar la respuesta terapéutica a la artritis reumatoide: “Conseguimos visualizar el fármaco y que permanezca más tiempo en su diana, ahora hay que verificar su efecto terapéutico”.

Mayo 21/2023 (Diario Médico) – Tomado de Medicina Nuclear – Péptido senolítico  Copyright Junio 2018 Unidad Editorial Revistas, S.L.U.

La investigación procede del laboratorio de Sheng Xu, profesor de nanoingeniería de la Escuela Jacobs de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego y autor correspondiente del estudio. El artículo, «Stretchable ultrasonic arrays for the three-dimensional mapping of the modulus of deep tissue», se publicó en el número del 1 de mayo de 2023 de Nature Biomedical Engineering.

«Inventamos un dispositivo portátil que puede evaluar con frecuencia la rigidez del tejido humano», dijo Hongjie Hu, investigador postdoctoral en el grupo de Xu y coautor del estudio. «En concreto, integramos un conjunto de elementos de ultrasonidos en una matriz de elastómero blando y utilizamos electrodos elásticos ondulados en forma de serpentina para conectar estos elementos, lo que permite que el dispositivo se adapte a la piel humana para evaluar en serie la rigidez de los tejidos.»

El sistema de monitorización de la elastografía puede proporcionar una cartografía tridimensional, no invasiva y en serie de las propiedades mecánicas de los tejidos profundos. Esto tiene varias aplicaciones clave:

• En investigación médica, los datos en serie sobre tejidos patológicos pueden aportar información crucial sobre la progresión de enfermedades como el cáncer, que normalmente provoca la rigidez de las células.
• La monitorización de músculos, tendones y ligamentos puede ayudar a diagnosticar y tratar lesiones deportivas.
• Los tratamientos actuales de enfermedades hepáticas y cardiovasculares, junto con algunos agentes quimioterapéuticos, pueden afectar a la rigidez de los tejidos. La elastografía continua podría ayudar a evaluar la eficacia y la administración de estos medicamentos. Esto podría ayudar a crear nuevos tratamientos.

Además de vigilar los tejidos cancerosos, esta tecnología también puede aplicarse en otros escenarios:

• Vigilancia de la fibrosis y la cirrosis hepáticas. Utilizando esta tecnología para evaluar la gravedad de la fibrosis hepática, los profesionales médicos pueden seguir con precisión la progresión de la enfermedad y determinar el tratamiento más adecuado.
• Evaluación de trastornos musculoesqueléticos como tendinitis, codo de tenista y síndrome del túnel carpiano. Mediante el seguimiento de los cambios en la rigidez de los tejidos, esta tecnología puede proporcionar información valiosa sobre la progresión de estas afecciones, lo que permite a los médicos desarrollar planes de tratamiento individualizados para sus pacientes.
• Diagnóstico y seguimiento de la isquemia miocárdica. Mediante el control de la elasticidad de la pared arterial, los médicos pueden detectar los primeros signos de la enfermedad e intervenir a tiempo para evitar daños mayores.
• Los parches de ultrasonidos para llevar puestos cumplen la función de detección de los ultrasonidos tradicionales y también superan las limitaciones de la tecnología de ultrasonidos tradicional, como la realización de pruebas una sola vez, la realización de pruebas sólo dentro de los hospitales y la necesidad de que las maneje el personal.

«Esto permite a los pacientes controlar continuamente su estado de salud en cualquier momento y lugar», afirma Hu.

Esto podría contribuir a reducir los diagnósticos erróneos y las muertes, así como a recortar considerablemente los costes al ofrecer una alternativa no invasiva y de bajo coste a los procedimientos de diagnóstico tradicionales.

«Esta nueva ola de tecnología de ultrasonidos portátil está impulsando una transformación en el campo de la monitorización sanitaria, mejorando los resultados de los pacientes, reduciendo los costes sanitarios y promoviendo la adopción generalizada del diagnóstico en el punto de atención», afirma Yuxiang Ma, estudiante visitante del grupo de Xu y coautor del estudio. «A medida que esta tecnología siga desarrollándose, es probable que veamos avances aún más significativos en el campo de la imagen médica y la monitorización de la atención sanitaria».

El dispositivo

El dispositivo consiste en una matriz de 16 por 16. Cada elemento está formado por un elemento compuesto de 1 a 3 y una capa posterior de un compuesto de plata y epoxi diseñado para absorber las vibraciones excesivas, ampliando el ancho de banda y mejorando la resolución axial.

La matriz se ajusta a la piel humana y se acopla acústicamente a ella, lo que permite obtener imágenes elastográficas precisas validadas con elastografía por resonancia magnética.

Dicha tecnología debe registrar el movimiento de las partículas dispersas en la muestra por la onda ultrasónica y calcular sus campos de desplazamiento basándose en un algoritmo de correlación cruzada normalizada. El tamaño de las partículas de dispersión es muy pequeño, lo que da lugar a que las señales reflejadas sean débiles. Para captar señales tan débiles se requiere una tecnología muy sensible.

Se aplicaron diversas técnicas y estrategias para mejorar la sensibilidad del dispositivo y que tuviera un buen rendimiento en la captura de las señales débiles de partículas dispersas.

«Sería más fácil explorar oportunidades trabajando con médicos, buscando posibles aplicaciones prácticas en clínicas», afirma Gao. «Nuestro dispositivo muestra un gran potencial en la vigilancia estrecha de grupos de alto riesgo, permitiendo intervenciones oportunas en momentos urgentes», dijo Gao.

Mayo 3/2023 (MedicalXpress) – Tomado de Radiology & Imaging – Biomedical technology  Copyright Medical Xpress 2011 – 2023 powered by Science X Network

Traducción realizada con la versión gratuita del traductor www.DeepL.com/Translator 

La nanobiotecnología es la aplicación de la nanotecnología al campo de la biología y la biotecnología. Implica el diseño, la caracterización, la producción y la aplicación de materiales, dispositivos y sistemas que funcionan a nanoescala con fines biológicos y médicos.

La nanobiotecnología es un campo multidisciplinar en el que actualmente participan investigadores de las ramas convencionales y avanzadas de la ingeniería y las ciencias naturales. Los recientes avances en nanobiotecnología han repercutido en diversos sectores socioeconómicos, como la medicina, la agricultura, la alimentación, el textil y otras industrias. Aunque la integración de los nanomateriales con la biología ha llevado al desarrollo de dispositivos de diagnóstico, agentes de contraste, herramientas analíticas, terapias y vehículos de administración de fármacos, la investigación en bionanotecnología está aún en pañales. Aún no se ha aprovechado todo el potencial de los avances en este campo. Este libro analiza diversos materiales de nanoingeniería o nanotransportadores que se utilizan en distintas situaciones. Presenta 8 capítulos que abarcan la aplicación de nanomateriales en la remediación ambiental, los nanofertilizantes, los nanobióticos contra la resistencia antimicrobiana, los nanobiosensores en la detección de patógenos y las evaluaciones de no toxicidad. Cada capítulo está estructurado en secciones de fácil lectura que explican conceptos fundamentales y aplicados de los nanomateriales.

Por ejemplo,

Administración de fármacos: Las nanopartículas pueden utilizarse como portadores para administrar fármacos a células o tejidos específicos del organismo. Por ejemplo, los liposomas, que son vesículas a nanoescala compuestas de lípidos, pueden cargarse con fármacos y dirigirse a las células cancerosas, lo que permite una administración más eficaz y selectiva de la quimioterapia.

Biosensores: Las nanopartículas pueden utilizarse para crear biosensores de alta sensibilidad para la detección de biomoléculas como proteínas, ácidos nucleicos y patógenos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro pueden funcionalizarse con anticuerpos específicos para detectar la presencia de marcadores de enfermedades en la sangre.

Formación de imágenes: Las nanopartículas pueden utilizarse como agentes de contraste para la obtención de imágenes médicas, lo que permite visualizar tejidos o células específicos. Por ejemplo, las nanopartículas de óxido de hierro pueden utilizarse como agentes de contraste para la resonancia magnética (RM).

Los lectores obtendrán una visión actual de la aplicación biotecnológica de los nanomateriales y nanopartículas modernos. El libro está pensado para que sirva de referencia a estudiantes e investigadores en cursos de agricultura, biotecnología e ingeniería biomédica. Para más información, pulse aquí para descargar el libro: http://bit.ly/419kPfG

Abril 14/2023 (EurekAlert!) – Tomado de la Selección de Medicine and Health en español. Copyright 2023 by the American Association for the Advancement of Science (AAAS).

Las células cancerosas que circulan por el torrente sanguíneo pueden aferrarse a las paredes de los vasos y construir diminutos “puentes” a través de los cuales inyectan material genético que transforma las células endoteliales que los recubren, haciéndolas más hospitalarias para ellas, según el nuevo estudio.

El equipo de Elazer Edelman, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, también ha comprobado que es factible reducir grandemente la metástasis en ratones inhibiendo la formación de estos nanopuentes.

Las células endoteliales recubren cada vaso sanguíneo y son las primeras células en contacto con cualquier elemento procedente de la sangre. Sirven como vía de entrada y de salida a los tumores y han sido el foco de una intensa investigación en la biología vascular y del cáncer. Los nuevos hallazgos atañen a estos dos campos y ofrecen mejores perspectivas para el control del cáncer y la metástasis.

La metástasis es un proceso de varios pasos que permite que el cáncer se extienda desde su lugar original y que forme nuevos tumores en cualquier lugar del cuerpo. Ciertos cánceres tienden a entrar en metástasis hacia lugares específicos; por ejemplo, los tumores de pulmón tienden a extenderse hacia el cerebro, y los de mama hacia el hígado y los huesos.

Para lograr la metástasis, las células tumorales deben primero adquirir la movilidad necesaria para poderse separar del tumor inicial. Después penetran en los vasos sanguíneos próximos, de manera que puedan fluir a través del cuerpo, donde se convierten en células tumorales circulantes. Estas células tumorales circulantes deben después encontrar un punto donde puedan aferrarse a las paredes de los vasos sanguíneos, y penetrar en el tejido colindante para formar un nuevo tumor.

Los vasos sanguíneos están recubiertos con células endoteliales, que normalmente son resistentes a los intrusos. Las células endoteliales normales no deberían permitir que una célula cancerosa las invada, pero si una de estas consigue conectar con una célula endotelial, e inyectar señales que hagan que esta última sea controlada y transformada completamente, entonces ello facilita la metástasis.

Los nanopuentes están hechos de las proteínas actina y tubulina, que también forman el citoesqueleto que proporciona su estructura a las células. Los investigadores encontraron que podrían inhibir la formación de estos nanopuentes, que tienen unos 300 micrones de largo, proporcionando dosis bajas de fármacos que interfieren con la actina.

Cuando los investigadores dieron estos fármacos a ratones con tumores que normalmente producen la metástasis, estos no se extendieron.

El equipo de Edelman está ahora intentando determinar el mecanismo de la formación de nanopuentes con mayor detalle, con un ojo puesto hacia el desarrollo de fármacos que actúen más específicamente para inhibir el proceso.

enero12 /2023 (Diario Médico)

]]> https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2023/01/13/descubren-como-las-celulas-cancerosas-se-dispersan-mediante-los-vasos-sanguineos/feed/ 0 https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2022/11/29/crean-un-test-que-detecta-rapidamente-la-presencia-de-burundanga-y-droga-canibal-en-muestras-de-saliva-y-en-bebidas/ https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2022/11/29/crean-un-test-que-detecta-rapidamente-la-presencia-de-burundanga-y-droga-canibal-en-muestras-de-saliva-y-en-bebidas/#comments Tue, 29 Nov 2022 05:04:27 +0000 http://boletinaldia.sld.cu/aldia/?p=108919 Un equipo de la Universidad Politécnica de Valencia y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), en colaboración con el Instituto BAM de Berlín, ha desarrollado un nuevo test que permite detectar de forma ‘rápida, sencilla y barata’ la presencia de burundanga y droga caníbal, una muestra de saliva o bien diluida en cualquier bebida.

Y es que, según recientes estudios, las agresiones sexuales con sumisión química de las víctimas suponen ya el 20,9 por ciento de los casos. La principal droga utilizada en estas violaciones es el alcohol, si bien los agresores emplean también otras sustancias psicotrópicas, como la escopolamina (SCP), más conocida como burundanga, que es muy difícil de detectar porque su rastro desaparece de forma muy rápida en el organismo.

El nuevo test ideado por los investigadores del Instituto IDM de la UPV, el CIBER-BBN y el BAM permite detectarla rápidamente, ‘en apenas quince minutos’. Para ello, se ha diseñado una tira reactiva sobre la que se deposita un nanosensor basado en nanopartículas cargadas con un indicador fluorescente (rodamina B) y funcionalizado con una puerta molecular que responde específicamente en presencia del estupefaciente. Para su lectura se utiliza algo tan cotidiano como un teléfono móvil.

‘Con un móvil y en menos de un cuarto de hora podremos saber si ha habido un intento de agresión sexual por sumisión química con esta droga. Para ello bastará con tomar una pequeña muestra de saliva o de la bebida y sumergir la tira; si hay droga, el nivel de fluorescencia aumentará rápidamente, debido a la liberación del colorante del nanosensor depositado. Una vez han transcurrido los 15 minutos se toma una foto con el teléfono móvil donde comparándolo con una muestra que no contiene el estupefaciente se puede comprobar verdaderamente la presencia de burundanga’, ha explicado la investigadora del Instituto IDM en la Universidad Politécnica de Valencia, Eva María Garrido García.

Además de para la detección de burundanga, el test desarrollado por el equipo de la UPV, el CIBER-BBN y el BAM permite detectar MDPV (metilendioxipirovalerona), la llamada droga caníbal, de forma simultánea y usando la misma muestra de saliva o bebida. Además, podría ampliarse a otras sustancias.

‘La sustancia psicoactiva más comúnmente asociada a las agresiones sexuales con sumisión química es el alcohol, pero hay drogas en circulación que pueden llegar a incapacitar a la víctima. Entre ellas está la droga caníbal, pero también la ketamina, el GHB o el flunitrazepam. Nuestro sistema, gracias a su versatilidad, puede adaptarse también para la detección de estas y otras sustancias en muestras líquidas. Y lo que es más importante, en cualquiera de los casos, puede ser utilizado por cualquier persona, sin necesidad de tener un conocimiento experto’, ha destacado el investigador Ramón Martínez Máñez.

El equipo del IDM y el CIBER-BBN validó estos nuevos test en diferentes ensayos de liberación cinética desarrollados en sus laboratorios de la Universidad Politécnica de Valencia y en colaboración con el Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) de Berlín.

noviembre 28/2022 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Eliminar los nudos del ADN cuando se empaqueta en cromosomas es clave para garantizar la actividad y estabilidad genética. La presencia de nudos bloquea el avance las polimerasas de ARN y, por tanto, impide la expresión de los genes. La presencia de nudos impide también que los cromosomas se separen correctamente una vez se ha replicado su ADN, lo que hace inviable la división celular.

La presencia de nudos es habitual en las larguísimas cadenas de ADN, que se empaquetan en cromosomas dentro de las células. Se ha calculado que, si se extendiera, el ADN de cada célula cubriría 2 metros de longitud. Estas cadenas contienen toda la información genética que regula la fisiología de los seres vivos. Por ello es crucial garantizar su estabilidad.

“Estos nudos pueden ser muy dañinos para la actividad y estabilidad genética, pero se sabe que existen mecanismos que minimizan el grado de anudamiento del ADN para permitir una correcta conformación y dinámica de los cromosomas”, explica el investigador Joaquim Roca, principal autor del estudio y director del laboratorio de Topología del ADN del IBMB-CSIC.

“Hemos descubierto que uno de estos mecanismos es la actividad coordinada de dos complejos macro-enzimáticos que están presentes en todo tipo de células y bacterias: la condensina y la topoisomerasa tipo-2”, detalla.

«Se sabía desde hace años que la topoisomerasa tipo-2 puede hacer y deshacer nudos en el ADN. Sin embargo, se desconocía de qué forma esta enzima era capaz de encontrar y eliminar tales nudos, puesto que las moléculas de ADN son muy largas y se encuentran muy replegadas en el minúsculo espacio del núcleo celular», explica Roca, investigador principal del grupo.

Eso es lo que hace la condensina, que se desplaza a lo largo de las cadenas ADN para localizar y tensar los nudos. Posteriormente, la enzima topoisomerasa tipo-2 disuelve esos nudos mediante cortes transitorios en las cadenas de ADN. Este mecanismo para desanudar el ADN es fundamental para la estabilidad estructural de los cromosomas y la correcta expresión de los genes. «Parece una misión imposible, pues es como manejar un fino hilo de varios kilómetros de longitud y deshacerle todos los nudos sin sacarlo de nuestro bolsillo», añade Roca.

«Hemos observado que, para eliminar los nudos de ADN en los cromosomas, la topoisomerasa necesita de la actividad de la condensina. En cambio, sin la condensina, la topoisomerasa produce aún más nudos y pone en riesgo la estabilidad del genoma», cuenta Silvia Dyson, primera autora del artículo.

La condensina es un macro-complejo formado por 5 proteínas necesario para condensar y segregar correctamente los cromosomas durante la división celular. Sin embargo, la condensina se encuentra también en las células que no se dividen y su función aquí era desconocida. Recientemente se ha observado que la condensina es capaz de desplazarse a lo largo del ADN a gran velocidad y hacerlo sin abandonar su punto de partida. Como resultado, la condensina forma lazos de ADN que crecen progresivamente de tamaño, lo que permite plegar el ADN de un modo ordenado. Pero esta formación de lazos también conlleva que la condensina empuje y comprima todos los nudos que encuentra en su camino.

La topoisomerasa tipo-2 disuelve los entrecruzamientos del ADN

La topoisomerasa tipo-2 es otra enzima fascinante, dicen los científicos, ya que tiene la capacidad de pasar un segmento de ADN a través del corte transitorio que produce en otro segmento. En consecuencia, este enzima disuelve los entrecruzamientos del ADN tal como haría un mago al separar dos aros de metal. La topoisomerasa puede así disolver rápidamente nudos de ADN.

Sin embargo, cuando consideramos las largas moléculas del ADN replegadas en el núcleo celular, la topoisomerasa no puede saber si está anudando o desanudando el ADN cuando pasa un segmento a través de otro. Necesita un mecanismo que le permita encontrar los nudos. Este mecanismo lo proporciona la condensina, que al comprimir los nudos los hace visibles para la topoisomerasa.

«La condensina y la topoisomerasa tipo-2 pueden considerarse como dos auténticos nano-robots que aparecieron muy pronto en la evolución de la vida, cuando la longitud de las moléculas del ADN aumentó significativamente. La correcta coordinación entre estas dos maquinarias, para deshacer los nudos del ADN sigue siendo hoy esencial y uno de los talones de Aquiles para la viabilidad de cualquier célula», concluye Roca.

octubre 25/2022 (Dicyt)

Investigadores del Centro de Investigación del Cáncer (CIC), centro mixto del CSIC y la Universidad de Salamanca, han diseñado un fármaco a partir de nanopartículas que ha demostrado su eficacia en el tratamiento y seguimiento de la . El estudio, publicado en Journal of Nanobiotechnology, ha caracterizado y evaluado in vitro e in vivo la aplicación de unas nanopartículas que identifican y atacan de forma específica solamente a la célula tumoral.

“Hemos evaluado unas nanopartículas que presentan tanto un fármaco antitumoral derivado del cisplatino como una molécula que permite el seguimiento y trazabilidad de la nanopartícula en sistemas biológicos”, explica Manuel Fuentes, investigador del CIC.

El equipo de Fuentes ha analizado qué ocurre desde que se administra la nanopartícula hasta que actúa en la zona del tumor. La caracterización y evaluación de sus aplicaciones abren una vía al diseño de nuevos fármacos antitumorales con aplicación en inmunoterapia.

Una de las funciones del sistema inmunitario es identificar las células cancerígenas del cuerpo y eliminarlas. Si desaparecen todas las células cancerígenas desaparece con ellas el cáncer. Sin embargo, en ocasiones las células cancerígenas desarrollan mecanismos para que el sistema inmunitario no pueda localizarlas y, por tanto, no son eliminadas del cuerpo mediante la respuesta inmune.

Un área muy prometedora en la investigación del cáncer, incluidos los tumores hematológicos, es la inmunoterapia, donde se está investigando cómo evitar que las células tumorales se oculten del sistema inmunitario. Conociendo estos mecanismos de respuesta se pueden desarrollar nuevos fármacos que mejoren la función de identificar y eliminar las células cancerígenas.

“Para conseguir este propósito de identificación y eliminación, cuando las células cancerígenas están pasando desapercibidas en el organismo, se debe manipular el sistema inmunitario para que recupere esta función, y este es el marco en el que estamos trabajando”, señala el investigador.

Nano medicina para un tratamiento personalizado

La nano medicina es una especialidad de la biomedicina que puede aportar soluciones y el diseño de nuevos fármacos más eficientes. Mediante la nano medicina se trabaja combinando nanopartículas que permiten manipular la respuesta inmune, actuando específicamente en las células cancerígenas y no en las células sanas.

Una ventaja de las nanopartículas es que detectan las células cancerígenas y transportan el fármaco de forma dirigida al tumor para mejorar su eficacia y disminuir la toxicidad en la zona del daño tisular.

Así, permite el desarrollo de la medicina personalizada y de precisión, al actuar solo en las células que deben ser eliminadas, evitando gran parte de los efectos secundarios de la quimioterapia. Otra ventaja de las nanopartículas es que detectan las células cancerígenas y transportan el fármaco de forma dirigida al tumor; facilitando incluso la entrada en la célula tumoral para mejorar su eficacia y disminuir la toxicidad en la zona del daño tisular.

En la investigación de nanopartículas se tiene que analizar la interacción de esta con su entorno biológico, dependiendo de esta relación de la nanopartícula con las biomoléculas que la rodeen, determinará la eficiencia del fármaco, ya que influye en la absorción, distribución y los mecanismos de entrada en la célula, así como en la interacción con el sistema inmunitario. Dicha relación puede cambiar en especies y, por lo tanto, determinar la evolución de los ensayos preclínicos y clínicos.

octubre 16/2022 (SINC)

Referencia: 

Hernández, Á. P., Micaelo, A., Piñol, R., García-Vaquero, M. L., Aramayona, J.J., Criado, J. J., Fuentes, M. (2022). “Comprehensive and systematic characterization of multi-functionalized cisplatin nano-conjugate: from the chemistry and biocompatibility to the animal model”. Journal of Nanobiotechnology (2022)

La eficacia de las vacunas puede incrementarse significativamente, más de un 25 %, en caso de agregárseles nanopartículas de oro quirales orientadas hacia la izquierda en carácter de adyuvantes. Este descubrimiento se concretó en el marco de una colaboración internacional con participación de científicos brasileños. Y un artículo al respecto salió publicado en la revista Nature.

El referido estudio congregó a grupos de investigación de las universidades de Michigan, en Estados Unidos, y de Jiangnan, en China. La participación brasileña estuvo encabezada por André Farias de Moura, docente del Departamento de Química de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) e investigador del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs), de la FAPESP. El trabajo también contó con financiación de la FAPESP mediante una ayuda de investigación otorgada a Farias de Moura.

La investigación no se llevó a cabo con vacunas contra el COVID-19, ya que se puso en marcha mucho antes de la actual pandemia. Los científicos utilizaron vacunas desarrolladas para una cepa de virus de la gripe, que tampoco es la que está circulando actualmente en Brasil. Pero los resultados en principio pueden generalizarse a cualquier tipo de vacuna, mediante estudios complementarios, caso por caso, obviamente. Sucede que las nanopartículas de oro quiral orientadas hacia la izquierda no constituyen el principio activo de las vacunas, sino que hacen las veces de adyuvantes que potencian la respuesta del sistema inmunitario al inmunógeno.

“La clave para entender el aporte de estas nanopartículas está en el concepto de quiralidad, que se aplica a un objeto o a un sistema que no puede superponerse a su imagen en el espejo”, dice Farias de Moura.

Este término deriva de la palabra griega kheir, que significa mano. Y el ejemplo de quiralidad por excelencia lo constituyen precisamente nuestras manos derecha e izquierda. Cuando nos miramos al espejo con las dos manos hacia delante, la mano que vemos a la derecha de la imagen es nuestra mano izquierda. Y viceversa.

“Todo aquello que vive en el planeta Tierra es quiral. Las moléculas quirales pueden tener propiedades completamente distintas, ya sean cuando están orientadas hacia la izquierda o hacia la derecha. A ambas formas quirales de una misma molécula se las denomina enantiómeros. Un ejemplo trágico fue el de la talidomida, un fármaco elaborado para el tratamiento las de náuseas durante el embarazo que, en la década de 1960, causó un brote mundial de malformaciones en fetos. Sucedió que mientras uno de los enantiómeros de la sustancia exhibía el efecto terapéutico esperado, el otro provocaba atrofia en los miembros del bebé en gestación”, afirma Farias de Moura.

Cómo se realizó

El investigador informa que, en actual estadio del estudio de los nanomateriales, es posible separar completamente un enantiómero del otro. Y el estudio en cuestión se basó precisamente en esta posibilidad. “Partimos de nanopartículas de oro, que por ser simétricas no exhiben quiralidad. Son aquirales. E inducimos la quiralidad en ellas, haciéndolas interactuar primeramente con el aminoácido cisteína, y en la etapa siguiente intensificamos aún más la quiralidad inducida, mediante la exposición de las nanopartículas a la luz polarizada, utilizando el aminoácido fenilalanina como antena para sintonizar la luz”, informa.

La quiralidad se mide de acuerdo con el llamado “factor g”, en una escala que va de menos dos (-2) a más dos (+2). Este procedimiento permitió llegar a un valor de g mayor que 0,4. De ello resultaron tres tipos de nanopartículas: el oro original, aquiral, el enantiómero derecho y el enantiómero izquierdo.

“Primeramente, pusimos a prueba las nanopartículas en cultivos in vitro de células del sistema inmunitario humano. Y verificamos que las nanopartículas quirales inducían la producción de sustancias asociadas a la respuesta inmune aun en ausencia de antígenos, es decir, en ausencia de algo capaz de producir los anticuerpos. En una vacuna, la labor del adyuvante consiste precisamente en generar este tipo de reacción”, comenta Farias de Moura.

Luego, el equipo puso a prueba las nanopartículas en una cepa de influenza virus. “Constatamos que los enantiómeros generaban un gran aumento de la eficacia de la vacuna aplicada. El enantiómero izquierdo específicamente produjo un incremento de la eficacia del 25,8 % en comparación con el enantiómero derecho, y mayor aún en relación con la nanopartícula aquiral”, añade Farias de Moura.

El investigador hace hincapié en que este conocimiento ha sido publicado y se encuentra a disposición de quienes deseen utilizarlo. “Cualquier fabricante de cualquier tipo de vacuna, incluso los de las que se aplican contra las nuevas variantes del coronavirus o del virus de la influenza, podrá hacer uso del mismo. No somos desarrolladores de vacunas, pero sí estamos ofreciéndoles un conocimiento básico, una plataforma tecnológica nueva a quienes las desarrollen”, culmina.

abril 29/2022 (Dicyt)

Los investigadores, que han publicado el estudio en la revista científica Frontiers in Immunology, han producido los anticuerpos mediante cultivos celulares en el laboratorio y afirman que la producción ya puede escalarse para su aplicación clínica.

Además, estos anticuerpos tienen un gran potencial para la detección del virus, por lo que pueden ser de gran utilidad para diferentes formatos de test antigénicos del SARS-CoV-2. El CSIC ha patentado esta tecnología y busca empresas interesadas en llevar estos anticuerpos al mercado.

Los investigadores del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) dirigidos por Luis Ángel Fernández y José María Casasnovas, seleccionaron los nanoanticuerpos que mejor se unían a la región de la proteína viral S (spike) del SARS-CoV-2 y que bloqueaban la entrada del virus en la célula.

Los ensayos ‘in vitro’ en células infectadas con SARS-CoV-2 identificaron aquellos con una mayor actividad neutralizante del virus en la plataforma de antivirales del instituto del CSIC, dirigida por los investigadores Urtzi Garaigorta y Pablo Gastaminza.

Los ensayos ‘in vivo’ se realizaron en el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA-CSIC) por Miguel Ángel Martín Acebes y Juan Carlos Saiz. Los investigadores demostraron el potencial terapéutico de cuatro de estos anticuerpos. La administración de una única dosis de estos anticuerpos protegió de la muerte causada por la COVID-19 a entre el 85 y 100 por cien de los animales infectados, que se recuperaron completamente en dos semanas.

Mediante ingeniería de proteínas se han humanizado las regiones VHH de estos anticuerpos, lo que permitirá su aplicación directa en ensayos clínicos. Estos anticuerpos podrían administrarse a pacientes infectados con SARS-CoV-2 que tuvieran riesgo de evolución a enfermedad severa (por ejemplo, pacientes inmunodeprimidos, que no hayan generado inmunidad tras vacunación, o no vacunados) y así paliar las consecuencias más graves de la COVID-19, incluida la muerte.

Los dromedarios, clave en el estudio

Los grupos de investigación del CNB-CSIC han desarrollado estos anticuerpos partiendo de segmentos generados por inmunización de dromedarios en colaboración con Juan Alberto Corbera, de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.

Posteriormente, fueron clonados en bacterias ‘E. coli’ en el CNB-CSIC. «Los camélidos (dromedarios, llamas, alpacas, etc.) producen un tipo de anticuerpos capaces de reconocer al antígeno con una sola cadena de proteína, en lugar de dos como en el resto de especies animales. Así, la zona de reconocimiento del antígeno en estos anticuerpos es de menor tamaño, y pueden alcanzar regiones en la superficie de virus y bacterias inaccesibles de otro modo», explica Luis Ángel Fernández, que dirige el grupo de ingeniería bacteriana del CNB.

En el laboratorio aislaron la zona de unión de estos anticuerpos, fragmentos de pequeño tamaño conocidos como nanoanticuerpos con gran capacidad de bloquear a virus y bacterias. «Al tener secuencias muy similares a las de los anticuerpos humanos, pueden utilizarse directamente en terapia sin generar rechazo», señala Fernández. Además, tienen algunas propiedades muy útiles, como su mayor estabilidad y resistencia a condiciones extremas.

abril 25/2022 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Referencia:

Casasnovas, J. M., Margolles, Y., Noriega, M. A., Guzmán, M., Arranz, R., Melero, R., … & Fernández, L. Á. Nanobodies protecting from lethal SARS-CoV-2 infection target receptor binding epitopes preserved in virus variants other than omicron. Frontiers in Immunology, 1797.

Aunque algunas nanopartículas estén denostadas, como aquellas usadas en cremas solares, su uso en medicina está siendo investigado de cerca por numerosos científicos en el mundo.

La nano medicina usa las propiedades de lo infinitamente pequeño, asegura Jean-Luc Coll, presidente de la sociedad francesa de nano medicina.

«Las nanopartículas miden de uno a algunos cientos de nanómetros», una unidad que equivale a una milmillonésima parte de un metro, explica.

«Lo más importante a entender es que se trata de un ensamblaje de varias moléculas con distintas funciones», añade.

Con la nano medicina, «fabricamos estructuras que se parecen en talla a los virus. Cuando ponemos juntas moléculas en una nanopartícula, esto genera funciones nuevas y múltiples, este es el interés del nanobjeto», expone Coll.

Una gran parte de la población mundial ya ha conocido de cerca estas partículas, puesto que las vacunas anticovid de ARN mensajero las utilizan.

En este caso, nanopartículas lipídicas son las encargadas de transportar el ARN y protegerlo dentro del cuerpo hasta entregarlo a su destino. No es más que una de las numerosas aplicaciones en nano medicina.

Las nanopartículas pueden transportar un medicamento hasta su objetivo o permiten usar un principio activo que hasta ahora no podía ser administrado, con un uso potencial en varios dominios como el diagnóstico, la medicina regenerativa o la oncología.

En las afueras de París, en Villejuif, la biotecnológica Nanobiotix desarrolla un producto que espera que permita combatir el cáncer gracias a una nanopartícula de hafnio, un metal dotado de una fuerte capacidad de absorción de radiaciones.

En su laboratorio, Nanobiotix crea una fórmula que será inyectada en pacientes tratados en radioterapia.

«La radioterapia genera daños antes y después del tumor, lo que limita el uso de dosis fuertes», explica Laurent Levy, fundador de esta firma.

Para esquivar este problema, «introduciremos localmente pequeños objetos que van al interior de la célula cancerígena y que van a absorber la energía de la radioterapia. Este producto aumentará la eficacia sin aumentar la toxicidad en el exterior del tumor», agrega.

Además de esta acción local, Nanobiotix, fundada en 2003, estudia una acción sistemática. «Encima de destruir físicamente el tumor, ponemos de relieve las diferentes partes de este, que pasan a ser reconocibles por el sistema inmunitario», algo que normalmente no ocurre, señala Levy.

La firma, que cotiza en París y Nueva York, ha iniciado un ensayo clínico para estudiar esta acción inmunitaria. No son los únicos, hay otros ensayos en marcha en estados más avanzados para tumores en el cerebro y la garganta.

Es un campo en expansión. Otra sociedad francesa, NH TherAguix, desarrolla un nano medicamento para mejorar el tratamiento de los tumores por radioterapia.

El principio, sobre el papel, parece simple. En realidad, hacen falta años de investigación para que el proceso se estabilice.

«La nanomedicina es rica en aplicaciones, pero va con retraso por la naturaleza de los objetos manipulados y la dificultad de obtener un producto cuya composición esté garantizada en cada lote«, indica Jean-Luc Coll.

Pero «estamos en medio del paso» y, pese a la falta de financiación en nano medicina, las vacunas de ARN mensajero y sus envoltorios nano lipídicos han dado «un alumbrado mágico». «Es el ejemplo que hacía falta», asegura Coll.

febrero 18/2021 (AFP) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Los genes que han mutado y contribuyen al desarrollo de un cáncer son denominados oncogenes. Uno de los más relevantes en procesos tumorales es el gen p53, ya que se estima que más del 70 por ciento de los tumores sólidos y hematológicos presentan mutaciones puntuales de este oncogén. Por esta razón, un estudio internacional liderado por investigadores del Centro de Investigación del Cáncer (CIC, centro mixto de la Universidad de Salamanca y del CSIC) y del Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL), tiene una gran relevancia al utilizar p53 como biomarcador diagnóstico y diana terapéutica en el diseño de una nueva metodología que, mediante el uso de nanotecnología de alta sensibilidad, permite mejorar el diagnóstico y diseñar nuevos fármacos oncológicos.

“Mediante esta investigación se ha caracterizado p53 y las mutaciones puntuales más prevalentes a nivel clínico en su interacción con una proteína, conocida como MDM2, y un fármaco inhibidor de dicha interacción”, destaca Manuel Fuentes, investigador del CIC (CSIC-USAL) y del IBSAL responsable del proyecto.

En concreto, se ha desarrollado un sistema in vitro que permite evaluar en tiempo real cómo la mutación puntual del oncogén puede afectar a la eficacia del fármaco Nutlin3, empleado como inhibidor de la proteína MDM2. En este estudio, se han identificado tres grupos de mutaciones de p53: aquellas que pueden inducir resistencia al fármaco, dado que no se ha detectado interacción con el fármaco y MDM2; aquellas que siguen siendo sensibles al fármaco y, por último, otras mutaciones que podrían, tal vez, implicar a nivel terapéutico un pequeño incremento de la dosis, siempre dentro de los márgenes de bioseguridad del fármaco.

Estos resultados abren una nueva perspectiva en el análisis masivo de proteínas tumorales y nuevos fármacos, dado que permiten identificar nuevas dianas terapéuticas y aportar información, en tiempo real, de la afinidad de los fármacos con la proteína de interés. Además, esta investigación implica la innovación tecnológica de haber diseñado y desarrollado una nueva estrategia de proteómica funcional de base nano tecnológica, que ha sido empleada con éxito a la hora de evaluar el efecto de posibles fármacos en uno de los marcadores tumorales con mayor relevancia clínica.

“Junto a esto, se ha realizado la integración con el análisis in silico a nivel estructural, demostrando así la compatibilidad de esta aproximación con la química computacional, muy relevante para el diseño y desarrollo de nuevos fármacos”, añade Fuentes.

El resultado del análisis multidisciplinario de las características de p53, abre la posibilidad de que se puedan combinar los tratamientos dirigidos a las células cancerígenas junto con inmunoterapia oncológica. Además, esta investigación se puede aplicar para determinar cómo las mutaciones puntuales de p53 pueden afectar al tratamiento de varios tumores con estos fármacos, ya que la nueva metodología permite estudiar la interacción del fármaco con su diana y comparar múltiples mutaciones puntuales, de forma simultánea y en un solo paso. Este procedimiento permite discriminar rápidamente entre los mutantes de p53 sensibles y los mutantes resistentes al tratamiento, lo que abre nuevas perspectivas terapéuticas.

El trabajo es fruto de una colaboración internacional liderada por un grupo de investigación del CIC (CSIC-USAL), que forma parte de Conexión Nano medicina y de la Plataforma Interdisciplinaria Salud Global (PTI+Salud Global), ambas del CSIC; en la que han participado la Universidad de Pittsburgh (Estados Unidos), el Biodesign Institute (Estados Unidos) y el Instituto Tecnológico de Bombay (India).

febrero  14/2022 (Dicyt)

La clave del tratamiento de estas lesiones está en la regeneración, punto de partida y centro de una investigación pionera liderada por Diogo Trigo, de la Universidad de Aveiro, Portugal. Su proyecto NanoSpin: liberación de fármacos mediado por nanopartículas para las lesiones de la médula espinal, ha sido seleccionado durante la última edición de CaixaResearch Validate y Consolidate 2021 de la Fundación La Caixa, que desde 2015 busca fomentar la innovación y la transferencia tecnológica para que lleguen a la sociedad y al mercado con becas de hasta 100 000 euros.

‘Nanospin’ es un nanomaterial que libera fármacos para regenerar el tejido nervioso

En resumen, esta terapia innovadora que proponen los investigadores, denominada NanoSpin, consiste en un nanomaterial -biocompatible y biodegradable- implantable en el paciente, que libera fármacos capaces de regenerar el tejido nervioso, específicamente en los axones lesionados, de forma controlada. La liberación gradual de estos fármacos prorregenerativos activa los mecanismos de regeneración neuronal y, además, inhibe la formación de la cicatriz glial, que puede impedir una recuperación funcional completa.

El axón es una parte clave de las células nerviosas -neuronas-, cuya función es transmitir una señal electroquímica a otras neuronas. Pueden llegar a cubrir grandes distancias, por ejemplo, en las neuronas que componen los nervios que van desde la médula espinal hasta los pies, y llegar a medir casi un metro. Por tratarse del puente principal de comunicación entre neuronas, una lesión medular que los dañe puede tener consecuencias severas para el sistema motor del cuerpo humano.

Cualquiera puede tener una lesión medular

“El impacto social que puede tener este problema es enorme. Le puede ocurrir a cualquiera de nosotros. Puedes estar cruzando la calle y ser atropellado por un automóvil o verte involucrado en un accidente. También cualquier caída tiene el potencial de provocar una lesión en la médula espinal”, ha explicado Diogo Trigo, quien ha realizado estancias en el King’s College de Londres,  Reino Unido, y en la Universidad de Copenhague, Dinamarca.

Este enfoque es innovador, hasta el punto de que, durante años, en los casos de pacientes con lesiones medulares incapacitantes, se asumía que las repercusiones eran irreversibles y tendrían que vivir el resto de su vida con ellas. Es el caso del actor Christopher Reeve, conocido en la gran pantalla por interpretar a Superman, y a quien un accidente de equitación truncó su carrera.

“A pesar de ser un caso mediático, más que intentar resolver sus lesiones, se asumió que la manera en la que un paciente quedara después de un accidente sería su realidad hasta el final de sus días. Me parece algo inaceptable, y aunque todavía queda un largo camino por recorrer, el progreso que hemos logrado en solo unas pocas décadas muestra que este es un problema que la ciencia debería poder resolver”, ha subrayado Trigo.

NanoSpin comenzó como un ejercicio teórico, un proyecto académico sin intención real de ser explorado cuando Trigo era estudiante de doctorado en 2009. En los años siguientes, sin embargo, comenzó a desarrollar habilidades y conocimientos en el campo, y, eventualmente, alrededor de 2017 se preguntó qué ocurriría si intentaba desarrollar ese proyecto ya con nuevas habilidades y experiencia para poder llevarlo a cabo. En la actualidad, está en fase de descubrimiento, en cultivo celular, optimizando el mejor biomaterial para proceder entonces con los ensayos.

“Nuestra financiación actual incluye algo de experimentación in vivo, que llevará al proyecto hasta los ensayos clínicos previos. Estos se están diseñando en paralelo, con una hoja de ruta regulatoria para garantizar el cumplimiento de los estándares de seguridad, con el objetivo de obtener la aprobación para proceder con los ensayos clínicos lo antes posible”, ha revelado el investigador.

Calcula que harán falta unos cinco años para comenzar la primera fase de los ensayos clínicos, cuyo objetivo es evaluar la seguridad y la toxicidad del tratamiento. Esto también dará a los investigadores los primeros resultados de eficacia en humanos. Aunque para verlo en hospitales aún queda algo más, una fecha que depende tanto del éxito de la investigación como de la financiación. “Los ensayos clínicos podrían estar terminados en 10 años, aunque los pacientes que participen en esos ensayos se beneficiarán de NanoSpin antes, en un intervalo de 5 a 10 años”, ha añadido Trigo.

Los fármacos que se exploran activan mecanismos que promueven la regeneración neuronal

A pesar de estar centrado en la médula espinal, NanoSpin pretende ser una terapia de carácter regenerativa con un sistema de administración de fármacos adaptado a las neuronas, dado que tiene el potencial de ser explorado en muchas patologías, desde neuropatías periféricas hasta ELA.

Los fármacos que se están explorando durante el desarrollo de esta terapia tienen algunas características específicas, como el hecho de estar aprobados para su uso en humanos, con propiedades prorregenerativas.

Minimizar la cicatriz glial

Es decir, estos fármacos activan mecanismos en la neurona que promueven el crecimiento y la regeneración neuronal de manera guiada (esencial para asegurar que la regeneración ocurre en la dirección correcta), ya que las neuronas de la médula espinal no se regeneran por sí solas. Además, son fármacos antiinflamatorios.

La importancia de evitar o minimizar la formación de la cicatriz glial por medio de la acción antiinflamatoria radica en el daño irreversible que puede provocar la aparición de la misma. Una lesión en la médula espinal es similar a cuando se corta un cable eléctrico y se vuelven a conectar los dos extremos para restaurar la conducción de la señal.

En el proceso lesivo hay mucho trauma, inflamación, muerte celular y degeneración. Durante esta situación, las células gliales (que sostienen a las neuronas en el sistema nervioso), terminan formando un tejido cicatricial fibrótico. Este tejido impide físicamente a las neuronas que se puedan regenerar de manera correcta, aunque recibieran órdenes de hacerlo.

También hay otra hipótesis de futuros tratamientos, menos relacionados con las neuronas, en la que el equipo de investigación de Trigo no está enfocado en la actualidad. En concreto, se podría utilizar el biomaterial para administrar otros medicamentos o células madre, orientados a problemas como el condrosarcoma, para los trasplantes de condrocitos o incluso en injertos de piel.

febrero 9/2023 (Diario Médico)

La hipertermia magnética es un tratamiento experimental antitumoral que podría ser útil para el cáncer de páncreas. Consiste en el empleo de nanopartículas magnéticas que generan calor al ser expuestas a un campo magnético alterno externo inocuo para los tejidos.

Para avanzar en esta línea, investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza, y del CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), han estudiado varios parámetros críticos en su efectividad, y han detectado un aumento de la respuesta inmune en los modelos animales y una mayor inhibición del crecimiento tumoral.

Este trabajo, publicado en la revista ACS Applied Materials and Interfaces, donde se estudió el efecto de la hipertermia magnética en cáncer de páncreas, dada la peculiaridad de este tipo de cáncer de tener una matriz extratumoral muy densa, que dificulta la llegada de los fármacos en tratamientos convencionales.

“La hipertermia magnética es de especial interés en este tipo de tumores porque puede tener un efecto dual ayudando a la matriz extracelular a ser más permeable y provocando la muerte de las células tumorales. La sinergia de este tratamiento con terapias convencionales podría resultar de gran relevancia”, explica Laura Asín, investigadora del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, CSIC-UNIZAR) y del CIBER-BBN.

Durante los experimentos se emplearon distintos tipos de modelos biológicos. Mediante modelos celulares 3D basados en geles de colágeno, donde se alojan las células de cáncer de páncreas, se optimizaron las condiciones del campo magnético alterno para obtener la máxima muerte celular posible. A continuación, se realizaron experimentos en un modelo de cáncer de páncreas de ratón, que demostraron, de forma preliminar, que el tratamiento de hipertermia magnética es capaz de estimular la producción de moléculas relacionadas con la activación de la respuesta inmune.

“La activación de las propias defensas del individuo tratado con hipertermia magnética podría suponer una gran ventaja, ya que aportaría una respuesta antitumoral extra con la que combatir las células tumorales”, añade Valeria Grazú, investigadora del INMA y del CIBER-BBN.

Distribución impredecible y heterogénea

Las nanopartículas magnéticas se inyectan directamente en el tumor para asegurar su presencia en mayores cantidades en esa zona y obtener una mejor respuesta. En este sentido, uno de los avances más novedosos y relevantes de este trabajo es que las nanopartículas magnéticas presentan una biodistribución impredecible y heterogénea en los animales.

En algunos ratones se detectó la presencia de estas nanopartículas en órganos como el bazo y el hígado, mientras que en otros casos los niveles fueron indetectables y se mantuvieron principalmente en el tumor. La diferencia en la biodistribución podría estar relacionada con la efectividad del tratamiento, ya que en los animales que presentaban mayor carga de nanopartículas en el tumor este creció menos.

enero 05/2021 (Dicyt)

La estrategia consiste en la implantación de células madre adultas, previamente obtenidas a partir del tejido adiposo, es decir grasa corporal, cargadas con nanopartículas magnéticas, y luego direccionadas de manera externa mediante el uso de un imán hacia el lugar del daño. El estudio, publicado en Acta Biomateralia y seleccionado entre miles por la prestigiosa revista Science para comentarlo,  permitió comprobar que la técnica contribuye a la recuperación de la morfología del nervio y su funcionalidad.

Las lesiones de los nervios periféricos –aquellos que están por fuera del sistema nervioso central– son frecuentes y, en algunos casos, ocasionan la disminución o pérdida de movilidad del área dañada, provocando ocasionalmente una discapacidad permanente si no son tratadas a tiempo. Las investigaciones para dar con terapias que permitan la regeneración nerviosa, basadas en el uso de células madre adultas, han mostrado resultados alentadores, pero chocan con un obstáculo importante: asegurar la permanencia de un número suficiente de células en el sitio lesionado durante el tiempo necesario para producir los efectos terapéuticos.

En el trabajo publicado, las expertas combinaron sus experiencias previas en, por un lado, el trasplante de células madre adultas para la regeneración de nervios periféricos y, por otro, el uso de materiales magnéticos en aplicaciones biomédicas “con el objetivo único de mejorar el arribo y la retención de las células madre que tienen las propiedades regenerativas de interés para la terapia en el sitio donde está la injuria”, según comenta Marcela B. Fernández van Raap, investigadora del CONICET en el IFLP, donde es referente de la línea de investigación en nanomagnetismo, y una de las autoras de la investigación.

El primer paso de la terapia, testeada in vivo en ratas adultas de laboratorio, consistió en la obtención de las células mesenquimales, un tipo de células adultas y multipotentes que tienen la capacidad de diferenciarse en diversos tipos celulares (entre otros, en células de Schwann, que son un elemento clave en la regeneración de nervios periféricos) y secretan factores tróficos y regulan la respuesta inmune, todos mecanismos de acción propuestos para ejercer su efecto regenerativo. La extracción se realizó a partir del tejido adiposo de los mismos animales que tenían la lesión, en un procedimiento parecido al de una liposucción.

Una vez obtenidas, las células en cultivo fueron incubadas con nanopartículas magnéticas de magnetita, u óxido de hierro, un material biocompatible y de baja toxicidad. “Cuando entran en contacto, las células endocitan a las nanopartículas, es decir deforman su membrana celular, las envuelven e incorporan. Se las ‘comen’. Por eso decimos que las células se vuelven magnéticas, porque ahora tienen adentro las nanopartículas”, cuenta Paula Soto, quien realizó su doctorado en el IQUIFIB como becaria del CONICET y fue la primera autora del trabajo.

“De esta forma, se obtiene un material híbrido que tiene distintas propiedades: por un lado, las de las células con sus factores de crecimiento y efectos inmunomoduladores y, por otro, el magnetismo de las nanopartículas, lo que hace que pueda ser accionado de forma externa con un campo magnético”, añade Fernández van Raap.

Según explica Patricia Setton-Avruj, investigadora del CONICET y directora del Laboratorio de Células Multipotentes en Neuroregeneración del IQUIFIB, también autora del trabajo, en anteriores experiencias de trasplantes de células multipotentes por vía endovenosa hemos demostrado que estas son reclutadas o convocadas hacia el lugar de la lesión por señales biológicas generadas como consecuencia de la reacción inflamatoria provocada allí.

 “El nervio lesionado secreta esas señales que atraen a las células trasplantadas. El hecho de que hayamos logrado magnetizar las células permite vehiculizarlas y manejarlas desde el exterior con el imán, lo que ayuda a hacer más eficiente su llegada y a que queden retenidas en la zona de la injuria por mayor tiempo y puedan tener un efecto benéfico más significativo”, destaca.

Una vez caracterizadas las células cargadas con las nanopartículas, y establecidas las cantidades incorporadas por las células, fueron trasplantadas en el torrente sanguíneo mediante una inyección endovenosa, y se colocó el imán en la parte externa de la pata del animal, en la zona de la lesión, con un apósito durante 24 horas para atraerlas y retenerlas en ese lugar. “Se trata de un procedimiento no invasivo, no requiere cirugía ni inmovilización, y no provoca dolor ni sufrimiento”, subrayan las expertas.

Recuperación de la estructura y funcionalidad del nervio

Uno de los resultados alentadores de esta estrategia innovadora fue que al cabo de una semana y mediante estudios de microscopía electrónica y electrofisiología pudo verse la recuperación de la estructura y funcionalidad del nervio, respectivamente. “No siempre la regeneración implica recuperación funcional. En este caso sí, se obtienen respuestas a los estímulos. Pudimos corroborar que recobra parte de su funcionalidad”, destaca Soto. “Lo que se logra es un proceso de remielinización, es decir se recupera la mielina, membrana especializada que facilita la velocidad de conducción del impulso nervioso. Cuando hay una lesión, el nervio se desmieliniza”.

Las expertas se entusiasman con la idea de que esta técnica pueda ser potencialmente trasladada a una población adulta, y subrayan que es aplicable a cualquier nervio periférico. “En el sistema nervioso central sería más difícil. Las células trasplantadas podrían llegar y ejercer su efecto, pero sería más complejo lograr su direccionamiento a través de un imán externo. La localización del nervio ciático lo hace más accesible a las fuerzas magnéticas externas”, concluye Setton-Avruj.

octubre 27/2021 (Dicyt)

 Referencia:
Soto, P. A., Vence, M., Piñero, G. M., Coral, D. F., Usach, V., Muraca, D., Fernández van Raap, M. B., … & Setton-Avruj, C. P. (2021). Sciatic Nerve Regeneration After Traumatic Injury Using Magnetic Targeted Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells. Acta Biomaterialia. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.05.050

Según datos de la Organización Mundial de la Salud el cáncer es la segunda causa de muerte en el mundo, ocasionando cada año 10 millones de defunciones. Conscientes de este problema, investigadores de la Universidad de Valladolid centran sus esfuerzos en buscar en la nanomedicina alternativas a los tratamientos oncológicos actuales que permitan mejorar el diagnóstico y el tratamiento.

“Con esta pandemia hemos aprendido que la ciencia y la investigación es el camino para solucionar los problemas que se nos presentan como sociedad, y el cáncer es uno de ellos. La nanomedicina no solamente tiene implicaciones para el futuro, sino que tiene un gran impacto en la actualidad facilitando el tratamiento y el diagnóstico de la enfermedad, lo cual se traduce directamente en mayores tasas de curación y menos incomodidades para los pacientes», señala Juan González Valdivieso, miembro del equipo de investigación del Grupo de Materiales Avanzados y Nanobiotecnología (Bioforge) que acaba de publicar una revisión sobre la materia en International Journal of Pharmaceutics.

Una de las principales características del cáncer es la multiplicación rápida de células cancerosas que se extienden más allá de sus límites habituales y pueden invadir partes adyacentes del cuerpo o propagarse a otros órganos. Además, las células sanas no son lo suficientemente fuertes para competir con las células cancerosas por los nutrientes que se encuentran en la sangre, ya que se sabe que estas últimas tienen un estado metabólico más rápido y consumen todos los nutrientes.

Hasta el momento, la fórmula más extendida y viable para combatir esta enfermedad ha sido la quimioterapia, no obstante, este tratamiento, aunque en ocasiones es eficaz, presenta algunas limitaciones, como una baja especificidad en el tratamiento de los diferentes tipos de cáncer, y los efectos secundarios que provoca en los tejidos sanos.

Nanomedicina: un futuro alentador

Investigadores de todo el mundo están trabajando en el desarrollo de terapias alternativas a la quimioterapia que den solución a estas dos limitaciones tratando de producir innovadores dispositivos médicos de precisión, y desarrollando tratamientos más específicos. Una de las soluciones pasa por la nanomedicina y los biomateriales, tal y como demuestran investigadores de la Universidad de Valladolid.

Pero, ¿qué es la nanomedicina? Es una combinación de nanotecnología, biomedicina, biomateriales y ciencias farmacéuticas que tiene como objetivo mejorar la biodisponibilidad, la respuesta a la dosis y la especificidad de los agentes terapéuticos.

“El uso de la nanomedicina no se limita únicamente a mejorar la especificidad de los fármacos, sino que también mejora la accesibilidad de estos en el organismo. Cuando un fármaco es inyectado, este interactúa con componentes de la sangre, disminuyendo la cantidad de fármaco que llegará al tumor e incluso cambiando sus propiedades. La nanomedicina ha demostrado que es capaz de mejorar la velocidad con la que los fármacos se mueven por el torrente sanguíneo y proteger a los fármacos de esas interacciones en la sangre. Otro de los grandes problemas de la quimioterapia, en general, es que los fármacos tienen muy baja solubilidad, por lo que se necesitan grandes dosis para conseguir efectividad antitumoral. En este sentido, la nanomedicina mejora la solubilidad de los fármacos, reduciendo la dosis necesaria de fármaco y por lo tanto la posible toxicidad en el paciente», explica Valdivieso.

Aunque faltan ciencia y camino por recorrer, la nanomedicina ya se está empleando en medicina clínica como opción de la quimioterapia, tal y como señala este biólogo: “El fármaco Doxil se usa desde hace más de dos décadas en pacientes con leucemia aguda, cáncer de ovario o sarcoma de Kaposi. Otro ejemplo es Abraxane, empleado en pacientes de cáncer de mama, páncreas o pulmón y que consiste en una nanopartícula, empleada para transportar anticuerpos o medicamentos, que contiene el fármaco Paclitaxel, que ha demostrado mejorar la efectividad terapéutica del fármaco sin tener que usar medicaciones previas, lo que sin duda agradecen los pacientes».

La investigación continúa y según adelanta el investigador del Bioforge, próximamente se publicarán los resultados de una investigación de nanopartículas desarrolladas con muestras de pacientes de cáncer de páncreas. “Se trata de la primera vez que se describe el potencial terapéutico de este tipo de estrategia quimioterapéutica en uno de los tipos de cáncer más mortales del mundo. El trabajo realizado en colaboración con un grupo de investigadores de Londres del University College London y Royal Free Hospital, describe la eficacia antitumoral en muestras procedentes de pacientes de cáncer de páncreas y, además, se ha confirmado en ratones la seguridad del tratamiento para el organismo».

 octubre 20/2021 (Dicyt)

Referencia:

Gonzalez-Valdivieso J., Girotti A., Schneider J., Arias F.J.: Advanced nanomedicine and cancer: Challenges and opportunities in clinical translation. International Journal of Pharmaceutics, Volume 599, 2021, 120438, ISSN 0378-5173, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120438

Este grupo internacional de universidades -del que forman parte las americanas Harvard, Emory, Rutgers, Georgia Techs, y la de Siegen (Alemania)- busca una solución barata y eficaz para un problema de salud que afecta a millones de personas en el mundo y que son la primera causa de amputaciones. Se estima que en el mundo hay unos 45 millones de pacientes con heridas crónicas avanzadas (las que no responden a las terapias tradicionales), por lo que se considera una de las necesidades de salud más urgentes.

“A pesar de existir numerosos remedios comerciales para este tipo de lesiones, no siempre son efectivos y algunos que emplean alta tecnología resultan muy caros para los sistemas de salud”, explica el investigador principal del estudio, Morteza Mahmoudi, experto en nano medicina y medicina regenerativa en la MSU.

Tras años de estudio sobre los materiales más avanzados para curar el tejido cardiaco, luchar contra las infecciones y reforzar el sistema inmunológico,este grupo investigador publicó recientemente en Molecular Pharmaceutics (julio 2021) un proyecto muy avanzado de apósito sintético antibacteriano y autodegradable.

El grupo de investigación, en el que participan Pablo Taboada, director del Grupo de Física de Coloides y Polímeros, y Carmen Alvarez-Lorenzo, catedrática de Tecnología Farmacéutica, ambos de la USC, ha colaborado en un pequeño ensayo piloto del apósito experimental, con resultados muy prometedores: 13 pacientes de heridas crónicas se curaron.

El proyecto ha dado un salto adelante al contar con una empresa en el Reino Unido para supervisar el desarrollo y la aprobación de la nueva tecnología, y acaban de ganar una beca Eurostar para acelerar el desarrollo del producto.

Buscan replicar la matriz extracelular

En el artículo arguyen que hay variadas tecnologías que ayudan a curar heridas crónicas estimulando la regeneración de los tejidos y, por tanto, requieren recolectar células naturales con procesos complejos y costosos que suben el precio del producto y lo dejan fuera del alcance de muchas personas y de los propios sistemas de salud. Por eso han ideado un producto a base de biopolímeros ya preparados, con costos de producción bajos, a los que añaden nuevos materiales para poder curar las heridas.

El estudio, centrado en la restauración de los mecanismos de reparación que aporta un apósito multifuncional, explica detalladamente su desarrollo, que arranca de una estructura flexible de nano fibras de polímeros naturales (como el colágeno que tenemos en la piel y el cartílago), una especie de andamiaje 3D para inducir la migración celular y el desarrollo de vasos sanguíneos nuevos. “Básicamente replicaría la función de la matriz extracelular, el soporte natural del tejido que está vivo y sano”, comentan los autores, agregando que a dicha estructura se pueden incorporar proteínas, péptidos y nanopartículas que combaten las bacterias, para animar al sistema inmune a hacerse cargo de esa tarea. Así lo habían reflejado previamente en trabajos publicados en Nature Nanotechnology y Trends in Biotechnology.

“Es muy importante que las propiedades físicas y mecánicas del apósito se parezcan mucho a las de la piel porque, para poder curar, las nuevas células tienen que sentirse como en casa”, explica Mahmoudi, resaltando que el apósito que ensayan se degrada con el tiempo, sin necesidad de que nadie lo tenga que cambiar o retirar, lo que evita infecciones.

Los investigadores habían entrevistado a muchos profesionales de la salud sobre lo que necesitaban específicamente para curar las heridas crónicas y se pusieron a trabajar en la solución de problemas. “Las heridas crónicas son uno de los temas más complicados que los sanitarios tienen que tratar. Para que un apósito sea funcional tiene que resolver todos los problemas, es decir que sea fácil de usar, práctico y barato para favorecer a la mayoría de los pacientes”, arguye el coordinador del estudio.

Varios tipos de heridas crónicas

El ejemplo más conocido de herida crónica es el de las úlceras del pie diabético, pero también están las úlceras venosas de las piernas (generalmente asociadas a síndrome postrombótico), y las úlceras de presión que padecen en distintas zonas de apoyo corporal muchas personas mayores inmovilizadas o paralizadas.

Se calcula que hay unos 400 millones de personas con diabetes en el mundo, y la cuarta parte podría desarrollar este tipo de lesiones en los pies a lo largo de su vida. Hasta un 30 por ciento fallecen en los cinco años siguientes a su aparición, no solo por las complicaciones propias de la herida que no cicatriza, sino que pueden agravarse por tener un flujo sanguíneo restringido y otros factores que enlentecen la respuesta del sistema inmunitario, o daño en el nervio que solapa el dolor de la herida y retrasa la búsqueda de tratamiento.

Cuanto más tarde en curarse una úlcera, más posibilidades de infección y de que haya complicaciones serias.

septiembre 1272021 (Diario Médico)

Para diseñar este material, los expertos probaron distintas combinaciones de átomos y moléculas hasta encontrar una composición química que les permitiera controlar, a través de los cambios de temperatura, la permeabilidad de la membrana. Esto es, la capacidad del material para abrir y cerrar sus poros, permitiendo así la salida de la medicación que contiene sin dañar zonas sanas. Los resultados aportan una base teórica para el futuro desarrollo de este recubrimiento.

El material que han simulado los investigadores tendría la misma función que la membrana del huevo de un anfibio, que contiene una masa gelatinosa y al embrión. En el caso del hidrogel diseñado por este equipo de investigación, la membrana funcionaría como una cápsula que contiene medicación y una nanopartícula. Esta última, al ser metálica, puede dirigirse a través de un sistema de imanes a zonas específicas del organismo. Una vez allí, se aplicaría calor para que la membrana abriera sus poros y liberara así los fármacos que contiene.

La simulación mediante programas informáticos permite a los investigadores recrear cómo actuaría la membrana que han diseñado átomo a átomo, en el interior del organismo bajo circunstancias como los cambios de temperatura. De este modo, los expertos analizan el material en detalle y obtienen información sobre cómo funcionaría en situaciones reales.

Polímeros y agua

El funcionamiento de estas nanopartículas se detalla en el estudio titulado How the shape and chemistry of molecular penetrants control responsive hydrogel permeability y publicado por ACS Nano, donde los científicos explican que estudiaron cómo controlar las reacciones químicas que ocurren dentro de los hidrogeles. “En concreto, intentamos diseñarlo con las mismas funciones que las enzimas artificiales. Estas emulan la actividad de las naturales y, una vez aplicadas a ciertas sustancias, pueden descomponer toxinas dañinas para el organismo”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga Rafael Roa.

Los científicos añaden que el material empleado para formular la membrana es el PNIPAM (Poly(N-isopropylacrylamide) (variously abbreviated PNIPA, PNIPAAm, NIPA, PNIPAA or PNIPAm) . Está formado por conexiones de polímeros y altas concentraciones de agua, por lo que posee la misma textura y viscosidad que la gelatina y, además, es sensible a la temperatura. El material desarrollado por los expertos tendría forma esférica y sería ochenta veces más pequeño que la punta de un cabello. “Al calentarlo y en función del líquido que contenga, al material se le abren poros diminutos por los que penetra el producto hasta la zona del organismo afectada. Cuando baja la temperatura, el polímero vuelve a cerrarse y es impenetrable”, detalla Rafael Roa.

Los investigadores explican que el PNIPAM, lleva cuarenta años utilizándose de manera experimental, pero hay pocas aportaciones teóricas que complementen esos estudios. Esta investigación aporta una base sólida de información para el futuro desarrollo de esta membrana.

Con el PNIPAM como base, los investigadores probaron a través de un programa informático distintas combinaciones de moléculas de agua y átomos como el hidrógeno o el carbono para simular las reacciones de la membrana ante distintos estímulos como los cambios de temperatura del cuerpo humano o los compuestos de las medicinas. “La dificultad de estas simulaciones reside en el nivel de detalle, dado que hemos tenido que comprobar átomo a átomo cuál es la combinación más adecuada para que la membrana funcione de la manera deseada. Además, sirven para aplicarlas en ensayos más amplios”, comenta Rafael Roa.

Actualmente, los científicos del Grupo de Investigación para Simulaciones de Materiales en Aplicaciones Energéticas (Research Group for Simulations of Energy Materials) están realizando simulaciones a mayor escala para ampliar los estudios teóricos sobre el PNIPAM y sus aplicaciones como biosensor; es decir, como complemento a las nanopartículas que detectan de manera selectiva sustancias químicas. Una vez desarrollado, podría emplearse en industrias como la alimentaria o la médica, entre otras.

Además, en futuras líneas de investigación los científicos analizarán métodos para degradar las membranas tras ser ingeridas a través de enzimas naturales, de manera que puedan retirarse del organismo de forma segura.

julio 13/2021 (Dicyt)

El tratamiento del dolor musculoesquelético constituye un reto clave debido a la corta duración del efecto anestésico que producen los tratamientos clínicos que existen, además de sus potenciales efectos secundarios.

En esta línea, investigadores del Instituto de Nano ciencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza, del CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nano medicina (CIBER-BBN) y del Instituto de Investigación Sanitaria de Aragón (IIS Aragón), en colaboración con investigadores de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Zaragoza, han desarrollado nano geles cargados con nano cristales de bupivacaína (anestésico comúnmente usado en anestesia epidural y en el control del dolor postoperatorio) obteniendo un elevado contenido de fármaco para una duración prolongada de la anestesia local.

Estos nano geles constituyen una alternativa a los analgésicos de mayor prescripción (antipiréticos, esteroides y opioides), que presentan frecuentemente efectos adversos como náuseas, vómitos, mareos y dependencia física, entre otros. Están formados por un polímero biocompatible derivado del polietilenglicol (PEG) que presenta propiedades termosensibles, de modo que se inyectarían a temperatura ambiente y al alcanzar la temperatura del cuerpo tras su administración sufren un cambio en su estructura, dando lugar a una reducción de su volumen y transformándose en una estructura hidrofóbica, controlando así la liberación del fármaco encapsulado en su interior.

Según explica Manuel Arruebo, investigador del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, INMA y del CIBER-BBN “hemos validado esta nueva forma de dispensar el anestésico local tanto en cultivos celulares como en experimentos animales, demostrando que aumenta al doble la duración del bloqueo del nervio ciático en comparación con la misma dosis del anestésico libre”.

La duración prolongada de la acción anestésica puede explicarse por la inmovilización regional de los nano geles en el sitio de inyección alrededor del nervio ciático debido a su carácter hidrofóbico, evitando la difusión de las partículas de fármaco y su rápida eliminación mientras interactúa eficientemente con los tejidos gracias a su cambio conformacional inducido por la temperatura. Los estudios han demostrado que este sistema de administración presenta una baja toxicidad y no da lugar a una respuesta inflamatoria debido a la lenta liberación del fármaco y a la elevada biocompatibilidad del polímero usado.

Una estrategia prometedora y con baja toxicidad

La encapsulación de nano cristales de fármacos es una estrategia prometedora, que permite reducir la cantidad total de fármaco necesaria para producir alivio del dolor con los consiguientes beneficios obtenidos de la reducción de la toxicidad.

Por su parte, los investigadores Teresa Alejo y Víctor Sebastián investigadores de la INMA y del CIBER-BBN afirman que “mediante estos sistemas se busca obtener un vehículo eficaz capaz de prolongar el efecto anestésico en su lugar de acción, evitando en lo posible los efectos secundarios. De este modo podrían emplearse para evitar una administración sistémica, reducir altas concentraciones en sangre y reducir los efectos secundarios no deseados de algunos tratamientos convencionales, pues permiten controlar la liberación del fármaco dentro del rango terapéutico deseado, evitando las consecuencias de un exceso de fármaco y los efectos negativos que ello implica”.

El 50 % de las ausencias laborales cortas y el 60 % de las permanentes

Asimismo, con esta técnica se piensa en la complacencia y comodidad del paciente, pues con una sola dosificación se lograría un efecto terapéutico prolongado. En Europa, con más de 500 millones de días de baja por enfermedad al año, el dolor músculo-esquelético provoca casi el 50 % de todas las ausencias laborales que duran al menos tres días y el 60 % de las ausencias laborales permanentes. En consecuencia, el dolor tiene un impacto enorme en la productividad laboral. Algunos datos señalan que el coste anual del dolor es mayor que el coste de las enfermedades cardíacas, el cáncer y la diabetes.

Por ello, el desarrollo de un anestésico local inyectable efectivo con una duración prolongada de su acción puede mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados por estas enfermedades.

junio 20/2021 (Dicyt)

En enero de este año la revista Science publicó un estudio de científicos de Alemania sobre el desarrollo de un nuevo tratamiento para la esclerosis múltiple. La propuesta, basada en el mismo diseño de la vacuna contra la COVID-19 que elaboraron los laboratorios de Pfizer y BioNTech, presentó resultados promisorios, ya que en modelos de ratón retrasó la progresión de la enfermedad, redujo su gravedad y no se observaron evidencias de inmunosupresión general como en otras terapias.

Actualmente se registran más de 2’5 millones de personas con esclerosis múltiple en el mundo, una enfermedad caracterizada como enfermedad inflamatoria, crónica y autoinmune del sistema nervioso central que provoca alteraciones en la sensibilidad del cuerpo, dificultades para coordinar movimientos y afecciones a la visión, entre otros síntomas. Hasta noviembre de 2020 la Corporación de Esclerosis Múltiple de Chile ha identificado cerca de 3 000 casos en el país, la mayor parte mujeres.

El académico del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Facultad de Medicina de la U. de Chile, Dr. Rodrigo Naves, explica que este nuevo tratamiento se basa en la generación de un ácido ribonucleico (ARN) mensajero, material genético que lleva el mensaje de un gen para producir una proteína. “En el caso de la vacuna para COVID-19, el ARN mensajero lleva la información codificada para fabricar la proteína Spike del coronavirus. En cambio, para esclerosis múltiple se usa un diferente ARN mensajero que codifica para una proteína que actúa como inductora de la enfermedad en un modelo experimental o pre clínico, conocido como Encefalomielitis Autoinmune Experimental (EAE)”, señala.

El avance de la ciencia ha desarrollado modificaciones en el ARN mensajero con el fin de incrementar su capacidad de producir proteínas y disminuir su inmunogenicidad, evitando la activación de respuestas inmunes que conduzcan a su eliminación. Otra importante modificación consiste en el encapsulamiento del ARN mensajero en nanopartículas de lípidos que le otorgan protección y favorecen su entrada en células del sistema inmune como las dendríticas y los macrófagos. Parte de este trabajo se evidencia en una investigación publicada en 2008 por Katalin Karikó, científica del laboratorio de BioNtech y co-autora de este nuevo tratamiento para la esclerosis múltiple.

Asimismo, el equipo investigador detectó que este nuevo tratamiento presenta mejoras significativas en los síntomas de EAE, abriendo la posibilidad de hacer una entrega segura y eficiente de antígenos bien definidos farmacéuticamente en un contexto no inflamatorio. “La base de estos resultados se debe a que el diseño de la nano formulación es capaz de activar las células dendríticas en ausencia de señales inflamatorias. Esto conduce a la eliminación de los linfocitos que están generando la respuesta autoinmune contra la mielina que recubre los axones de las neuronas. Los investigadores encontraron que la protección lograda para una proteína determinada en el modelo EAE, también otorga protección para otras proteínas inductoras de la enfermedad, lo que podría ser una muy buena señal como potencial aplicación para los pacientes. Por eso se requieren más estudios, pero es un muy buen inicio”, señala el Dr. Naves.

Respecto a otras aplicaciones de este tratamiento, el equipo investigador y otros pares de Alemania publicaron en 2016 los resultados de un estudio exitoso para dos modelos experimentales de cáncer, el que está basado en ARN mensajero codificando para proteínas tumorales. “Actualmente están probando esta alternativa a nivel, de ensayo clínico en pacientes con melanoma. Esto podría tener muchas aplicaciones para aquellas enfermedades en que se conoce cuál es la proteína que las induce”, agrega.

El Dr. Rodrigo Naves también desarrolló un tratamiento para tratar la esclerosis múltiple, el que se caracteriza por ser no invasivo, autoadministrable y con menos efectos adversos. En 2019 se dieron a conocer los resultados de esta investigación que utilizó nanopartículas cargadas con la molécula interferón-beta para administrarla a través de la vía intranasal. De esta manera, se logra la entrega directa de medicamentos en el sistema nervioso central necesitando menos dosis y frecuencia, lo que disminuye los costos totales de la terapia.

“El tratamiento intranasal es mucho menos invasivo que la terapia inyectable para los pacientes que padecen esclerosis múltiple. Estos resultados fueron publicados en una revista científica internacional de alto impacto en el campo de investigación de las nanopartículas y, además, hemos tramitado una solicitud de patente. Para avanzar hacia el desarrollo de una terapia aplicable en humanos necesitamos más recursos económicos, razón por la cual seguimos postulando a proyectos de investigación y buscando el apoyo de empresas privadas y farmacéuticas que puedan apoyar el financiamiento de estos estudios”, comentó el profesor.

marzo 29/2021 (Dicyt) 

Referencias:

Kreiter s., Yogev N., Waisman A,  Karikó k.: A noninflammatory mRNA vaccine for treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis. Science  08 Jan 2021: Vol. 371, Issue 6525, pp. 145-153 DOI: 10.1126/science.aay3638

Sotomayor P. , Oyarzun-Ampuero F., R Naves R.: Intranasal delivery of interferon-β-loaded nanoparticles induces control of neuroinflammation in a preclinical model of multiple sclerosis: A promising simple, effective.  Journal oj Controlled Release. Volume 331, 10 March 2021, Pages 443-459

Según ha demostrado el estudio, publicado en la revista The FASEB Journal, el tratamiento ha probado su eficacia en animales y sería el primer paso para estudiar su efecto protector en pacientes de fibrosis pulmonar idiopática (FPI) y de otras enfermedades respiratorias irreversibles con alteración de los telómeros.

El estudio lo han dirigido Rosario Perona y Leandro Sastre, investigadores del Instituto Investigaciones Biomédicas Alberto Sols, centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid (IIB-CSIC-UAM) y del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), y María Molina-Molina, del Hospital Universitario de Bellvitge ( Centro de Investigación Biomédica en Red (CIBER) de Enfermedades Respiratorias), con la colaboración de Guillermo Guenechea, del CIBERER y José Luis Pedraz del CIBER-BBN.

La fibrosis pulmonar idiopática es una enfermedad fibrótica letal asociada al envejecimiento, con una supervivencia media de 2 a 5 años. Suele aparecer hacia los 60 años de edad, pero existen formas familiares (genéticas) en edades más tempranas. La fibrosis aparece como una respuesta anormal de cicatrización tras un daño en los alveolos de los pulmones y se caracteriza por una sustitución progresiva del tejido sano por tejido cicatricial, lo que provoca una pérdida de la función pulmonar. Los mecanismos responsables de la reparación y regeneración defectuosas no se conocen bien, pero estudios recientes sugieren un posible papel del envejecimiento acelerado y el acortamiento de los telómeros en la aparición de la enfermedad, principalmente en las formas familiares.

“Los telómeros son pequeñas estructuras ubicadas al final de los cromosomas que protegen las secuencias de ADN dentro de cada célula que lo resguardan y ayudan a mantener su integridad”, explica Rosario Perona, investigadora del IIB-CSIC-UAM y autora principal del estudio. “Cada vez que la célula se divide, los telómeros se acortan, hasta que llega un punto en que no pueden ejercer su función protectora y la célula no puede dividirse. Se considera, por tanto, que la longitud de los telómeros es un indicador de envejecimiento”, añade.

El estudio se ha centrado en el péptido GSE4, que forma parte de una proteína del complejo telomerasa, y que puede proteger las células de otras enfermedades con efectos en la actividad telomerasa, como la disqueratosis congénita y ataxia telangiectasia. La telomerasa es capaz de re alargar los telómeros de las células enfermas y conseguir que estas se recuperen. Los investigadores han utilizado una nanopartícula para encapsular la molécula GSE4 y poder llevarla al interior de las células y al tiempo estabilizarla en el torrente circulatorio.

“Para probar la eficacia del péptido hemos usado como modelo las células alveolares de pulmón de rata tratadas con un agente que provoca fibrosis, la bleomicina. Cuando tratamos estas con nanopartículas que contienen GSE4, se produce una reversión del proceso inflamatorio y fibrótico producido por la bleomicina. Al aumentar la actividad de la telomerasa, disminuyen la fibrosis y la inflamación y aumenta la regeneración del tejido alveolar, lo que indica una eficacia terapéutica de las nanopartículas cargadas con GSE4 en este modelo de fibrosis pulmonar experimental”, detalla la investigadora del CSIC.

Los resultados del estudio prueban la necesidad de seguir con las investigaciones para mejorar la vía y los vehículos de administración del tratamiento con GSE4 mediante otras formas de encapsulación, de modo que en el futuro se logre un tratamiento curativo para pacientes con fibrosis pulmonar.

marzo 29/2021  (Dicyt)

Referencia:

Pintado‐Berninches L.,  Montes‐Worboys  A., Manguan‐García C., Arias‐Salgado E.G., Serrano A., Fernandez‐Varas B., Guerrero‐López R.,  Iarriccio L., Planas L., Guenechea G.,  Egusquiaguirre  S.P., Hernandez R.M., Igartua M., Pedraz J.L., Cortijo J, Sastre L.,  Molina‐Molina M. , Perona R.:GSE4‐loaded nanoparticles a potential therapy for lung fibrosis that enhances pneumocyte growth, reduces apoptosis and DNA damage.  The FASEB Journal,  2021 – Wiley Online Library

Determinadas características estructurales que dotan al coronavirus SARS-CoV-2 de gran eficiencia para interactuar con sus receptores blanco en las células humanas y desencadenar el COVID-19, podrían inspirar el diseño de nanopartículas sintéticas capaces de transportar y liberar medicamentos con un mejor control, que podrían aplicarse así en el tratamiento de tumores, infecciones e inflamaciones.

Esta fue la sugerencia de científicos del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiais (CNPEM) en un artículo publicado como destacado en la revista Nano Today.

Este trabajo, basado en estudios de correlación, cuenta con el apoyo de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo.

“El SARS-CoV-2 es una nanopartícula sumamente eficiente en la interacción con sus receptores blanco y puede servir de modelo para el desarrollo de nanopartículas sintéticas en aplicaciones biológicas mejor orientadas”, le dice Mateus Borba Cardoso, investigador del CNPEM y uno de los autores del estudio.

De acuerdo con Borba Cardoso, los virus son en general nanopartículas naturales a escala nanométrica (milmillonésimas partes del metro) que interactúan de manera precisa y eficiente con la maquinaria biológica de los organismos y, merced a ciertas características estructurales distribuidas homogéneamente, obtienen excelentes resultados de infección y, por consiguiente, de replicación. En el caso del SARS-CoV-2, uno de los factores que le permitieron al virus volverse altamente contagioso fue precisamente la eficiencia en la orientación.

La principal puerta de entrada del nuevo coronavirus en el cuerpo humano es la nariz, desde donde se propaga hacia todo el tracto respiratorio. En esa área se encuentra alojada en las células epiteliales de los cilios móviles la proteína ACE2, con la cual se une el SARS-CoV-2 para viabilizar la infección.

La interacción del SARS-CoV-2 con los cilios micrométricos de las células epiteliales de la nariz exhibe ventajas considerables para el virus. Primeramente, porque la longitud de los cilios es de alrededor de 50 veces el tamaño del virus, de más o menos 5 micrones (μm) frente a aproximadamente 100 nanómetros (nm). En segundo lugar, porque la interacción con el virus perjudica la función adecuada de las células en estadios posteriores de la enfermedad, inhibiendo así la depuración de moco que podría prevenir futuras infecciones virales, según subrayan los investigadores.

 “La clave que desencadena la  COVID-19 es una interacción guiada entre el SARS-CoV-2 con el receptor ACE2 en las células nasales, con el cual exhibe una afinidad de unión diez veces más fuerte que el SARS-CoV, aunque ambos comparten el 76 % de la secuencia genética de la proteína spike (con la cual el virus se une al receptor ACE2 de las células humanas)”, afirma Borba Cardoso.

En el SARS-CoV-2 las proteínas spike se encuentran distribuidas homogéneamente sobre la superficie del virus, de acuerdo con patrones de geometría y simetría bien definidos. Este ordenamiento meticuloso, con espacios organizados de 15 nm entre las proteínas spike, optimiza la replicación y transforma una serie de interacciones débiles en fuertes, aumentando las oportunidades de entrada y de replicación del virus en las células.

La organización espacial meticulosa entre las proteínas también aumenta las probabilidades de interacción, dado que permite que estructuras flexibles de la spike y de la ACE2 asuman diferentes orientaciones espaciales y favorezcan a los puntos de contacto activo entre esas proteínas. No es posible hallar esta flexibilidad tan depurada de la maquinaria viral en otros coronavirus.

Una vez activada, la proteína spike también altera radicalmente su configuración y expone el dominio de unión al receptor (RBD, por sus siglas en inglés) para acoplarse con el ACE2 con alta afinidad, afirman los investigadores.

 “Estamos proponiendo utilizar estos conceptos de especificidad y de eficiencia del SARS-CoV-2, que logra interactuar muy selectivamente con las células humanas, para desarrollar nanopartículas con características del virus, de manera tal que se unan receptores de una determinada región tumoral, por ejemplo. De este modo, sería posible disminuir drásticamente las dosis y los efectos secundarios de los fármacos quimioterapéuticos”, sostiene Borba Cardoso.

Una inspiración para la nanomedicina

De acuerdo con los investigadores, uno de los mayores retos para imitar las características del SARS-CoV-2 en la producción de nanopartículas sintéticas reside en el control preciso de la organización de las superficies de estas estructuras. Para obtener algo similar al nivel organizativo de los virus, los diseñadores de nanomateriales deben superar los actuales métodos e incorporar abordajes sintéticos aún más precisos, tales como estrategias de funcionalización que hagan posible el control de la distancia promedio entre grupos bioactivos.

Los métodos de funcionalización de nanopartículas que se emplean actualmente no permiten que las estructuras tengan una superficie homogénea como la del SARS-CoV-2, lo cual probablemente dificulta la interacción específica entre grupos activos y sus receptores.

Otro desafío importante está relacionado con la alta selectividad, que asegura la precisa «responsividad«, la adaptabilidad a los eventos biológicos. Los receptores deben superar obstáculos de interacción y pasar ilesos por el reconocimiento del sistema inmunológico hasta que encuentren los blancos que hagan posible la entrada a las células. La falta de eficacia en la orientación suele hacer que las nanopartículas funcionalizadas se acumulen en células no deseadas y en tejidos mientras que aumentan los efectos relacionados con la toxicidad.

A tal fin, será necesario considerar la combinación racional de conocimientos relacionados con los ordenamientos estructurales de la superficie del virus para que promuevan, en contacto con el receptor, reacciones puntuales con mayor eficiencia, según indican los investigadores.

“En el CNPEM desarrollamos hace ya más de una década una plataforma para la producción de nanopartículas para aplicaciones en nanomedicina. A nuestras partículas, al igual que los virus, ha venido mutándoselas para incrementar cada vez más su eficiencia”, afirma Borba Cardoso.

 febrero 28/2021 (Dicyt)

Nota:

Responsividad o capacidad de respuesta es un concepto de informática que hace referencia a la capacidad específica de un sistema o unidad funcional para completar las tareas asignadas en un tiempo determinado. Por ejemplo, se referiría a la capacidad de un sistema de inteligencia artificial para comprender y llevar a cabo sus tareas de manera oportuna. Es uno de los criterios que caen bajo el principio de robustez. Los otros tres son observabilidad, recuperabilidad y cumplimiento de tareas.o capacidad de respuesta es un concepto de informática que hace referencia a la capacidad específica de un sistema o unidad funcional para completar las tareas asignadas en un tiempo determinado.​

La técnica, publicada en la revista Cell Systems, es el mismo proceso que utilizó el equipo de Pittsburgh para extraer pequeños fragmentos de anticuerpos del SARS-CoV-2 en llamas, que podrían convertirse en un tratamiento de la COVID-19 inhalable para humanos. Este enfoque tiene el potencial de identificar rápidamente múltiples nano cuerpos potentes que se dirigen a diferentes partes de un patógeno, variantes que frustran.

«La mayoría de las vacunas y tratamientos contra el SARS-CoV-2 se dirigen a la proteína de pico, pero si esa parte del virus muta, que sabemos que es, esas vacunas y tratamientos pueden ser menos efectivos, señala el autor principal Yi Shi, profesor asistente de biología celular en Pitt. Nuestro enfoque es una forma eficiente de desarrollar cócteles terapéuticos que consisten en múltiples nano cuerpos que pueden lanzar un ataque de múltiples frentes para neutralizar el patógeno».

Shi y su equipo están especializados en encontrar nano cuerpos, que son fragmentos pequeños y altamente específicos de anticuerpos producidos por llamas y otros camélidos. Son particularmente atractivos para el desarrollo en terapias porque son fáciles de producir y bioingeniería. Además, presentan una alta estabilidad y solubilidad, y se pueden aerosolizar e inhalar, en lugar de administrarse mediante infusión intravenosa, como los anticuerpos tradicionales.

Al inmunizar una llama con una parte de un patógeno, el sistema inmunológico del animal produce una plétora de nano cuerpos maduros en aproximadamente dos meses. Entonces se trata de descubrir qué nano cuerpos son los mejores para neutralizar el patógeno y los más prometedores para el desarrollo de terapias para humanos. Ahí es donde entra en juego la «estrategia de proteómica de alto rendimiento» de Shi.

 «Con esta nueva técnica, en cuestión de días, normalmente podemos identificar decenas de miles de nano cuerpos distintos y muy potentes del suero de llama inmunizado y examinarlos en busca de ciertas características, como dónde se unen al patógeno, añade Shi. Antes de este enfoque, ha sido extremadamente difícil identificar nano cuerpos de alta afinidad».

Después de extraer una muestra de sangre de llama rica en nano cuerpos maduros, los investigadores aíslan esos nano cuerpos que se unen específicamente al objetivo de interés del patógeno. Los nano cuerpos se descomponen para liberar pequeños péptidos de «huellas dactilares» que son únicos para cada nano cuerpo.

Estos péptidos de huellas dactilares se colocan en un espectrómetro de masas, que es una máquina que mide su masa. Al conocer su masa, los científicos pueden averiguar su secuencia de aminoácidos, los bloques de construcción de proteínas que determinan la estructura del nano cuerpo. Luego, a partir de los aminoácidos, los investigadores pueden trabajar hacia atrás hasta el ADN, las instrucciones para construir más nano cuerpos.

Simultáneamente, la secuencia de aminoácidos se carga en una computadora equipada con software de inteligencia artificial. Al examinar rápidamente montañas de datos, el programa «aprende» qué nano cuerpos se unen más estrechamente al patógeno y en qué parte del patógeno se unen.

En el caso de la mayoría de las terapias COVID-19 actualmente disponibles, esta es la proteína del pico, pero recientemente ha quedado claro que algunos sitios del pico son propensos a mutaciones que cambian su forma y permiten el «escape» de los anticuerpos. El enfoque de Shi puede seleccionar sitios de unión en el pico que sean evolutivamente estables y, por lo tanto, es menos probable que permitan que se escapen nuevas variantes.

Finalmente, las instrucciones para construir los nano cuerpos más potentes y diversos se pueden introducir en tanques de células bacterianas, que actúan como mini fábricas, produciendo órdenes de magnitud más nano cuerpos en comparación con las células humanas necesarias para producir anticuerpos tradicionales. Las células bacterianas se duplican en 10 minutos, duplicando efectivamente los nano cuerpos con ellas, mientras que las células humanas tardan 24 horas en hacer lo mismo. «Esto reduce drásticamente el costo de producir estas terapias», señala Shi.

Shi y su equipo creen que su tecnología podría ser beneficiosa para algo más que el desarrollo de terapias contra la COVID-19, o incluso la próxima pandemia.

«Los posibles usos de nano cuerpos muy potentes y específicos que se pueden identificar de forma rápida y económica son tremendos, resalta Shi. Estamos explorando su uso en el tratamiento del cáncer y las enfermedades neurodegenerativas. Nuestra técnica podría incluso utilizarse en la medicina personalizada, desarrollando tratamientos específicos para superbacterias mutadas para las que todos los demás antibióticos han fallado».

 febrero 26/2021 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Referencia:
Xiang X.,  Nambulli S.,  Xiao Z., Liu H., Sang Z., Duprex W.P., Schneidman-Duhovny D.,  Zhang Ch., Shi Y. Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2. Science 18 Dec 2020:Vol. 370, Issue 6523, pp. 1479-1484 DOI: 10.1126/science.abe4747

El infarto de miocardio es una de las principales causas de muerte debido al daño irreversible que se produce en el músculo cardíaco durante un ataque al corazón. La regeneración del tejido es mínima, por lo que dicho daño no puede repararse por sí solo. Los tratamientos actuales carecen de un método eficaz para prevenir la muerte y la posterior cicatrización del tejido. La cicatriz que se forma después del ataque cardíaco causa problemas permanentes como insuficiencia cardíaca.

Los investigadores desarrollaron y validaron un hidrogel basado en un material proteico específico, una recombinación tipo elastina (ELR). Los ELRs son una familia de biomateriales únicos diseñados y desarrollados en el grupo de investigación BIOFORGE, liderado por el profesor de la UVa J. Carlos Rodríguez Cabello y centrado en la búsqueda de sistemas avanzados para la medicina regenerativa.

El hidrogel se diseñó a medida con la finalidad de que imitase el entorno biológico del corazón después de sufrir un infarto de miocardio y para que estuviese dotado de las funcionalidades necesarias que permitiesen proteger y promover la regeneración del tejido cardíaco.

El efecto terapéutico de la inyección de este hidrogel fue evaluado durante un estudio pre clínico sin precedentes, demostrando su eficacia para la remodelación del tejido cardíaco después de un infarto. El equipo de investigación, formado por un consorcio internacional, comprobó que, si el hidrogel basado en ELR se inyectaba en el músculo cardíaco poco después de que hubiese ocurrido el infarto, se producía una gran reducción de la fibrosis (cicatrización del tejido cardíaco), un aumento en la generación de nuevos vasos sanguíneos en la zona y una regeneración del músculo cardiaco.

«La inyección de este hidrogel parece cambiar la forma en que evoluciona la curación del músculo cardíaco después de un ataque al corazón promoviendo los procesos regeneradores frente a los cicatrizales. Hay una muy significativa recuperación histológica, biológica y funcional positiva del músculo cardíaco lesionado», apunta la investigación. Así, se observó el aumento en la preservación, supervivencia y proliferación de los cardiomiocitos, un tipo de célula que permite que el corazón lata, en la zona afectada.

El proyecto «demuestra la eficacia sin precedentes de un sistema único basado en un solo biomaterial (ELRs), capaz de inducir un efecto curativo positivo en el tejido cardíaco después de un infarto de miocardio», señalan los investigadores, quienes añaden que los beneficios obtenidos por la inyección del hidrogel «respaldan y resaltan el uso potencial de este tratamiento en la clínica». El siguiente paso será desarrollar un prototipo de catéter para la administración del hidrogel de fácil uso para médico y paciente.

febrero 25/2021 (Dicyt)

Referencia

Contessotto, P. et al. (2021). Elastin-like recombinamers-based hydrogel modulates the post-ischemic remodelling in a clinically-relevant model of myocardial infarction. Science Translational Medicine. DOI: 10.1126/scitranslmed.aaz5380

El grupo que lidera el Dr. Enrique J. Calderón – «Epidemiología clínica y riesgo vascular» en el Instituto de Biomedicina de Sevilla – IBiS/Hospitales Universitarios Virgen del Rocío y Macarena/Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)/Universidad de Sevilla, también miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red de investigación aplicada en infecciones respiratorias y enfermo crítico (CIBERESP), ha participado en un trabajo junto a investigadores del Consorcio de Investigación Biomédica en red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), en el que han logrado desarrollar sistemas de detección de Pneumocystis jirovecii, un hongo atípico responsable de neumonías muy graves en enfermos inmunodeprimidos.

Los resultados han sido publicados en las revistas Nanomaterials y Journal of Fungi, fruto de la colaboración con los grupos del CIBER-BBN liderados por los doctores Laura Lechuga, Ramon Eritja y Ramón Martínez Máñez.

La detección del hongo en pacientes, que pueden ser portadores asintomáticos hasta que desarrollan la neumonía, se realiza actualmente mediante la técnica de PCR, necesitando para su detección varias horas, instalaciones adecuadas y personal cualificado. Ahora, la aplicación de la Nanotecnología ha permitido desarrollar biosensores más sensibles y eficaces para detectar secuencias específicas correspondientes a patógenos responsables de enfermedades infecciosas en un tiempo más corto y sin necesidad de grandes infraestructuras.

En este caso, se ha detectado una secuencia concreta correspondiente al gen perteneciente a la subunidad ribosomal (mtLSU rRNA) del hongo P. jirovecii utilizando sondas de captura en forma de horquilla. Estas sondas específicas tal como apunta la Dra. Aviñó investigadora del CIBER-BBN, «son más eficaces y son capaces de reconocer una secuencia genómica concreta del hongo y formar unas estructuras de tríplex muy estables que se pueden detectar en distintas plataformas biosensoras».

El equipo de la Dra. Laura Lechuga en el Instituto Catalán de Nano ciencia y Nanotecnología (ICN2), mediante el uso de un biosensor óptico basado en la tecnología de SPR (basada en sistemas de tuberías), ha detectado en tiempo real y sin el uso de marcadores, P. jirovecii en lavados de bronquios y alvéolos y aspirados nasofaríngeos con un límite de detección a nivel nano molecular en tan solo unos minutos.

Asimismo, el grupo del Dr. Ramón Martínez-Máñez, director científico de CIBER-BBN e investigador principal del grupo del Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico. (IQMA) -IDM en la Universidad Politécnica de Valencia, ha utilizado la estrategia de puertas moleculares compuestas de una matriz de albúmina anódica para desarrollar un sensor capaz de detectar de manera eficaz muestras reales de P. jirovecii sin etapas de amplificación previas en tan solo una hora.

«Estos avances en el diagnóstico de la neumonía por Pneumocystis carinii (PCP) tienen un gran potencial para el desarrollo de dispositivos de tipo point-of-care de gran sensibilidad utilizando muestras directas de pacientes y aplicables en una gran variedad de entornos», señala el Dr. Enrique J. Calderón, internista del Hospital Universitario Virgen del Rocío de Sevilla y Profesor Titular del Departamento de Medicina.

Los investigadores destacan también que estas técnicas son muy selectivas pudiendo discriminar pacientes con otras patologías respiratorias derivadas de otros microorganismos, permitiendo de este modo un diagnóstico más fiable de las enfermedades infecciosas.

febrero 17/2021 (Dicyt)

Nota aclaratoria:

Pneumocystis jirovecii, anteriormente conocido como Pneumocystis carinii f. sp. hominis, continúa siendo uno de los patógenos oportunistas más importantes que afectan a individuos con síndrome de inmunodeficiencia adquirida (sida) y pacientes con inmunodepresión debida a otras causas, en los que produce una neumonía Pneumocystis pneumonia (PcP), siglas en inglés) grave con una alta tasa de morbilidad y mortalidad.1 Hace justo 101 años de la primera evidencia aportada por Carlos Chagas de la existencia de este microorganismo. A lo largo de este tiempo se han producido importantes avances en el conocimiento sobre la epidemiología, biología y genética de este patógeno; lo cual ha condicionado cambios en su clasificación taxonómica y en la comprensión de la historia natural de la PcP.1

Recomendamos ampliar información EN:

Calderón Sandubete E., de Armas Rodríguez, Y., Capó de Paz V. Pneumocystis jirovecii: cien años de historia. Rev Cubana Med Trop v.63 n.2 Ciudad de la Habana mayo.-ago. 2011.

La pandemia obligó a la ciudadanía a informarse todo lo posible sobre una nueva y desconocida amenaza. Qué era el virus, cómo se transmitía, cómo se detectaba o cómo se frenaba fueron preguntas a las que SINC fue dando respuesta a medida que la ciencia las destapaba. El interés por el periodismo de servicio se pone de manifiesto en esta recopilación de publicaciones más leídas, copado por un coronavirus que no excluye otro tipo de informaciones, como las de astronomía o medioambiente.

1. Made in Spain

El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) anunciaba durante el pasado verano la creación y puesta a la venta de sus propias mascarillas sanitarias, basadas en nano fibras que se pueden adquirir a día de hoy a través de la web de Bioinicia, un spin-off del CSIC. Lo contaba nuestra compañera Adeline Marcos.

2. Atajar el virus de forma precoz

En el mes de abril, Aser García Rada, pediatra y doctor en Medicina (UCM), además de actor y periodista freelance, ponía el foco en esta tribuna sobre la importancia de detectar infecciones por coronavirus en la sintomatología leve. “Se avisa de que aquellos con síntomas leves deben quedarse en casa, pero una mayoría todavía cree que si no tiene tos o fiebre, eso no es un coronavirus. Nada más lejos de la realidad”, consideraba García Rada.

3. Nunca la PCR fue tan famosa

Aunque la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) fue diseñada en los años 80, la ciudadanía desconocía por completo cómo se detectaba el virus. En esta noticia, y mediante una infografía elaborada por Compound Interest, explicamos en qué consistía esta técnica, cómo se realizaba y cómo funcionaba, así como la diferencia respecto a los test de antígenos.

4. Un matemático que sabe mucho de brotes infecciosos

A comienzos de año, Adam Kucharski, matemático especializado en análisis de brotes infecciosos, publicaba su libro Las reglas del contagio. En esta entrevista de Sergio Ferrer, el autor explica cómo operan estas reglas, que funcionan tanto para los virus como para otros males, como la violencia, las crisis económicas, el pánico o los bulos.

5. ¿El coronavirus está vivo?

Los virus SARS-CoV-2 son diminutos, de tan solo entre 60 y 140 nanómetros de diámetro. Están formados de una cadena de ARN (ácido ribonucleico), donde van sus genes y una cubierta lipídica con las proteínas que les permiten adherirse y entrar en las células del cuerpo que invaden. Sin ellas no son nada, no podrían sobrevivir ni reproducirse. Entonces ¿realmente viven? Tal y como recogió Enrique Sacristán en este reportaje, los científicos debaten sobre este asunto desde hace décadas, pero de momento no se han puesto de acuerdo.

6. Del Big Bang al rebote y la expansión

Esta entrevista, también de Enrique, vuelve a sembrar otra duda. ¿Estuvo el origen del universo en la Gran Explosión? Puede que en ese momento, hace 13 800 millones de años, lo que experimentara fuera un gran rebote tras un periodo de contracción. Desde entonces no deja de expandirse, hasta que termine sus días de forma aburrida y con el tiempo congelado. De esta y otras teorías conversa con el investigador alicantino Iván Agulló, físico teórico en la Universidad Estatal de Luisiana (Estados Unidos), a raíz de la publicación de su libro Más allá del Big Bang.

7. Resultados en 15 minutos

Al igual que las PCR acapararan el interés de los lectores de SINC, también lo hicieron los test rápidos cuando comenzaron a surgir. María G. Dionis explicó qué eran esta especie de kits de embarazo que ahora tanto utilizamos y que por aquel entonces resultaban tan desconocidas. En este reportaje, habló tanto test de antígenos como los test serológicos, así como las diferencias que guardaban respecto a las PCR.

8. ¿Puedo pasear al perro?

Incluso antes de ser decretado el estado de alarma, la ciudadanía ya comenzaba a tomar sus propias medidas de seguridad. Para aclarar dudas, El director del Centro de Coordinación de Alertas y Emergencias Sanitarias, Fernando Simón respondía a las principales inquietudes de los ciudadanos, sobre distanciamiento, higiene, grupos de riesgo, movilidad, o incluso paseo a los perros.

9. Conciliación, equipamiento y demás problemas del personal sanitario

Ante una enfermedad desconocida, el ministerio de Sanidad encargó la elaboración de numerosa documentación, dirigida tanto a la ciudadanía como a los sanitarios. Guadalupe Fontán, enfermera en el Instituto de Investigación Enfermera del Consejo General de Enfermería, participó en la redacción de los protocolos técnicos relativos, entre otros, a cómo atender a pacientes en domicilios, en urgencias o medidas de prevención. Con ella habló Laura Chaparro en una entrevista sobre cómo cambiaría el trabajo de los sanitarios en los próximos meses.

10. Neandertales, denisovanos y homininos superarcaicos

Otra noticia de María G. Dionis ponía fin a una discrepancia abierta entre antropólogos: en qué momento de la historia neandertales y denisovanos se separaron. Hasta la fecha, se creía que esta escisión se produjo hace unos 381 000 años. Sin embargo, un nuevo modelo desarrollado por un equipo de investigadores confirmó que la separación se produjo hace unos 600 000 años. Además, salieron a la luz otros valiosos datos para los estudios de especiación, como que sus ancestros, a los que han denominado ‘neandersovanos’, se cruzaron con una gran población de homininos superarcaicos, hace unos 700 000 años

11. El árbol genealógico del SARS-CoV-2

A mediados de marzo, el informe del proyecto de código abierto Nextstrain concluía, tras analizar más de 500 genomas en los cinco continentes, que el SARS-CoV-2 no había mostrado —hasta entonces— cambios en su virulencia ni la aparición de linajes más agresivos que otros. Mónica G. Salomone recogía en esta noticia cómo genetistas y biólogos computacionales trataban de dibujar el árbol genealógico de las mutaciones del virus -CoV-2 a medida que se dispersaba.

12. Buscar en Google gasta energía

“El 20 % del consumo de electricidad del mundo en 2030 vendrá de la transmisión digital de los datos”, afirmó el premio Nobel de Física en 2007 Albert Fert a nuestra compañera Adeline Marcos. En esta entrevista, hablaron sobre cómo sería posible mejorar las tecnologías de la información para que estas consuman menos recursos energéticos cuando las usamos.

enero 10/2021 (SINC)

En el laboratorio de Ingeniería Biomolecular y Bionanotecnología del IQ, Armando Hernández García, investigador de esa entidad, produce y prueba estas nanopartículas para ensayarlas a futuro dentro de organismos humanos.

“Esta tecnología se basa en el desarrollo de nanopartículas hechas de proteína que encapsulan ácidos nucleicos antisentido con un efecto nocivo al entrar al parásito Trypanosoma cruzi, causante de la enfermedad de Chagas. Estas nanopartículas de proteína y ácido nucleico ofrecen ciertas ventajas como mayor posibilidad de reconocimiento por el parásito para que las consuma o las ingrese a su interior”, afirmó Hernández.

La idea, prosiguió, es que cuando este circule en el cuerpo humano, esas nanopartículas se introduzcan al microorganismo y lo dañen, pero no al paciente. Los primeros datos de esta investigación fueron publicados en septiembre pasado en la revista Nucleic Acid Therapeutics.

Lo que se reportó son resultados en parásitos cultivados, mientras que las nanopartículas de proteínas con ácidos nucleicos han sido probadas en ratones, en los cuales se observa baja respuesta inmune y posibles efectos del proceso. “Encontramos que las nanoproteínas no son tóxicas y que el sistema inmune de los animales no las neutralizó”, precisó el científico.

Las nanoproteínas fueron diseñadas por el propio Hernández mediante ingeniería genética y son biosintéticas, pues se producen en la levadura Pichia pastoris, la cual ha sido modificada genéticamente. “Se le insertó un gen que codifica para la proteína de interés, crecimos esta cepa de levadura recombinante con este gen y la producimos en medios de cultivo baratos a base de metanol y glicerol”, relató el experto. Al crecer la levadura, produce la proteína y la secreta al medio, donde crece en matraces y se purifica.

 Proteína acarreadora

La proteína de diseño funciona como un vector o acarreador de ácidos nucleicos, que son los que tienen efecto en el parásito.

“Usamos ADN antisentido (también llamado oligonucleótido antisentido), que reconoce ARN mensajero dentro de la célula, se une a él y lo bloquea. En la célula, los ARN mensajeros son los intermediarios entre el genoma y la proteína; la célula los utiliza para producir proteínas que van a realizar todas sus funciones vitales. Estos oligonucleótidos antisentido van dirigidos a ARN mensajeros en particular, en donde queremos eliminar o inhibir la producción de una proteína”, explicó Hernández.

Si esa proteína es importante para que el parásito se infecte, entonces con este método muy dirigido se ataca y se limita la producción del parásito.

“La idea es que estas nanopartículas se inyecten al ser humano que esté infectado con el parásito causante de la enfermedad de Chagas, reconozcan al parásito, entren a él y liberen nanopartículas de proteína con oligonucléotidos antisentido, los cuales reconocerían ARN mensajero y lo bloquearían para que ya no se produzca, dañando así al parásito. Es una terapia genética”, detalló.

Aunque estos oligonucleótidos antisentido son utilizados por los científicos para atacar otras enfermedades como cáncer, el problema es acarrearlos hasta el parásito, pues en el cuerpo humano se degradan fácilmente.

 «Se necesitan encapsular, y ahí es donde entra la nanotecnología que les da protección. Estamos trabajando en nanopartículas que reconozcan y entren principalmente al parásito, para que sea una terapia dirigida”, señaló.

En este estudio colaboran con Hernández García; la investigadora Bertha Josefina Espinosa Gutiérrez, del Instituto de Investigaciones Biomédicas (IIBm); los alumnos David Moreno Gutiérrez (cursa su doctorado en el IQ), Oscar de Jesús Vargas Dorantes (estudió maestría en el IQ) y Rosa Cárdenas Guerra (realizó un posdoctorado en el IIBm).

Hernández García calcula que en los próximos dos años habrá avances para probar esta nanotecnología en modelos in vivo más cercanos a los humanos.

 enero 02/2021 (Dicyt)

Ahora, un equipo multidisciplinar formado por investigadores de la Universitat Rovira i Virgili, la Universidad de Grenoble (Francia), la Universidad de Saarland (Alemania) y la Universidad RMIT (Australia) han descubierto que la deformación mecánica de bacterias es un mecanismo de toxicidad que permite matar bacterias con nanopartículas de oro. Los resultados de esta investigación se encuentran  publicados en la revista científica Advanced Materials y suponen un paso adelante a la hora de comprender los efectos antibacterianos de las nanopartículas para tratar de encontrar nuevos materiales con propiedades bactericidas.

Desde la época del antiguo Egipto, el uso del oro se ha ido extendiendo a lo largo de las diferentes etapas de la historia para múltiples aplicaciones médicas, y más recientemente como elemento para diagnosticar y tratar enfermedades como el cáncer. Esto se debe a que el oro es un material químicamente inerte, es decir, que no reacciona ni apenas se altera al entrar en contacto con algún organismo. Entre la comunidad científica las nanopartículas de oro son conocidas por su capacidad de visualización de tumores y también en nano medicina.

Esta nueva investigación muestra que estas nanopartículas químicamente inertes no son inofensivas para las bacterias y pueden destruirlas gracias a un mecanismo físico que deforma su pared celular. Para demostrarlo, los investigadores han sintetizado en el laboratorio nanopartículas de oro con forma casi esférica y otras en forma de estrellas, pero todas uniformes de tamaño: unos 100 nanómetros (unas 8 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello). El grupo investigador analizó cómo estas partículas interaccionan con bacterias vivas.

«Observamos que las bacterias se deforman como si se aspirara el aire del interior de un balón, y acaban muriendo ante la presencia de estas nanopartículas», explica Vladimir Baulin, investigador del Departamento de Ingeniería Química de la URV. Los investigadores apuntan a que la muerte bacteriana parecía haberse producido tras una fuga masiva, «como si la pared celular de las bacterias hubiera explotado de forma espontánea», detalla el investigador.

Los científicos propusieron un mecanismo físico que explicara el motivo de esta destrucción bacteriana. Para ello, se basaron en una simulación numérica y analizaron cómo una capa homogénea de nanopartículas individuales puede aplicar una tensión mecánica tan importante a la pared celular de bacterias que termina por romperla debido a una acción que se asemejaría a un estiramiento, como un globo inflado que es aspirado desde diferentes puntos hasta que acaba explotando.

Para confirmar esta hipótesis, los investigadores fabricaron un modelo artificial de membrana celular bacteriana, y evaluaron cuál era su respuesta cuando entraba en contacto con las mismas nanopartículas de oro de 100 nm. «Observamos que el modelo se autocontrajo de forma espontánea hasta que colapsó completamente, y esto validó la hipótesis de que se debió a un estiramiento mecánico aplicado por las nanopartículas en la membrana celular de las bacterias», apunta Baulin.

Este descubrimiento, que se ha comprobado tanto en el modelo bacteriano desarrollado en laboratorio como en el sistema bacteriano real, sugiere que se puede aplicar el mismo mecanismo a una amplia gama de nanopartículas. El resultado de este trabajo puede proporcionar nuevas guías utilizar materiales antibacterianos universales basados en principios físicos.

 enero 01/2021 (Dicyt)

Los investigadores descubrieron la molécula, a la que llamaron turbinmicina, después de un cuidadoso examen genómico, metabolómico y antimicrobiano de las bacterias aisladas de una variedad de animales marinos.

Se necesitan urgentemente nuevos tratamientos antimicóticos, ya que casi 2 millones de personas en todo el mundo mueren de infecciones por hongos cada año, y la resistencia a los medicamentos de primera línea va en aumento.

La multirresistencia a los medicamentos ‘Candida auris‘, por ejemplo, ha sido nombrada por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos como una amenaza fúngica emergente mortal que se extiende por los hospitales de todo el mundo.

Zhang y su equipo han demostrado ahora que la turbinmicina tiene una potente actividad antimicótica contra un grupo diverso de patógenos fúngicos humanos en muestras de laboratorio y en ratones infectados, incluidos hongos como ‘Candida auris’ y ‘Aspergillus fumigatus’ que son resistentes a las principales clases de medicamentos antimicóticos.

Los investigadores observan que la turbinmicina es bien tolerada por los ratones en dosis terapéuticas. Parece funcionar a través de una vía específica de los hongos, bloqueando el tráfico de vesículas, el proceso central por el cual los materiales son transportados dentro de una célula.

El estudio ofrece un ejemplo de cómo los investigadores que desarrollan nuevos antifúngicos deben buscar enfoques creativos, «incluidos los que aprovechan la diversidad química de la naturaleza sintonizada a lo largo de millones de años de evolución», escribe Leah Cowen en una Perspectiva relacionada.

noviembre 23/2020 (Europa Press) Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Diseñada por científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en Seattle (Estados Unidos), la vacuna candidata ha sido transferida a dos compañías para su desarrollo clínico.

En comparación con la vacunación con la proteína soluble de la espiga del SARS-CoV-2, en la que se basan muchos de los principales candidatos a la vacuna anti COVID-19, la nueva vacuna de nanopartículas produjo diez veces más anticuerpos neutralizantes en ratones, incluso con una dosis de vacuna seis veces menor. Los datos también muestran una fuerte respuesta de las células B después de la inmunización, lo que puede ser crítico para la memoria inmunológica y un efecto duradero de la vacuna.

Cuando se administró a un solo primate no humano, la vacuna de nanopartículas produjo anticuerpos neutralizantes dirigidos a múltiples sitios diferentes de la proteína Spike. Los investigadores dicen que esto puede asegurar la protección contra las cepas mutadas del virus, en caso de que surjan. La proteína Spike es parte de la maquinaria de infectividad del coronavirus.

La candidata a vacuna fue desarrollada usando técnicas de diseño de vacunas basadas en estructuras inventadas en la Escuela de Medicina de Universidad de Washington. Es una nanopartícula de proteína autoensamblada que muestra 60 copias del dominio de unión al receptor de la proteína de la espiga SARS-CoV-2 en un conjunto altamente inmunogénico. La estructura molecular de la vacuna imita aproximadamente la de un virus, lo que puede explicar su mayor capacidad para provocar una respuesta inmunológica.

«Esperamos que nuestra plataforma de nanopartículas pueda ayudar a combatir esta pandemia que está causando tanto daño a nuestro mundo. La potencia, estabilidad y capacidad de fabricación de este candidato a vacuna lo diferencian de muchos otros que están siendo investigados», explica Neil King, autor principal del estudio, que se ha publicado en la revista Cell.

Cientos de vacunas candidatas anti COVID-19 están en desarrollo en todo el mundo. Muchas requieren grandes dosis, una fabricación compleja y el envío y almacenamiento de la cadena de frío. Una vacuna ultra potente, segura, eficaz a dosis bajas, sencilla de producir y estable fuera de un congelador podría permitir la vacunación contra la COVID-19 a escala mundial.

noviembre 03/2020 (Europa Press) Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Brigham and Women’s Hospital, en Estados Unidos, que publica la revista JAMA Network Open, evaluó los factores de riesgo cardiovascular y los comportamientos de más de 5 000 parejas que participaron en un programa de bienestar para empleados ofrecido por la compañía Quest Diagnostics.

El equipo usó varias métricas para clasificar a las personas con factores de riesgo y comportamientos ideales o no ideales, y encontró que en el 79 por ciento de las parejas ambas personas caían en la categoría no ideal para la salud cardiovascular, y la mayoría compartía dietas poco saludables y hacía ejercicio inadecuado.

Los hallazgos señalan la importancia potencial de abordar comportamientos saludables para ambas personas en una relación. «Sabemos mucho sobre los factores de riesgo cardiovascular para las personas, pero no para las parejas», reconoce la autora correspondiente Samia Mora, de las Divisiones Brigham de Medicina Preventiva y Medicina Cardiovascular.

«Esperábamos ver algunos factores de riesgo compartidos, pero fue una sorpresa ver que la gran mayoría de las parejas se encontraban en una categoría no ideal para la salud cardiovascular en general», asegura.

Mora y sus colegas examinaron datos de Quest Diagnostics, que ofreció un programa voluntario de evaluación de la salud a sus empleados. Los investigadores analizaron datos de 5 364 parejas (10728 individuos) que se unieron al programa entre octubre de 2014 y agosto de 2015.

Los investigadores determinaron si cada individuo estaba en la categoría ideal, intermedia o mala para cada uno de los factores de riesgo y conductas llamados Life’s Simple de la vida definidos por la Asociación Americana del Corazón (LS7): tabaquismo, índice de masa corporal, actividad física, puntuación de dieta saludable, colesterol total, presión arterial y glucosa en ayunas.

El equipo también le dio a cada participante una puntuación general de salud cardiovascular (CV). Los datos se obtuvieron de cuestionarios, exámenes y pruebas de laboratorio.

Cuando se examinó individualmente, más de la mitad de los participantes estaban en la categoría ideal para tres factores de riesgo y comportamientos de LS7: estado de tabaquismo (nunca había fumado), colesterol total (200 mg / dL) y glucosa en ayunas (100 mg / dL). Pero más de una cuarta parte de las personas se encontraban en las categorías deficientes de IMC, actividad física y puntuación de salud cardiovascular. Solo el 12 por ciento de las personas estaban en la categoría ideal para la puntuación de salud cardiovascular.

Cuando ambas personas de la pareja se consideraron juntas, más de la mitad de las parejas compartieron todos los factores de riesgo y comportamientos de LS7, así como la puntuación de salud CV. Cuando un miembro de una pareja estaba en la categoría ideal, era más probable que el segundo miembro estuviera en la categoría ideal para todos los factores excepto el colesterol total.

Pero el 79 por ciento de las parejas estaban en la categoría no ideal para el puntaje de salud CV, en gran parte impulsada por una dieta poco saludable y un ejercicio inadecuado. El equipo descubrió que cuando una pareja había dejado de fumar, perdido peso, aumentado su actividad física o mejorado su dieta, era más probable que la otra pareja lo hubiera hecho. Pero durante el período de estudio de cinco años, la salud de las parejas, los factores de riesgo y los patrones de comportamiento permanecieron relativamente sin cambios en general.

Aparte de modestos cambios en la presión sanguínea y la glucosa en ayunas, el equipo no encontró cambios significativos en los factores.

«Nuestros datos sugieren que los factores de riesgo y los comportamientos van juntos en las parejas, apunta Mora. En lugar de pensar en intervenciones para individuos, puede ser útil pensar en intervenciones para parejas o familias enteras. Y es importante que las personas piensen en cómo su salud y comportamientos pueden influir en la salud de las personas con las que viven. Mejorar nuestra propia salud puede ayudar a otros», alertan.

octubre 28/2020 (Europa Press) Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Nota:  La estrategia Life’s Simple 7 (LS7) de la Asociación Americana del Corazón propuso 7 métricas de salud para estimar el nivel de salud cardiovascular de un individuo: de comportamientos (índice de masa corporal, dieta, tabaquismo, actividad física) y factores (presión arterial, colesterol, glucosa).

Es un sistema que se vale de algoritmos de inteligencia artificial capaces de reconocer un patrón de moléculas característico de la enfermedad en muestras de plasma sanguíneo de pacientes. Según los autores, también es posible detectar a los individuos que están sujetos a un mayor riesgo de desarrollar manifestaciones graves como la insuficiencia respiratoria entre los casos confirmados.

Este proyecto cuenta con apoyo de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo y en él participan investigadores de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Universidad de São Paulo (USP), aparte de colaboradores del estado de Amazonas.

“En las pruebas realizadas para validar esta metodología, logramos diferenciar las muestras positivas y negativas con un índice de acierto de más del 90 %. También efectuamos la diferenciación entre casos graves y leves con un grado de acierto de alrededor del 82 %. Ahora estamos iniciando el trámite de certificación ante Anvisa [la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria de Brasil]”, le comenta el profesor de la Unicamp Rodrigo Ramos Catharino, coordinador de la investigación.

Según Ramos Catharino, cuando se encuentre en operación, este test podría costar alrededor 40 reales por muestra, aproximadamente la mitad del precio de costo del RT-PCR, el método considerado el patrón oro en diagnósticos de COVID-19.

Este trabajo se viene desarrollando en el Laboratorio Innovare de Biomarcadores de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas (FCF) de la Unicamp, durante el doctorado de Jeany Delafiori, e integra una línea de investigación en la cual se combinan técnicas de metabolómica y aprendizaje de máquinas en la búsqueda de marcadores que puedan ayudar en el diagnóstico de enfermedades tales como el zika, el dengue hemorrágico, la fibrosis quística y la diabetes y otros trastornos metabólicos.

El grupo trabaja en asociación con el Laboratorio de Inferencia en Datos Complejos (Recod) del Instituto de Computación (IC) de la Unicamp, coordinado por el profesor Anderson Rocha, y cuenta con la participación de su colaborador Luiz Claudio Navarro.

“El proyecto contó con la participación de 728 pacientes, de los cuales 369 tenían diagnóstico de COVID-19 confirmado clínicamente y mediante RT-PCR. Las muestras de individuos no infectados se emplearon a efectos de comparación, como una especie de grupo de control. En el caso de algunos pacientes que desarrollaron complicaciones y debieron ser internados, se recolectó una segunda muestra de sangre. En general, entre los casos confirmados, había individuos con síntomas leves y graves”, comenta Delafiori.

Todas las muestras se analizaron mediante el empleo de un espectrómetro de masas, un aparato que posee la capacidad de discriminar las sustancias presentes en fluidos corporales. Tal como lo explican los investigadores, este conjunto de moléculas presente en el plasma sanguíneo retrata los diversos procesos metabólicos activos en el organismo.

“Nos concentramos en las moléculas de bajo peso molecular, tales como los aminoácidos, los pequeños péptidos y los lípidos. Estas surgen en la parte final de los procesos metabólicos y, por ende, están relacionadas más directamente con los síntomas que los pacientes estaban manifestando al momento de la extracción”, explica Delafiori.

El equipo del IC-Unicamp utilizó entonces una parte de las muestras para hacer que un método de inteligencia artificial aprenda a reconocer patrones de metabolitos presentes en los casos positivos y en los negativos, como así también a diferenciar los patrones de los casos leves y graves. La otra parte se utilizó en un test ciego, cuyo objetivo consistió en evaluar el acierto final del análisis a cargo del sistema.

Según los datos del artículo, el método llegó a un 97,6% de especificidad y a un 83,8% de sensibilidad para el diagnóstico de la enfermedad en el test ciego. En tanto, con relación al análisis de riesgo para manifestaciones graves, la especificidad fue del 76,2% y la sensibilidad fue del 87,2%.

“La sensibilidad [también conocida como sensitividad] es el parámetro que indica cuán sensible es el método para detectar la presencia o la ausencia de COVID-19. En tanto, la especificidad se relaciona con la capacidad de diferenciar el COVID-19 de otras condiciones de salud. Cuando se los analiza conjuntamente, estos dos parámetros determinan el índice de acierto”, explica Delafiori. “Aún estamos trabajando para mejorar el índice de acierto de esta prueba, a medida que nuestros colaboradores van extrayendo nuevas muestras de pacientes.”

De acuerdo con Rocha, el algoritmo desarrollado es capaz de incorporar conocimiento a medida que va analizando nuevas muestras, lo que tiende reflejarse en una mejora de desempeño con el paso del tiempo. “Si actualmente tiene un índice de acierto de alrededor del 90%, es probable que acierte aún más cuando llegue a miles de pacientes analizados”, afirma el investigador.

El equipo del IC-Unicamp también creó un software con el objetivo de automatizar todo el proceso de análisis y generar al final un informe para el médico, que le indica si el paciente tiene COVID-19 y se presenta riesgo de padecer complicaciones.

 “Estos biomarcadores predictores de la evolución de la enfermedad pueden ayudarle al médico de la atención primaria a decidir si el paciente que testea positivo puede mantenerse en aislamiento domiciliario o si debe trasladárselo a un centro de mayor complejidad, por ejemplo”, comenta Rinaldo Focaccia Siciliano, otro de los coautores del artículo. Focaccia Siciliano es médico asistente de la División de Afecciones Infecciosas y Parasitarias del Hospital de Clínicas (HC), el hospital general y escuela de la Facultad de Medicina (FM) de la USP, y también de la Unidad de Control de Infecciones Hospitalarias del Instituto del Corazón de la FMUSP.

A juicio de Focaccia Siciliano, este método ha mostrado un buen desempeño para la detección tanto de casos leves, durante los primeros días de síntomas, como también de los más avanzados, de pacientes que ya exhiben falta de aire al ingresar al hospital. “La ventaja de contar con varios centros que participan en el proyecto, con diferentes perfiles, reside en la variabilidad de las muestras. Esto permite que sea posible aplicar la metodología en diversos escenarios, tanto ambulatorios como de internación hospitalaria”, dice.

Otro avance que el investigador consigna es la posibilidad de diagnosticar precozmente la enfermedad con una muestra de sangre, más fácil de extraerse que la secreción nasal que se emplea en la prueba de RT-PCR. “La extracción con swabs o hisopado [realizada con hisopos largos que se insertan hasta el fondo de la nariz] requiere la presencia de un equipo capacitado y una sala apropiada, pues existe un riesgo de dispersión de aerosoles contaminados con el virus. Y la prueba sanguínea disponible actualmente solo detecta anticuerpos algunos días después del surgimiento de los síntomas.”

Un modelo optimizado

Mientras que la mayoría de los análisis de laboratorio apuntan a examinar los niveles de unas pocas sustancias presentes en la sangre, con el sistema computacional que desarrolló el equipo de la Unicamp se pueden observar al mismo tiempo miles de variables y extraer interconexiones directas y cruzadas entre ellas: qué sustancias aparecen en aumento y cuáles han mermado en individuos con una determinada enfermedad, por ejemplo.

“Para que esto fuera posible, trabajamos durante los últimos tres años en el desarrollo de un modelo matemático que sea explicable, es decir, que nos permita no solamente efectuar una predicción correcta sino también saber qué variables está observando el sistema para efectuar esa predicción. Tras la identificación de un primer conjunto de biomarcadores, esto permite seleccionar a aquellos que son más significativos y optimizar el proceso de análisis. Asimismo, los datos generados pueden emplearse en el área de la metabolómica para develar el mecanismo de la enfermedad”, explica Navarro.

En el caso de la COVID-19, el grupo llegó a un conjunto de aproximadamente 30 metabolitos que funcionan como una firma de la enfermedad. De acuerdo con Delafiori, el diagnóstico positivo se asoció a una merma en el nivel de lisofosfatidilcolinas, fosfolípidos derivados de glicerol que contienen fosfato en su estructura, por ejemplo. “Estas moléculas son precursoras de surfactantes pulmonares [compuestos que reducen la tensión superficial dentro de los alvéolos pulmonares y así previenen el colapso al exhalar] y protegen a estos órganos contra infecciones oportunistas. La disminución de estas especies fue reportada previamente en pacientes con síndrome respiratorio agudo grave”, comenta.

También se observó en los casos positivos una disminución de los derivados de colesterol, que fue aún más pronunciada en los pacientes que evolucionaron hacia la forma grave. “Algunos estudios reportan una reducción de los niveles de colesterol a medida que los pacientes con COVID-19 evolucionan hacia un desenlace negativo”, dice la investigadora.

En tanto, los niveles de glicerolípidos , reportados previamente desregulados en el síndrome respiratorio agudo grave, se encontraban aumentados en las muestras de pacientes con la enfermedad.

“Después de esa etapa de validación bioquímica de los biomarcadores, que permitió entre otras cosas descartar moléculas asociadas al uso de un medicamento antiinflamatorio que no tenían relación con la enfermedad, combinamos las variables restantes en pares. Esta nueva técnica que estamos introduciendo en el modelo aumenta la precisión del análisis y hace que sea pasible de aplicarse con distintos aparatos de espectrometría de masas”, comenta Navarro.

A juicio de Ramos Catharino, está metodología podría aplicarse en cualquier laboratorio público o privado equipado con un espectrómetro de masas. Mientras tramitan el registro ante Anvisa, los investigadores pretenden aumentar aún más la diversidad de las muestras analizadas en el marco de la investigación a los efectos de mejorar el desempeño del sistema.

El grupo cuenta con la colaboración de investigadores de la Universidad del Estado de Amazonas (UEA), de la Fundación de Medicina Tropical Doctor Heitor Vieira Dourado, de la Fundación de Vigilancia en Salud de Amazonas, del Instituto Leônidas & Maria Deane (ILMD/Fiocruz Amazonia) y de diversos hospitales asociados al proyecto.

Aparte de la nueva metodología de diagnóstico, el proyecto prevé la investigación de los mecanismos implicados en los trastornos de la coagulación sanguínea, entre ellos la alteración en la capacidad de agregación de las plaquetas– que han sido asociados con la COVID-19. Esta parte de la investigación está coordinada por el profesor de la USP José Carlos Nicolau. El trabajo descrito en el artículo también cuenta con el apoyo de la FAPESP mediante ayudas concedidas a la profesora de la USP Ester Sabino y a los profesores de la Unicamp Wagner José Fávaro y Fabio Trindade Maranhão Costa.

septiembre 13/2020 (Dicyt)

Los científicos del Laboratorio Interdisciplinario de Metabolómica de la Universidad Rovira i Virgili (URV) son especialistas en espectrometría de masas de imagen asistida por láser, una técnica que permite identificar sustancias y crear ‘mapas químicos y moleculares’ de diferentes superficies.

Es decir, pueden conocer los compuestos orgánicos de las muestras y dónde están localizados.

Esta superficie de nanopilares de silicio negro recubiertos de oro permite detectar los compuestos con los que una persona ha estado en contacto recientemente

Ahora han aplicado esta misma técnica sobre una nueva superficie formada por pilares de silicio negro de tamaño nanométrico cubiertos por una fina capa de partículas de oro. En esta superficie se pueden imprimir y analizar huellas dactilares humanas, así como diversos tejidos animales o vegetales. Los detalles se publican en la revista ACS Nano.

En el caso de la huella, basta con estampar el dedo sobre la superficie, del mismo modo que en el momento de hacerse los documentos de identidad. De esta manera, las moléculas de la piel del dedo quedan adheridas a la superficie nanoestructurada y después se puede determinar el mapa molecular de la huella dactilar, sin ningún tratamiento posterior de la muestra.

De esta forma se han podido identificar, por ejemplo, las ceras de la piel, el ácido láctico que segregan las glándulas dérmicas, algunas moléculas alrededor de las glándulas del sudor, etc. Además de conocer si una molécula determinada está en el lugar de un tejido, con esta técnica se podrían detectar compuestos que la persona haya tocado previamente.

Una de las ventajas de esta superficie es que se puede modificar mediante enlaces de las partículas de oro con otras moléculas para hacer que sea selectiva solo a un compuesto concreto que interese. Otra de las características importantes es que para producir estas superficies no se utilizan productos químicos peligrosos ni solventes orgánicos. Además, son muy estables en el tiempo, no se degradan y las muestras se pueden guardar sin problemas.

Diferentes aplicaciones para diferentes industrias

La nueva técnica puede tener utilidad en diversos campos. En medicina legal y forense, por ejemplo, se puede aplicar al control de drogas. Una huella dactilar no se puede adulterar ni manipular, por tanto, en el momento en que alguien la deja marcada sobre la nanosuperficie, los compuestos químicos detectados encima están directamente relacionados con su identidad y la muestra puede conservarse mucho tiempo sin que sufra modificaciones.

En medicina forense esta técnica se puede aplicar al control de drogas, y en la industria farmacéutica para conocer si el compuesto de un medicamento llega al tejido adecuado.

Por su parte, la industria farmacéutica y las investigaciones clínicas también podrían emplear este sistema para conocer si un determinado compuesto presente en un medicamento ha llegado al tejido deseado, del que se puede tomar una muestra para analizar.

Además, ciertos medicamentos y drogas excretan por el sudor cuando se metabolizan y se podrían detectar con una huella dactilar. Asimismo, algunas enfermedades se pueden diagnosticar por las sustancias que expulsamos a través del sudor como, por ejemplo, la concentración de glucosa.

La medida del azúcar en sangre se utiliza habitualmente para diagnosticar la diabetes. De hecho, el laboratorio de la URV forma parte del Centro de Investigación Biomédica en Red de Diabetes y Enfermedades Metabólicas Asociadas (CIBERDEM).

En cuanto a la industria cosmética, el uso de esta nanosuperficie permitiría conocer, por ejemplo, qué residuos dejan los productos cosméticos en la piel: cuáles quedan en la superficie y cuáles se absorben.

agosto 13/2020 (SINC)

Referencia:

Iakab S.A., Ràfols P., Tajes M., Correig-Blanchar X., and María García-Altares M.:Assisted Gold Nanoparticle Black Silicon Substrates for Mass Spectrometry Imaging Applications. ACS Nano 2020, 14, 6, 6785–6794.  Mayo 2020.

«Hay evidencia de que el plástico se está abriendo camino en nuestros cuerpos, pero muy pocos estudios lo han buscado allí. Y en este punto, no sabemos si este plástico es solo una molestia o si representa un peligro para la salud humana», explica Charles Rolsky, que ha presentado un estudio al respecto en la Reunión y Exposición Virtual de Otoño de 2020 de la American Chemical Society (ACS).

Los científicos definen los microplásticos como fragmentos de plástico de menos de 5 mm, o alrededor de 0,2 pulgadas, de diámetro. Los nanoplásticos son incluso más pequeños, con diámetros inferiores a 0,001 mm. La investigación en modelos animales y de vida silvestre ha relacionado la exposición a micro y nanoplásticos con la infertilidad, la inflamación y el cáncer, pero actualmente se desconocen los resultados de salud en las personas.

Estudios anteriores han demostrado que los plásticos pueden atravesar el tracto gastrointestinal humano, pero Rolsky y Varun Kelkar, que también presenta la investigación en la reunión, se preguntaron si las pequeñas partículas se acumulan en los órganos humanos. Rolsky y Kelkar son estudiantes de posgrado en el laboratorio de Rolf Halden, en la Universidad Estatal de Arizona.

Para averiguarlo, los investigadores obtuvieron muestras de un gran depósito de tejidos cerebrales y corporales que se estableció para estudiar enfermedades neurodegenerativas, como el alzhéimer. Las 47 muestras se tomaron de pulmones, hígado, bazo y riñones, cuatro órganos que probablemente se expondrán, filtrarán o recolectarán microplásticos.

El equipo desarrolló un procedimiento para extraer plásticos de las muestras y analizarlos mediante espectrometría micro Raman. Los investigadores también crearon un programa de computadora que convirtió la información sobre el recuento de partículas de plástico en unidades de masa y área de superficie. Planean compartir la herramienta en línea para que otros investigadores puedan informar sus resultados de manera estandarizada, informa phys.org.

 «Este recurso compartido ayudará a construir una base de datos de exposición al plástico para que podamos comparar las exposiciones en órganos y grupos de personas a lo largo del tiempo y el espacio geográfico», dice Halden.

El método permite a los investigadores detectar docenas de tipos de componentes plásticos dentro de los tejidos humanos, incluidos el policarbonato (PC), el tereftalato de polietileno (PET) y el polietileno (PE). Cuando se combina con un ensayo de espectrometría de masas desarrollado previamente, se detectó contaminación plástica en cada muestra. Se encontró bisfenol A (BPA), que todavía se usa en muchos recipientes de alimentos a pesar de los problemas de salud, en las 47 muestras humanas.

Según el conocimiento de los investigadores, su estudio es el primero en examinar la presencia de micro y nanoplásticos en órganos humanos de individuos con un historial conocido de exposición ambiental.

«Los donantes de tejido proporcionaron información detallada sobre su estilo de vida, dieta y exposiciones ocupacionales», dice Halden. «Debido a que estos donantes tienen historias tan bien definidas, nuestro estudio proporciona las primeras pistas sobre posibles fuentes y rutas de exposición a micro y nanoplásticos».

 ¿Debería preocuparse la gente por la alta frecuencia de detección de componentes plásticos en los tejidos humanos? «Nunca queremos ser alarmistas, pero es preocupante que estos materiales no biodegradables que están presentes en todas partes puedan ingresar y acumularse en los tejidos humanos, y no conocemos los posibles efectos en la salud», dice Kelkar.

«Una vez que tengamos una mejor idea de lo que hay en los tejidos, podemos realizar estudios epidemiológicos para evaluar los resultados de la salud humana. De esa manera, podemos comenzar a comprender los posibles riesgos para la salud, si los hay».

agosto 18/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Científicos del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC) utilizan la luz del Sincrotrón ALBA para comprobar el efecto de un grupo de fármacos antitumorales sobre un componente celular esencial para el ciclo vital del SARS-CoV-2, causante de la COVID-19.

Mediante esta infraestructura se observará la estructura molecular de los microtúbulos celulares para comprobar si los fármacos seleccionados, como el paclitaxel, usado para el tratamiento del cáncer de mama, ovario y pulmón, entre otros, son capaces de alterarla y, de este modo, frenar el transporte del virus en el interior de las células.

El objetivo principal es correlacionar los cambios estructurales provocados por los medicamentos para que sirvan como antivirales. Según indica el equipo de investigadores que lidera el estudio, en caso de confirmar que el fármaco logra detener el transporte del virus podría empezar a utilizarse de forma inmediata, pues ya se conocen sus dosis seguras y sus procedimientos de administración.

En caso de confirmar que el fármaco logra detener el transporte del virus podría empezar a utilizarse de forma inmediata, pues ya se conocen sus dosis seguras y sus procedimientos de administración.

Para circular por el interior de las células, los virus secuestran unas proteínas (kinesina y dineína) que actúan como trasportadoras de los mismos al desplazarse sobre los microtúbulos, unos biopolímeros con forma de filamentos que intervienen en el traslado de sustancias, entre ellas, los virus.

Así, la hipótesis inicial del proyecto plantea que los fármacos seleccionados podrían afectar a los microtúbulos, mediante la alteración del movimiento de las proteínas motoras, lo que interrumpiría el transporte del virus y bloquearía su replicación.

“Se sospecha que muchos procesos virales pueden ser inhibidos por antitumorales, porque bloquean procesos necesarios para el crecimiento celular exacerbado. Estos mismos procesos, aún más acelerados, son los que emplean los virus para replicarse dentro de la célula una vez han tomado el control de su maquinaria”, explica Fernando Díaz, uno de los responsables.

El proyecto parte con indicios esperanzadores. En anteriores estudios realizados en las líneas de luz XALOC y NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA se demostró que algunos fármacos antitumorales son capaces de alterar la estructura de los microtúbulos.

“Si funciona, podríamos estar ante el primer antiviral de amplio espectro”, señala Daniel Lucena, del CIB-CSIC. El trabajo pretende intervenir en el mecanismo que utilizan muchos virus para moverse dentro de una célula y, por ello, los resultados podrían ser extrapolados a otros virus.

Sincrotrón ALBA, el ‘microscopio’ de las moléculas

El Sincrotrón ALBA está formado por un complejo de aceleradores de electrones que producen la luz de sincrotrón, que permite visualizar la estructura atómica y molecular de los materiales y estudiar sus propiedades. Su funcionamiento posibilita observar la estructura del microtúbulo, así como la modificación de sus dimensiones cuando es tratada con un compuesto.

El funcionamiento del Sincrotrón ALBA posibilita observar la estructura del microtúbulo de las células, así como la modificación de sus dimensiones cuando es tratada con un compuesto

“Estos cambios son muy pequeños, del orden de los nanómetros. Algo que en un microscopio convencional no seríamos capaces de ver”, señala Juan Estévez, investigador doctoral del grupo del CIB-CSIC.

Una vez identificados los medicamentos que generen una mayor perturbación de la estructura de los microtúbulos, serán evaluados en lo que se refiere a su efecto inhibidor sobre el transporte viral.

julio 26/2020 (SINC)

La investigación se realizó utilizando células de humanos y ratones con enfermedad inflamatoria intestinal, que pueden causar dolor crónico.

Los receptores de opioides, que se encuentran principalmente en todo el sistema nervioso central y el intestino, alivian el dolor cuando son activados por los opioides, tanto los producidos naturalmente por el cuerpo como los que se toman como medicamentos.

Si bien existen varios tipos de receptores opioides, la mayoría de los medicamentos opioides como la oxicodona y la morfina actúan sobre el receptor opioide mu.

Los medicamentos opioides tienen efectos secundarios significativos mediados por el receptor opioide mu, que incluyen estreñimiento y dificultad para respirar. Estas drogas son adictivas y su efectividad disminuye con el tiempo, por lo que las personas requieren dosis más altas para controlar su dolor, lo que aumenta los efectos secundarios y el riesgo de sobredosis.

En este estudio, los investigadores se centraron en un receptor opioide diferente: el receptor opioide delta, que también inhibe el dolor cuando se activa pero ofrece un objetivo prometedor para tratar el dolor con menos efectos secundarios.

Utilizando biopsias de los dos puntos de personas y ratones con colitis ulcerosa, una enfermedad inflamatoria intestinal, los investigadores descubrieron que el receptor opioide delta proporciona un mecanismo incorporado para aliviar el dolor inflamatorio. Las células inflamatorias del colon liberan sus propios opioides, que activan el receptor opioide delta y bloquean la actividad de las neuronas intestinales que transmiten señales dolorosas.

Los investigadores también aprendieron que el receptor de opioides delta envía señales desde un compartimento dentro de la célula llamado endosoma, no solo en la superficie de las células, como se pensaba anteriormente.

En el endosoma, los receptores señalan durante períodos prolongados, lo que significa que los receptores opioides delta pueden inhibir el dolor durante períodos más largos. Esta disminución sostenida de la excitabilidad (una medida del dolor) se encontró cuando los receptores opioides delta se activaron en las células inflamatorias estudiadas.

Hemos demostrado que el receptor opioide delta tiene un mecanismo incorporado de control del dolor e inhibe el dolor mediante la señalización dentro de un endosoma. Con este nuevo conocimiento, pensamos que el receptor sería un objetivo prometedor para el tratamiento del dolor inflamatorio crónico, explica el autor principal, Nigel Bunnett, profesor y presidente del Departamento de Patobiología Molecular de la Facultad de Odontología de la Universidad de Nueva York (NYU).

Para apuntar al receptor de opioides delta, los investigadores encapsularon un analgésico llamado DADLE, que se une al receptor de opioides delta, dentro de nanopartículas, vehículos microscópicos utilizados para administrar medicamentos a las células.

Luego recubrieron las nanopartículas con el mismo analgésico, que dirigió las nanopartículas específicamente a las células nerviosas que controlan el dolor y las alejan de otros tipos de células, evitando los efectos secundarios.

La incorporación de medicamentos en las nanopartículas puede mejorar la estabilidad y la administración de los medicamentos, mejorar su efectividad y, a menudo, requiere dosis más pequeñas, y dosis más pequeñas y más específicas reducen el riesgo de que los medicamentos causen efectos secundarios no deseados, añade Bunnett.

Después de unirse a los receptores de las células nerviosas, las nanopartículas ingresaron a las células para llegar al endosoma y luego liberaron lentamente el analgésico para activar el receptor opioide delta. Esto dio como resultado una activación duradera del receptor opioide delta, lo que sugiere una capacidad sostenida para inhibir el dolor inflamatorio.

Nuestros hallazgos demuestran que los receptores opioides delta en los endosomas no solo son un mecanismo incorporado para el control del dolor, sino también un objetivo terapéutico viable para el alivio del dolor inflamatorio crónico, apunta Bunnett.

Un estudio anterior realizado por Bunnett y sus colegas utilizó nanopartículas para administrar un medicamento que bloqueó un tipo diferente de receptor para aliviar el dolor, mientras que el estudio PNAS se enfoca en administrar un medicamento para activar el receptor opioide delta.

Los investigadores plantean la hipótesis de que el control efectivo del dolor implicará bloquear y activar múltiples vías de transmisión del dolor al mismo tiempo, lo que puede conducir a encapsular una combinación de medicamentos dentro de las nanopartículas.

julio 25/2020 (Europa Press). Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Esta sustancia, aún en fase de laboratorio, presenta una serie de ventajas frente a las que se utilizan en la actualidad: la reducción de los efectos adversos en el organismo, dosis inferiores a las habituales, la posibilidad de focalizar el compuesto únicamente a la zona afectada que se quiera visualizar y su adaptabilidad, que hace que la misma sustancia sea válida para distintas pruebas diagnósticas.

Las sustancias que sirven para ‘iluminar’ y poder ver mejor órganos, tejidos o cartílagos dañados se denominan agentes de contraste. Estos actúan como si fueran una tinta que define mejor las partes de la anatomía que quieran observarse a través de las técnicas de diagnóstico de imagen. Se utiliza en pruebas comunes que proporcionan imágenes tridimensionales de órganos y tejidos del cuerpo humano, como la Tomografía axial computerizada (TAC), que sirve para observar órganos dañados a través de rayos X, como una radiografía convencional; o la Resonancia magnética, una máquina que hace uso de un imán muy potente. También es el caso de la Imagen fotoluminiscente, técnica que funciona como una radiografía donde la zona dañada aparece iluminada. Esta última, al ser más nociva, se utiliza únicamente en laboratorios en pruebas con ratones.

El paciente ingiere o se le inyecta este fluido cuando las imágenes que captan estas técnicas no son lo suficientemente nítidas. Por ejemplo, cuando no se logra distinguir un tumor del área que lo rodea. Cada prueba diagnóstica requiere un agente de contraste diferente y, en ocasiones, el paciente debe ingerir o inyectarse dos de ellos, para que la imagen de la parte del cuerpo que se fotografíe aparezca más definida.

Al obtener mejores imágenes, los profesionales médicos obtienen información complementaria, pueden emitir diagnósticos más certeros y ofrecer tratamientos más eficaces. “Algunos de los que se usan hoy en día tienen una cierta toxicidad”, explica a la Fundación Descubre la investigadora Ana Isabel Becerro, autora del estudio ‘Design of a nanoprobe for high field magnetic resonance imaging, dual energy X.Ray computed tomography and luminescent imaging’, publicado en Journal of Colloid and Interface Science.

El agente de contraste diseñado por este grupo de investigación evita al paciente la administración de dos sustancias diferentes, sería válido de forma universal para todas las pruebas mencionadas y, al inyectar menos cantidad, también se reduciría su toxicidad.

Nanopartículas

La sustancia que los investigadores han desarrollado presenta una serie de ventajas frente a los agentes de contraste que se aplican en la actualidad. En este estudio utilizan nanopartículas, que son esferas de 80 nanómetros con propiedades luminiscentes. En este estudio, los investigadores las recubren con moléculas llamadas ligandos. Éstas funcionan como un imán que atraído hacia la zona de interés y permite que no se extiendan por otros lugares del cuerpo, como ocurre con los agentes de contraste que se utilizan habitualmente.

Su función simula el zoom de una cámara: las nanopartículas se concentran en una sola zona de interés y ayudan a enfocarla mejor. “Hemos diseñado este agente de contraste para que sea eficaz tanto en Resonancia magnética como en TAC. Podemos disminuir la dosis inyectada en vena y reducir los posibles efectos tóxicos o adversos para el organismo que esta sustancia pueda presentar. Además, permite obtener imágenes luminiscentes de células y tejidos en estudios”, comenta Ana Isabel Becerro.

Las nanopartículas diseñadas por el grupo de investigación poseen una arquitectura conocida como core-shell: núcleo-corteza. Así, el grupo de investigación las diseñó con un núcleo luminoso que le da utilidad para la Imagen luminiscente, una capa intermedia que protege la luz que emite el núcleo y una corteza elaborada de un material visible para la Resonancia magnética. Además, por su composición química, también es eficiente para el TAC. Una vez ingeridas o inyectadas, se hacen visibles al exponerse a la luz ultravioleta.

El empleo de las nanopartículas en medicina requiere que éstas sean uniformes para poder reproducir sus propiedades: todas las esferas deben emitir la misma cantidad de luz y tener siempre el mismo tamaño. “Se inyectan en vena, así que no deben superar los 100 nanómetros, estar dispersas para no producir trombos ni coágulos y ser inocuas para el organismo”, explica la investigadora sevillana. La síntesis de nanopartículas con estas características, las propiedades luminiscentes y magnéticas fue la parte más compleja de proyecto y requirió varios meses del año en el que transcurrió el mismo.

Este nuevo agente de contraste se encuentra en fase de estudio. El equipo de investigación lo está sometiendo a pruebas de toxicidad y todavía no ha sido testado en ensayos clínicos.

Otras líneas de investigación

Si bien el nuevo medio de contraste permite obtener imagen luminiscente de células y tejidos en ensayos in vitro, todavía no es conveniente su empleo para tomar imágenes de órganos y tejidos del cuerpo humano, ya que es necesario activarlas con luz ultravioleta, que puede producir daños en el ADN. El grupo Materiales Coloidales está desarrollando otras líneas de investigación para lograr que la luminiscencia del núcleo de las nanopartículas sea persistente tras retirar la luz ultravioleta. Con este método se podría activar la sustancia antes de introducirla en el organismo, lo que evitaría la exposición del mismo a la luz UV.

julio 23/2020 (Dicyt)

Referencia bibliográfica 
González-Mancebo, D.; Becerro, A.I.; Corral, A. et al. García-Embid S., Balcerzyk M.; Garcia-Martin M.L.; de la Fuente J.M.; Ocaña M. 2020. Design of a nanoprobe for high field magnetic resonance imaging, dual energy X-ray computed tomography and luminescent imaging. Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 573, pp. 278-286.

La liberación local de fármacos antitumorales a través de proteínas bacterianas para el tratamiento del cáncer de mama puede marcar un antes y un después en la medicina de precisión. En esta línea, investigadores del Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) han creado estructuras de células de Escherichia coli para producir amiloides bacterianos no tóxicos.

Los cuerpos de inclusión o amiloides son agregados de proteínas nanoestructuradas producidas en el interior de una célula, frecuentes en determinadas bacterias y con interesantes aplicaciones biomédicas, como la liberación de fármacos proteicos. Estas estructuras proteicas actúan como gránulos de secreción de los fármacos antitumorales y, al administrarse localmente, muestran un efecto terapéutico sostenido en el tiempo.

Si bien esta investigación, publicada en Advanced Science, está en sus primeras fases de desarrollo, el principio transversal descrito en el estudio abre un amplio campo de experimentación para la generación de nuevos biomateriales terapéuticos producidos en bacterias. Su objetivo es la medicina de precisión de cáncer de mama y en otras neoplasias de elevada incidencia.

Los resultados obtenidos abren las puertas a una nueva tecnología terapéutica basada en productos bacterianos contra el cáncer de mama

Este proyecto de investigación, financiado por la fundación La Marató de TV3, ha sido coordinado por la investigadora del CIBER-BBN de la Universidad Autónoma de Barcelona Esther Vázquez, y ha contado además con la participación de Ibane Abasolo (Hospital Vall d’Hebron) y de Miriam Royo (CSIC).

Asimismo, el consorcio ha contado con la colaboración de Laura Soucek, experta en modelos animales para el estudio del cáncer y perteneciente al Vall d’ Hebron Instituto de Oncologia (VHIO) e ICREA.

Según explica Esther Vázquez, a pesar de que esta  tecnología aún tiene por delante un largo recorrido hasta su aplicación clínica, los resultados obtenidos en este estudio que ha durado más de tres años abren las puertas a una nueva tecnología terapéutica basada en productos bacterianos hasta ahora no explorados en clínica.

Optimizar los fármacos convencionales

El estudio se basa en la entrega dirigida a células tumorales CD44+, en modelos animales de cáncer de mama, de dos proteínas antitumorales, Omomyc y p31, en forma de materiales nanoestructurados. La principal novedad reside en el uso de amiloides bacterianos no tóxicos como reservorio de dichas proteínas terapéuticas.

La administración local del material promueve la liberación sostenida de los fármacos y la necrosis del tejido tumoral en un margen de tiempo relativamente corto. Una de las principales ventajas en el uso de estos tipos de materiales es la liberación sostenida del fármaco proteico, lo que disminuiría la frecuencia de administración en lo que se refiere a las pautas actuales de los fármacos convencionales.

El proyecto ha contado además con la colaboración de los jefes de grupo del CIBER-BBN Antonio Villaverde, de la UAB, experto en el desarrollo de materiales bacterianos de interés biotecnológico basados en estructuras amiloides, conocidas también como cuerpos de inclusión, y de Simó Schwartz, director del CIBBIM-Nanomedicine (VHIR), experto en nanomedicina y biología molecular del cáncer.

julio 18/2020 (SINC)

Referencia bibliográfica:

Mireia Pesarrodona, Toni Jauset, Zamira V. Díaz‐Riascos, Alejandro Sánchez‐Chardi, Marie‐Eve Beaulieu, Joaquín Seras‐Franzoso, Laura Sánchez‐García, Ricardo Baltà‐Foix, Sandra Mancilla, Yolanda Fernández, Úrsula Rinas, Simó Schwartz Jr, Laura Soucek, Antonio Villaverde, Ibane Abasolo, Esther Vázquez. Targeting Antitumoral Proteins to Breast Cancer by Local Administration of Functional Inclusion Bodies. https://doi.org/10.1002/advs.201900849

 Un estudio del centro vasco de investigación en biomateriales CIC biomaGUNE ha conseguido gracias a la utilización de luz infrarroja en combinación con nanopartículas plasmónicas (en las que oscilaciones de partículas ofrecen propiedades ópticas) la recolección eficiente de las células cultivadas en laboratorio, con el objetivo de que puedan ser usadas en medicina regenerativa e ingeniería del tejido.

La luz infrarroja interacciona con las nanopartículas generando la suficiente energía como para despegar las células de las superficies en las que crecen.También es una luz suave, de poca energía, por lo que permite extraer las células sin dañarlas y una supervivencia cercana al 100 % durante el proceso de recolección de las células. Un nivel de viabilidad desconocido hasta el momento.

El trabajo llevado a cabo por los investigadores Juan José Giner-Casares, Malou Henriksen-Lacey e Isabel García, bajo la dirección de Luis Liz-Marzán, ha sido publicado y destacado como Hot Paper por la revista alemana Angewandte Chemie International Edition.

 El cultivo de células es una técnica extendida que se utiliza tanto en la industria como en la investigación en áreas tan diversas como virología, biotecnología, inmunología, farmacología o producción de tejidos artificiales.

 “El principal problema surge en el momento de recolectar esas células y tejidos debido a que los procesos de despegado son muy agresivos, de forma que muchos de estos entes biológicos no son viables y por tanto no pueden ser utilizados», explica el investigador Juan José Giner-Casares, «especialmente en el caso de células de alto valor añadido, cada pérdida por mínima que sea es muy relevante en el proceso en su conjunto».

 «Nuestra investigación es importante para mejorar la viabilidad de las células en cualquier tipo de cultivo, si bien esperamos que aquella industria de células de alto valor añadido esté especialmente interesadas en estas superficies,  añade. En el caso de cultivar tejidos para su implante en personas la integridad de las células es fundamental, ya que estamos hablando de un cultivo que va a formar parte de una persona”.

Mediante una modificación de la nanolitografía basada en copolímeros en bloque, el equipo investigador crea superficies de nanopartículas altamente ordenadas, que son químicamente modificadas para obtener características plasmónicas optimizadas para cultivo y despegado de células.

 Concentrar el campo electromagnético

Las diminutas dimensiones de las nanopartículas plasmónicas permiten concentrar un campo electromagnético de enorme intensidad en su superficie, que abre un amplio abanico de posibilidades. En este caso amplifica la luz infrarroja con la que se irradia el cultivo, dando lugar a un calentamiento suave pero muy localizado en la superficie de las nanopartículas en contacto con la pared celular. Las células responden despegándose de la superficie suavemente y sin ser afectadas.

La investigación demuestra que se pueden recuperar células o cualquier tejido cultivado sobre cristal o plástico modificados con nanopartículas aplicando luz infrarroja. CIC biomaGUNE ha solicitado la patente europea para que la investigación sea susceptible de ser explotada comercialmente.

 El Centro de Investigación en Biomateriales, CIC biomaGUNE, con sede en el Parque Tecnológico de Donostia-San Sebastián, lleva a cabo investigación en la interfaz entre la Química, la Biología y la Física con especial atención en el estudio de las propiedades de las nanoestructuras biológicas a escala molecular y sus aplicaciones biomédicas.

junio 18/2020 (SINC)

Estos hallazgos de la investigación nos ayudarán a liderar un ensayo clínico con un enfoque terapéutico combinado para tratar a los pacientes con cáncer de páncreas, dice Xiaoyang Qi, autor correspondiente del artículo, profesor de la División de Hematología Oncológica en la Facultad de Medicina de la UC y miembro del Centro de Cáncer de la UC.

Los investigadores de este estudio han descubierto que el uso de un compuesto terapéutico, llamado SapC-DOPS, una nanovesícula (o un sistema de administración de fármacos nanotecnológicos) hecho de componentes microscópicos de una célula, para administrar una terapia combinada de biomarcadores y quimioterapia estándar para el cáncer de páncreas puede mostrar beneficio para los pacientes.

Solo un pequeño número de fármacos prometedores se dirigen al cáncer de páncreas, que es la cuarta causa de muerte por cáncer, con una supervivencia a cinco años de menos del seis por ciento, dice Qi, que ha desarrollado la investigación junto al asistente de investigación graduado Kombo N’Guessan.

El cáncer de páncreas suele ser asintomático en las primeras etapas, mientras que con frecuencia invade los ganglios linfáticos y el hígado, y con menos frecuencia los pulmones y los órganos viscerales, añade. Los tratamientos actuales, como cirugía, quimioterapia y radioterapia, no han logrado mejorar la supervivencia a largo plazo.

Hemos descubierto un biomarcador dirigido a fármacos (fosfatidilserina) para las células de cáncer de páncreas en estudios anteriores, y uno de los tratamientos de primera línea para el cáncer de páncreas avanzado es la quimioterapia, pero solo proporciona mejoras marginales para los pacientes, prosigue. Queríamos ver si podría usar el tratamiento actual de primera línea en combinación con la nueva administración de fármacos de nanovesículas para mejorar los resultados’.

A principios de la década de 2000, Qi desarrolló SapC-DOPS, una combinación de una proteína celular, SapC, y un fosfolípido, DOPS, que se ensamblaron en pequeñas cavidades y pueden dirigirse selectivamente a las células y administrar terapias al tiempo que evitan todas las demás células y tejidos no afectados.

En el pasado, estudió esa nanovesícula en modelos animales con cáncer que examinan los cánceres de cerebro, pulmón, piel, próstata, sangre, seno y pancreático. Actualmente se está estudiando en ensayos clínicos para cánceres cerebrales.

En este estudio, los investigadores utilizaron modelos animales y células cancerosas humanas para probar esta teoría y descubrieron que la combinación de estas terapias juntas ayudó a identificar el biomarcador en la superficie de las células cancerosas en varios puntos de su ciclo de vida, inhibiendo en última instancia el crecimiento tumoral y potencialmente aumentando supervivencia, en comparación con los tratamientos solos.

Este estudio muestra que el tratamiento combinado que usa nanovesículas y una quimioterapia estándar podría ser beneficioso para pacientes con cáncer de páncreas, posiblemente extendiendo vidas y ayudando a un subconjunto de pacientes con cáncer que no tienen muchas opciones, destaca Qi.

junio 13/2020 (Europa Press) -) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Las sondas químicas que producen una señal en la resonancia magnética (MRI) se pueden utilizar para identificar y obtener imágenes de tumores. La nueva investigación se basa en un fenómeno llamado ajuste de resonancia magnética que ocurre entre dos elementos magnéticos a nanoescala.

Uno actúa para mejorar la señal y el otro la apaga. Estudios anteriores han demostrado que el enfriamiento depende de la distancia entre los elementos magnéticos. Esto abre nuevas posibilidades para la investigación no invasiva y sensible de una variedad de procesos biológicos mediante resonancia magnética.

El equipo creó una sonda que genera dos señales de resonancia magnética que se suprimen entre sí hasta que alcanzan el objetivo, en cuyo punto ambos aumentan el contraste entre el tumor y el tejido circundante. A esto lo llaman sintonización de resonancia magnética bidireccional (TMRET, siglas en inglés).

En combinación con un software de análisis de imágenes especialmente desarrollado, la señal doble permitió a los investigadores detectar tumores cerebrales en un modelo de ratón con una sensibilidad mucho mayor.

Es un avance significativo, destaca el autor principal Yuanpei Li, profesor asociado de Bioquímica y Medicina Molecular en la Facultad de Medicina y Centro Integral del Cáncer de la UC Davis. Esto podría ayudar a detectar tumores muy pequeños en etapa temprana.

Dos componentes magnéticos

La sonda desarrollada por el equipo contiene dos componentes: nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético (SPIO) y manganeso a-paramagnético de feoforbida (P-Mn), empaquetados en una envoltura lipídica. SPIO y P-Mn dan señales fuertes y separadas en la resonancia magnética, pero siempre que estén físicamente cerca esas señales tienden a cancelarse entre sí o apagarse. Cuando las partículas ingresan al tejido tumoral, la envoltura grasa se descompone, SPIO y P-Mn se separan y aparecen ambas señales.

El laboratorio de Li se centra en la química de las sondas de resonancia magnética y desarrolló un método para procesar los datos y reconstruir imágenes, lo que llaman imágenes de sustracción mejorada de doble contraste o DESI.

Pero por su experiencia en los mecanismos físicos, se comunicaron con los profesores Kai Liu y Nicholas Curro en el Departamento de Física de UC Davis (Liu ahora está en la Universidad de Georgetown). Los físicos ayudaron a dilucidar el mecanismo del método TMRET y refinar la técnica.

Los investigadores probaron el método en cultivos de células de cáncer de próstata y cerebro y en ratones. Para la mayoría de las sondas de resonancia magnética, la señal del tumor es hasta dos veces más fuerte que la del tejido normal: una relación tumor / normal de 2 o menos. Usando la nueva nanoprobe de doble contraste, Li y sus colegas podrían obtener una relación tumor-normal de hasta 10.

Li apunta que el equipo está interesado en traducir la investigación al uso clínico, aunque eso requerirá un trabajo extenso que incluye pruebas de toxicología y aumento de la producción antes de que puedan solicitar la aprobación de un nuevo fármaco en investigación.

mayo 30/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

“Nosotros diseñamos, a escala nanométrica, un dispositivo optomecánico que sería algo así como las cuerdas de una guitarra o de un bajo, estos tienen la capacidad de vibrar ante las frecuencias de objetos sumamente pequeños, funcionan con fotones de luz”, explica Marcel Clerc, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile.

El dispositivo además mejora “la detección de señales débiles por medio de resonancia vibratoria de frecuencia sintonizable, esto puede ser valiosa para áreas como la telecomunicación, la computación cuántica como miras al desarrollo de puertas lógicas, así como para operación de memoria”, afirma.

Un instrumento que aumenta la eficiencia

Aunque ya se han estudiado dispositivos parecidos que pueden detectar señales débiles, la originalidad de este estudio es que su teoría permite desarrollarlos con frecuencias ajustables, «lo que abre nuevas posibilidades. Nuestra creación es una verdadera membrana optomecánica que además es capaz de hacer más eficiente el funcionamiento de procesos electrónicos e informáticos”, dice Clerc.

Para la construcción de la membrana los científicos trabajaron durante cuatro años, en la siguiente etapa pretenden incorporar estos dispositivos a otros elementos nanométricos y poder lograr nuevos dispositivos más flexibles.

Además de Clerc, participaron en la investigación, Avishek Chowdhury, Remy Braive y Sylvain Barbay de la Universidad de París-Sud, junto a Isabelle Robert-Philip de la Universidad de Montpellier y de la Universidad de País. Los resultados fueron publicados en la revista Nature Communications.

mayo 28/2020  (Dicyt)

Referencia Bibliográfica:
Chowdhury, A., Clerc, M. G., Barbay, S., Robert-Philip, I., & Braive, R. (2020). Weak signal enhancement by non-linear resonance control in a forced nano-electromechanical resonator. Nature Communications. m:2400 00 | https://doi.org/10.1038/s41467-020-15827-3

En su trabajo, publicado en la revista Nature Materials, los científicos han inyectado el chip en el interior de un óvulo de ratón junto con un espermatozoide para estudiar las etapas iniciales de la fertilización. El dispositivo, que funciona como sensor mecánico, mide apenas 22 por 10,5 micrómetros, tiene un grosor de 25 nanómetros y una longitud 3 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano.

Con el chip dentro, los científicos han podido medir las fuerzas que reorganizan el interior del óvulo, es decir, su citoplasma, desde que se introduce el espermatozoide hasta que se divide en dos células. Haciendo un símil con el baile, el embrión realiza una coreografía de movimientos durante su desarrollo y hemos visto que no solo el movimiento es importante sino también la intensidad del mismo, comenta el líder del trabajo.

José Antonio Plaza, que dirige el Grupo de Micro y Nanoherramientas en el IMB-CNM-CSIC, explica. Nosotros vemos a través de microscopia óptica cómo el chip se dobla en el interior de la célula. Dado que conocemos perfectamente qué fuerza hay que aplicar para que se doble el dispositivo de una determinada manera, y lo hemos modelizado, visualizar la curvatura nos permite inferir qué fuerzas mecánicas se están dando en el interior de la célula, añade Plaza.

La investigación es novedosa porque la detección de estas fuerzas se ha realizado de manera directa, esto es, desde el interior del embrión y a lo largo de todo el proceso inicial de fertilización. Casi todos los trabajos realizados hasta la fecha usan herramientas externas, obteniendo una medida indirecta y si lo hacen desde el interior es de una forma muy local y no describen la reorganización del citoplasma, apuntan los autores.

Así, los científicos han hecho una medida preliminar de las fuerzas que se obtienen en la reprogramación del ADN del espermatozoide, algo que sucede justo tras la inyección del espermatozoide. Aunque es muy difícil de comparar, hemos visto que estas fuerzas son mayores que las que otros grupos han medido en células musculares, señala el investigador del CSIC.

También se ha observado que el efecto de la membrana del embrión, que es más rígida que su interior, es la responsable de que los pronúcleos (núcleos que transportan el material genético de la hembra y del macho) converjan en el centro del embrión para fusionarse. Durante la fusión, no se han detectado fuerzas. Esto podría ser así, dicen los científicos, porque de esa forma se facilita la reorganización de los cromosomas.

La siguiente etapa es la división de la primera célula en dos. Aquí, los científicos han visto cambios en la rigidez del citoplasma. En este momento, nuestros chips revelan que el citoplasma se hace más rígido, hecho que facilitaría la transmisión de las fuerzas dentro del embrión para conseguir elongarse, afirma Plaza. Esta elongación es necesaria para la posterior división en dos células. Después, en el momento en que la célula se divide en dos, el citoplasma es menos rígido, posiblemente para facilitar la división.

mayo 27/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) están trabajando en el desarrollo de un nuevo dispositivo de grafeno para detectar el coronavirus que causa la COVID19. De momento ya disponen de un prototipo.

Los investigadores pertenecen al Laboratorio de Nanoelectrónica, Grafeno y Materiales Bidimensionales, en colaboración con el Grupo de Bioquímica y Parasitología Molecular del profesor Antonio Osuna y el de Bioconjugación que dirige Francisco Santoyo.

Se trata de un dispositivo portátil, autónomo, de fácil manejo y alta sensibilidad, para diagnóstico precoz y seguimiento de la enfermedad, basado en una matriz de biosensores de grafeno que detecta y cuantifica los anticuerpos desarrollados por el paciente en contacto  con el virus.

Los biosensores de grafeno del prototipo permiten detectar y cuantificar los anticuerpos desarrollados por el paciente en contacto con el virus

“Básicamente, hemos diseñado un dispositivo que al ponerlo en contacto con la muestra del paciente (que puede ser saliva, plasma, sangre que lleve información del virus), modifique su respuesta eléctrica (una sencilla medida de corriente y tensión) en pocos minutos, mostrando la información en el  mismo lugar donde se toma la muestra”, señala el catedrático de la UGR Francisco Gámiz, director del laboratorio de Nanoelectrónica.

“Además de ser una herramienta de diagnóstico rápido de pacientes sintomáticos en hospitales y centros de salud, puede implementarse como un dispositivo de detección en hogares de ancianos, lugares de trabajo, y centros educativos”, añade Gámiz

Por su parte, el grupo del profesor Osuna, que ya tiene experiencia previa de trabajo con otros coronavirus altamente patógenos, será el encargado de sintetizar las moléculas biológicas reconocibles por el sistema inmune de los pacientes y que se ‘pegarán’ a la superficie de los sensores de grafeno siguiendo las  rutas de bioconjugación diseñadas por el equipo de Santoyo.

Un chip diagnóstico muy sensible

La ventaja del chip diagnóstico es ser muy sensible (detecta la presencia del analito en concentraciones muy bajas), y por tanto, en etapas muy tempranas de la enfermedad, es decir, sin que aún haya síntomas en el paciente.

El dispositivo podría usarse tanto para detectar la presencia del virus como para conocer la etapa de la enfermedad.

Este dispositivo podría utilizarse no solo para reconocer la presencia del virus, sino también para conocer la etapa de la enfermedad, es decir, si estamos en una fase inicial, o si ya se está venciendo a la misma.

Su fabricación en cadena se haría con tecnología electrónica convencional, y por lo tanto, podría estar disponible rápidamente con un coste asequible.

“Ya hemos realizado algunas validaciones y prototipos del dispositivo para la detección del virus del papiloma humano gracias a un proyecto de excelencia de la Junta de Andalucía, y estamos trabajando en otros para medir el nivel de glucosa en saliva y sudor en pacientes con diabetes, así como en la detección precoz y seguimiento de  enfermos con cáncer del Instituto de Salud Carlos III”, señala Francisco Gámiz.

mayo 16/2020 (SINC)

La investigación y desarrollo de tecnología basada en el uso de nanopartículas en el campo biomédico está en auge en los últimos años debido a su gran abanico de aplicaciones potenciales, desde la obtención de imágenes médicas a la eliminación de tumores.

Las nanopartículas cúbicas se unen a las mitocondrias de las células cancerosas y las destruyen gracias a las fuerzas inducidas por un campo magnético.

Para acabar con estos tejidos cancerosos, una primera aproximación es elevar la temperatura para destruir las células malignas. Este efecto se puede conseguir con nanopartículas magnéticas y campos magnéticos de dirección variable y alta frecuencia.

Pero también se estudia la posibilidad de usar nanopartículas magnéticas y campos magnéticos variables de bajas frecuencias para generar las fuerzas que actúan sobre las diminutas partículas.

Este enfoque es el que han explorado científicos chinos liderados desde la Universidad de Tongji, Shanghai, China, en un nuevo estudio, publicado ahora en la revista Small y en el que ha participado el investigador Gustavo Plaza del Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid.

El equipo ha conseguido demostrar in vitro que es posible emplear nanopartículas para unirse a las mitocondrias de células cancerosas y destruirlas gracias a las fuerzas inducidas por un campo magnético.

Nanocubos de zinc, hierro y oxígeno

Las partículas nonométricas tienen forma de cubo, de unos 20 nanómetros de lado, y están fabricadas con átomos de zinc, hierro y oxígeno que les hace responder a determinados campos magnéticos.

Es un paso significativo para desarrollar tecnologías que permitan combinar nanopartículas magnéticas y campos rotatorios de bajas frecuencias para destruir tumores.

Cuando se aplica uno, las partículas cúbicas tienden a agregarse, y si el campo magnético rota a lo largo del tiempo, ellas también lo hacen. Este efecto es el que permite permeabilizar y dañar las membranas mitocondriales, desencadenando el proceso de apoptosis o muerte celular.

Además, la superficie de los nanocubos está cubierta con el grupo químico trifenilfosfonio, lo que favorece su unión a las mitocondrias cuando entran en el interior celular, según se ha observado en los cultivos de células cancerosas.

“Hemos identificado las sucesivas etapas que permiten el paso de las nanopartículas desde el medio extracelular hasta la superficie de las mitocondrias”, explica Plaza, “un paso significativo en el desarrollo de la tecnología que nos permita combinar nanopartículas magnéticas y campos rotatorios de bajas frecuencias para una destrucción eficiente de tumores”.

mayo 15/2020 (SINC)

Referencia:

Chen, MW; Wu, JJ; Ning, P; Wang, JJ; Ma, Z; Huang, LQ; Plaza, GR; Shen, YJ; Xu, C; Han, Y; Lesniak, MS; Liu, ZM; Cheng, Y. Remote Control of Mechanical Forces via Mitochondrial-Targeted Magnetic Nanospinners for Efficient Cancer Treatmen. SMALL, 2020 https://doi.org/10.1002/smll.201905424

La contribución de la Universidad Politécnica de Madrid en colaboración con la Universidad de Tongji ha sido posible gracias a los programas de intercambio de estudiantes y científicos, así como a las actividades conjuntas de investigación.

El pasado 13 de marzo, la fuente de luz del sincrotrón ALBA, ubicada en Cerdanyola del Vallés, cerca de la Universidad Autónoma de Barcelona y su parque científico, detuvo parte de su actividad debido al Estado de Alarma decretado por el Gobierno para hacer frente a la pandemia, aunque el centro siguió abierto de forma telemática, especialmente a la espera de prestar servicio a investigaciones biomédicas relacionadas con el SARS-CoV-2 y la COVID-19 y las posibles estrategias para combatirlo (vacunas, terapias…). Y el 15 de abril sonó la primera campana: una empresa farmacéutica (se guarda el anonimato) realizará experimentos en su línea de luz Xaloc, dentro de una investigación sobre COVID-19.

Xaloc es una línea de difracción de macromoléculas, informan fuentes autorizadas del ALBA. “Se colocan muestras, sobre todo cristales de proteínas, ante la luz de sincrotrón. Los electrones de los átomos de la muestra difractan esta luz y un detector de alta resolución recoge esta luz difractada. Así, se obtiene un patrón de difracción, y a partir de él se realizan análisis y cálculos para reconstruir la estructura tridimensional de la muestra. Es muy típico usar esta línea para ver cómo los fármacos interaccionan con proteínas, por ejemplo, a nivel 3D de estructura. Ya se ha hecho con otras enfermedades como el paludismo o la enfermedad del sueño”.

El ALBA se inauguró hace ya diez años, el 22 de marzo de 2010, un periodo en el que ha prestado servicio a personal científico de 1 850 instituciones y centros de investigación de 45 países distintos que han realizado más de 1 500 experimentos que han sido recogidos en unas 1 100 publicaciones en revistas especializadas.

Actualmente, el sincrotrón dispone de 8 líneas de luz y 5 más están en fase de construcción, equipadas con técnicas capaces de analizar la materia a escala atómica y molecular gracias a la gran calidad de la luz de sincrotrón producida. Las fuentes del ALBA informan de que están a la espera de más proyectos relacionados con la pandemia y aclaran que el caso del sincrotrón es un poco especial, ya que el proceso es más largo en el sentido de que se deben diseñar los experimentos, preparar las muestras, etc., para venir a hacer investigaciones en las líneas de luz. Es un paso más después de que los diferentes centros de investigación hayan empezado a investigar hace unas semanas. Deben proponer un experimento para el ALBA según las necesidades que se vayan encontrando estos días. Aseguran que, por su parte, “lo tenemos todo preparado y estamos a disposición de estos centros, nacionales o internacionales, para cuando necesiten nuestro equipamiento”.

Estos días, casualmente, se ha hecho pública la resolución provisional en espera de la formalización definitiva de la última convocatoria para la asignación de cofinanciación procedente del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (Feder) para la realización de proyectos cooperativos de creación, construcción, adquisición y mejora de equipamientos y plataformas científicas y tecnológicas compartidas. Entre los proyectos estratégicos aprobados se encuentran dos propuestas: una liderada por el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y otra por el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC), que gracias al esfuerzo concertado de nueve entidades de investigación permitirán instalar en el ALBA varios equipamientos de microscopia electrónica avanzada.

Más recursos para los investigadores de la COVID-19

Otra superestructura, la del Centro Nacional de Supercomputación  de Barcelona (BSC), que colabora en la lucha contra la pandemia desde diferentes vertientes: bioinformática; inteligencia artificial y procesamiento del lenguaje natural y técnicas de big data, y uso del superordenador MareNostrum 4. Y también lo hace ya la Sala Blanca del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM), que participa en el proyecto europeo Convat para diseñar un test en tiempo real, sencillo y barato, coordinado por el ICN2.

mayo 09/2020 (Diario Médico)

En el marco de los proyectos financiados  por el Instituto de Salud Carlos III para abordar la crisis debida a la pandemia de COVID-19, el Instituto IMDEA Nanociencia  de la Comunidad de Madrid ha recibido una ayuda de 340 000 euros para desarrollar un nuevo test que permita detectar secuencias específicas del ARN del coronavirus, de forma sencilla y sin necesitar tantos recursos como otros métodos de diagnóstico.

Cuando el ARN del coronavirus se une al ADN que llevan las nanopartículas de oro, se precipitan al fondo del vial y el color rojizo del líquido se torna transparente.

Como sensor del patógeno, la técnica emplea nanopartículas de oro donde van ancladas cadenas de ADN, capaces de detectar la secuencia específica del gen RdRP presente en el virus SARS-CoV-2, así como el gen E común a todos los coronavirus.

El test incluye un vial con una disolución acuosa de color rojizo por la presencia de las diminutas partículas de oro. Cuando se incorpora el ARN del coronavirus, estas nanopartículas funcionalizadas con ADN se agregan y precipitan al fondo, produciendo una disminución clara del color de la disolución. Esto se puede apreciar a simple vista.

Según explica el investigador Álvaro Somoza, responsable del equipo: «Las cadenas de ADN de las nanopartículas están plegadas en forma de horquilla y tienen un grupo hidrofóbico (colesterol) en el extremo. En esta disposición la estructura es soluble en agua.

Pero en presencia del ARN vírico, el ADN de la nanopartícula se une a él, a la secuencia del virus,  aclara el experto, la horquilla se abre y el colesterol se expone al medio, dando lugar a una estructura insoluble en agua y provocando la precipitación de las nanopartículas. Por este motivo la disolución se vuelve incolora.

De momento los investigadores no han utilizado muestras reales del coronavirus, si no modelos y secuencias análogas al ARN del patógeno, incluyendo una copia sintética del gen RdRP. Cuando los prototipos estén listos, científicos del Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) los probarán con secuencias procedentes de virus reales, primero atenuados y luego usando directamente muestras de pacientes infectados.

La idea es implementar la técnica en tres sistemas de amplificación o diagnóstico a la vez para ir reduciendo el uso de equipos, el personal altamente especializado y los reactivos que se requieran de la forma más rápida posible.

«Estamos reorientando una parte importante de las capacidades multidisciplinares del Instituto IMDEA Nanociencia para lograr un test eficiente y simple de usar», destaca su director

Por una parte se aplicará en la más sencilla reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa (RT-PCR), una variante de la PCR empleada en biología molecular para generar una gran cantidad de copias de material genético, un proceso conocido como amplificación.

De esta forma no hace falta usar la llamada qRT-PCR, el marcaje con compuestos fluorescentes que, aunque ofrece beneficios como la detección simultánea de muchos blancos en cada muestra, requiere una costosa optimización y el diseño de una sonda específica.

Por otro lado, el método también se implementará en la amplificación isotérmica, sin usar PCR y que solo necesita pequeñas unidades multiusos de laboratorio llamadas termobloques, y en la amplificación no enzimática, donde no se utilizan enzimas y la preparación de muestra es mínima.

Uso en hospitales y centros de salud

Según sus promotores, la implantación de esta técnica será rápida y sencilla en los procedimientos actuales de diagnóstico, pudiéndose emplear en hospitales y centros de salud. El cambio de color en los viales lo puede observar cualquier profesional en pocas horas.

El centro de investigación ya está en disposición de preparar nanopartículas, oligonucleótidos como el ADN (con una secuencia idéntica a la del ARN del virus pero preparada en ADN porque la interacción es más fuerte y la respuesta mejor) y tiras de nitrocelulosa a una escala pequeña.

Se podrían producir 5 000 sensores a la semana con procesos escalables.

Para hacerlo en cantidades mayores, necesitarían más recursos y equipos, pero IMDEA Nanociencia podría producir unos 5 000 sensores a la semana mediante procesos escalables industrialmente.

Según su director e investigador principal de todo el proyecto, Rodolfo Miranda, esperamos poder contribuir en la lucha contra esta pandemia, reorientando una parte importante de las capacidades multidisciplinares del instituto para lograr un test eficiente y simple de usar.

Los diversos test para identificar el nuevo coronavirus, sean rápidos o mediante PCR,  se han convertido en una medida esencial para conocer el alcance de esta crisis sanitaria y luchar contra ella. Identificar a las personas portadoras, con o sin síntomas, permite aislarlas y evitar la expansión de la epidemia.

Los expertos consideran necesario evaluar a un gran porcentaje de la población y repetir estos estudios durante semanas, ya que el virus puede ser trasmitido entre personas desde varios días antes de que aparezcan los primeros síntomas (en el caso de que aparezcan) hasta más de tres semanas desde el momento del contagio.

mayo 09/2020 (SINC)

Las vacunas terapéuticas contra el cáncer que aprovechan el sistema inmunitario para rechazar las células cancerosas han demostrado ser muy prometedoras para el tratamiento del tumor.

El equipo de investigación, dirigido por los profesores del IPE Ma Guanghui y Wei Wei, ya diseñó y fabricó una serie de vacunas contra tumores en un trabajo anterior. Estas vacunas han demostrado su eficacia en diferentes modelos de tumores, como el linfoma, el melanoma y el cáncer de mama.

Sin embargo, los investigadores se vieron impulsados a mejorar las vacunas tumorales anteriores debido a ciertas limitaciones. Por ejemplo, el profesor Ma apunta que un microambiente de inmunización desfavorable, junto con un proceso de preparación complicado y la necesidad de vacunas frecuentes comprometieron significativamente su desempeño. Por lo tanto, diseñamos una nueva formulación basada en microcápsulas para vacunas de alto rendimiento contra el cáncer, señala.

Este estudio representa la primera vez que los investigadores usaron microcápsulas de autocuración con post-encapsulación, carga múltiple y modulación eficiente de los microambientes de inmunización en una vacuna tumoral.

La característica especial de autocuración proporciona un paradigma leve y eficiente para la microencapsulación de antígeno. Después de la vacunación, estas microcápsulas crean un microambiente de inmunización favorable in situ, en el que la cinética de liberación de antígeno, el comportamiento de las células reclutadas y el entorno ácido circundante funcionan de manera sinérgica.

Debido a los efectos sinérgicos, la vacuna logra aumentar la utilización del antígeno, mejorar la presentación del antígeno y activar las células presentadoras de antígeno. Como resultado, se logra una respuesta eficaz de las células T, una potente inhibición tumoral, efectos antimetastásicos y prevención de la recurrencia posquirúrgica con varios tipos de antígenos en diferentes modelos tumorales, señala Wei.

Además, los investigadores verificaron la disponibilidad de la nueva plataforma de vacuna utilizada en la vacuna de neoantígeno, que se ajusta a la medicina de precisión, apunta Wei. Debido al simple proceso posterior a la encapsulación, los médicos pudieron preparar la formulación de neoantígeno por sí mismos en cualquier momento.

Un revisor de Science Advances describe el estudio como integral y racionalmente diseñado. El revisor también enfatiza que los resultados son impresionantes y que el trabajo tiene un alto valor para las vacunas terapéuticas y la inmunoterapia contra el cáncer.

mayo 30/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han descubierto que las bacterias vibran y que a partir de su frecuencia de resonancia se podría detectar e identificar las características y tipo de cualquier microorganismo.

Los científicos han logrado medir por primera vez la frecuencia de resonancia de una sola bacteria mediante dispositivos optomecánicos (que miden luz y movimiento), observando que vibran cientos de millones de veces por segundo.

Por primera vez se ha medido la frecuencia de resonancia de una sola bacteria mediante dispositivos optomecánicos, observando que vibran cientos de millones de veces por segundo.

La frecuencia de resonancia del microorganismo aporta valiosa información sobre sus características, de modo que permite diferenciarlo. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Nanotechnology, abre la puerta a lograr futuros dispositivos que puedan detectar, de forma universal, a gran escala y con alta sensibilidad, la presencia de cualquier virus o bacteria en una muestra.

Hasta ahora, los test de detección, como los que se emplean con el coronavirus que causa la COVID-19, se basan en las características genéticas de cada microorganismo, por lo que solo son capaces de hallar los virus o bacterias para los que han sido diseñados.

Dispositivos universales

Pero con la nueva tecnología, basada en las propiedades biofísicas de los microorganismos, los dispositivos serían universales y podrían localizar cualquier tipo de virus o bacteria a partir de la medición de la frecuencia de resonancia a la que vibran, que revela información sobre su forma, tamaño o rigidez, que son como las señas de identidad da cada microorganismo.

La frecuencia de resonancia del microorganismo aporta valiosa información sobre sus características y señas de identidad

 “La pandemia de SARS-CoV-2 ha ocasionado que se hable mucho de las pruebas para detectar los virus, como los tests rápidos y las PCR”, indica el investigador del CSIC Javier Tamayo de Miguel, del Instituto de Micro y Nanotecnología, que ha coliderado el estudio junto a Eduardo Gil.

 “Todas estas pruebas tienen en común que van dirigidas a especies concretas; cada test es capaz de detectar solo el virus o los virus para los que está diseñado –añade–. El idóneo tendría que ser universal, capaz de detectar e identificar cualquier virus presente en una muestra”.

La alternativa a los métodos genéticos son los métodos biofísicos. Esto quiere decir que, si se pudieran medir las propiedades físicas de partículas virales o bacterias de una muestra, se podría identificarlas, porque cada especie viral tiene unas propiedades características.

Propiedades físicas de virus y bacterias pueden ser la forma, la masa, el tamaño o la rigidez (grado de deformabilidad de las partículas). Toda esta información se refleja en el modo en que una de estas partículas biológicas vibra a su frecuencia de resonancia.

Un doble hito

“Por primera vez hemos medido la frecuencia de resonancia de una sola bacteria”, destaca al investigador, “y este descubrimiento supone un doble hito: descubrir que las bacterias vibran a frecuencias características y cada cuanto lo hacen, y por otro lado, hacerlo al nivel de una sola partícula”, detalla Tamayo.

Se abre la puerta a futuros dispositivos que puedan detectar, de forma universal, a gran escala y con alta sensibilidad, la presencia de cualquier virus o bacteria en una muestra.

Eduardo Gil ofrece más datos: “Para hacerlo, hemos usado nanodipositivos optomecánicos que han recibido mucho interés científico por su capacidad para medir desplazamientos inferiores al tamaño de un átomo. Esta precisión se consigue gracias a la capacidad de estos dispostivos de almacenar la luz y acoplar los fotones a sus modos mecánicos (fonones)”.

Proyecto VIRUSCAN

Desde hace tres años, el equipo de Tamayo colabora con en el Hospital La Paz y el Hospital Doce de Octubre, de Madrid, y con varios grupos de Francia, Holanda, Alemania y Grecia, expertos en diferentes aspectos tecnológicos en el proyecto europeo VIRUSCAN.

El objetivo de VIRUSCAN es construir un detector universal de virus y bacterias basados en esta tecnología. Este es el primer paso en una tecnología que necesitará años de desarrollo. El primer prototipo debería estar listo a finales del próximo año, y aunque será una tecnología embrionaria, se espera que se pueda aplicar en hospitales en un futuro.

abril 19/2020 (SINC)

Referencia Bibliográfica:

Tamayo, Javier; Gil-Santos, Eduardo, et al. “Optomechanical detection of vibration modes of a single bacterium”. Nature Nanotechnology, 2020. DOI: 10.1038/s41565-020-0672

El Instituto de Salud Carlos III, dependiente del Ministerio de Ciencia e Innovación, ha acordado financiar, con cargo a la Convocatoria Extraordinaria de Proyectos de Investigación sobre el SARS-CoV-2 y la enfermedad COVID-19, la propuesta presentada por un grupo de investigadores pertenecientes a diferentes instituciones radicadas en Andalucía para el diseño de un prototipo capaz de detectar el virus SARS-CoV-2 depositado sobre superficies de distintos materiales mediante el uso de tecnologías ópticas ya existentes combinadas con Inteligencia Artificial (IA). Este avance supondría una gran contribución a los esfuerzos por contener la pandemia y evitar nuevos contagios, ya que permitiría detectar con precisión las superficies contaminadas por el coronavirus.

En el proyecto participan investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, el Hospital Universitario Virgen del Rocío, el Instituto de Biomedicina de Sevilla, la Red Andaluza de diseño y traslación de Terapias Avanzadas, los TEDAX de la Policía Nacional, el Observatorio Astronómico de Calar Alto, el Joint Research Centre (JRC) de la Comisión Europea y Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA). Este nuevo proyecto está siendo presentado en estos días en diversas plataformas y foros internacionales sobre las aplicaciones de la IA en relación con el virus y la pandemia COVID-19.

El objetivo del nuevo proyecto, dado que en la actualidad no existen métodos de detección y visualización de la presencia del virus en superficies, es desarrollar un prototipo portátil que combinaría sistemas de lectura de imágenes multiespectrales, tanto en el rango óptico (de ultravioleta a infrarrojo térmico) como en el rango de terahercios, métodos de análisis mediante óptica computacional e Inteligencia Artificial (machine learning).

Esto permitiría el análisis rápido y sin contacto de las zonas contaminadas por medio de la generación de mapas de distribución espacial de estas imágenes en el campo de visión captado por el dispositivo. Ello supondría un gran avance en cuanto a disponer de métodos que ayuden a la limpieza y descontaminación de dispositivos médicos e instalaciones y a la reducción del contagio por contacto.

Un proyecto en marcha

El equipo de científicos, liderado por el catedrático Emilio Gómez González, director del Grupo de Física Interdisciplinar del Departamento de Física Aplicada III de la ETS de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, ya venía trabajando en el desarrollo de tecnologías ópticas y fotónicas avanzadas y de inteligencia artificial, aplicadas a diferentes campos.

De hecho, para financiar la adquisición del material técnico, los investigadores cuentan con un proyecto de aproximadamente un millón de euros de la convocatoria de Adquisición de Equipamiento que ya les había concedido el Ministerio de Ciencia e Innovación en 2019 (Ref: EQC2019-006240-P) para la compra de cámaras en los rangos espectrales reseñados, algunas de las cuales ya están disponibles y otras se encuentran en proceso de adquisición. La financiación comprometida ahora por el Instituto de Salud Carlos III (508.500 euros más el IVA correspondiente) permitirá cubrir la totalidad del presupuesto para la adquisición de otros recursos complementarios necesarios para la detección del SARS-CoV-2 y la realización de pruebas en entornos contaminados.

Esta investigación no contempla pruebas en pacientes ni interferirá en los procedimientos clínicos, de diagnóstico o tratamiento del Covid-19. La misma se centrará en la toma de imágenes de muestra tanto en zonas contaminadas por el virus como en zonas limpias, para que mediante el uso de algoritmos de Inteligencia Artificial (machine learning), se puedan extraer conclusiones que permitan avanzar en el desarrollo del prototipo.

Un gran desafío

Las mayores dificultades del proyecto, que entraña un gran desafío científico y tecnológico, radican tanto en la escasa información de que se dispone acerca del virus –en cuanto a sus características físicas, mecanismos de interacción y de depósito sobre superficies, interacción con la luz– como en su tamaño, apenas 120 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro).

Para ello se plantean explorar la práctica totalidad del rango óptico, incluyendo las bandas ultravioleta, el espectro visible, el infrarrojo y hasta la banda de terahercios, algunas de las cuales ya se están utilizando con éxito para determinar propiedades ópticas y electromagnéticas de otros tipos de virus, incluso más pequeños que este SARS-CoV-2.

Aunque los investigadores parten de tecnología ya disponible, el problema al que se enfrentan, la visualización de zonas contaminadas no visibles para el ojo humano es muy compleja y la combinación de técnicas ópticas y de procesado propuestas resultan muy innovadoras.

Según los científicos embarcados en este proyecto, en sólo tres meses podrían empezar a obtenerse los primeros resultados, si bien la investigación se plantea un horizonte de unos ocho meses. El grupo de investigadores publicará en abierto los resultados científicos que vaya obteniendo en el transcurso de la investigación, y también los diseños y dispositivos que se desarrollen, para posibilitar su utilización y mejora por la comunidad internacional.

Trayectoria del equipo multidisciplinario

Las instituciones y los investigadores que participan en la investigación aportan al proyecto una experiencia amplia en los campos de estudio más directamente relacionados con la misma. Así, el Grupo de Física Interdisciplinar (GFI) del Departamento de Física Aplicada III de la ETS de Ingeniería (ETSI) de la Universidad de Sevilla, bajo la dirección del catedrático Emilio Gómez González, tiene experiencia en el diseño, desarrollo y puesta en funcionamiento de tecnologías ópticas, sistemas y métodos de procesado de imagen en aplicaciones de muy alta complejidad y entornos muy demandantes (neurocirugía y cirugía fetal, entre otros).

El Hospital Universitario Virgen del Rocío, centro de referencia del Servicio Andaluz de Salud (SAS), y el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS), cuentan con dilatada experiencia en coordinación médica, aspectos clínicos y epidemiológicos, así como en la realización de pruebas en el entorno sanitario, siendo en la actualidad uno de los centros más destacados en la lucha contra la pandemia del COVID-19. La coordinación de los numerosos servicios que colaboran en este proyecto corre a cargo de los doctores José Miguel Cisneros, Javier Padillo y Javier Márquez y la parte técnica por el Servicio de Electromedicina, dirigido por José D. Sanmartín.

Por su parte, el área preclínica de la Red Andaluza de diseño y traslación de Terapias Avanzadas (RAdytTA), dirigida por la Dra. Rosario Sánchez, por su experiencia en biología molecular y biotecnología, aporta su capacidad de síntesis y análisis de virus, mientras que el Observatorio Astronómico de Calar Alto, dirigido por el Dr. Jesús Aceituno, está considerado como el observatorio astronómico más importante de la Europa Continental y aporta equipamiento óptico especializado.

El Grupo TEDAX-NRBQ de Sevilla del Cuerpo Nacional de Policía, a cargo del Inspector José M. Navas, es especialista en coordinación operativa y realización de pruebas en entornos generales, del mismo modo que los investigadores del Proyecto HUMAINT del Joint Research Centre (JRC) de la Comisión Europea, liderado por la Dra. Emilia Gómez, y con sede en el PCT Cartuja de Sevilla, son expertos en machine learning y en los aspectos éticos y sociales de la Inteligencia Artificial aplicada a la Medicina y la Salud. Asimismo, el JRC tiene una iniciativa transversal de investigación relacionada con el coronavirus que incluye a todas sus sedes en Europa y en la que, entre otras líneas de trabajo, se ha desarrollado un material especial de control para los tests. Por su parte, Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA), es especialista en transferencia de tecnología y difusión de resultados de investigación al tejido productivo.

abril 15/2020 (Dicyt)