Juan Valencia - X (Diez) Curiosidades

Nuevo fármaco candidato muestra promesa contra el cáncer

Cancer pánico — Imagen: Custom Medical Stock Photo/Getty

Un compuesto de platino podría ofrecer una alternativa al cisplatino, un agente de quimioterapia ampliamente usado.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Las drogas que contienen platino están entre los fármacos contra el cáncer más poderosos y ampliamente usados. Sin embargo, dichas drogas tienen efectos secundarios tóxicos, y las células de cáncer pueden eventualmente volverse resistentes a ellas.

El profesor de química del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) Stephen J. Lippard, quien ha pasado la mayoría de su carrera estudiando los fármacos con platino, ha identificado ahora un compuesto que mata las células cancerosas mejor que la cisplatina, la droga contra el cáncer más comúnmente utilizada. El nuevo compuesto podría ser capaz de evadir la resistencia de las células de cáncer a los compuestos tradicionales de platino.

“He creído por un largo tiempo que hay algo especial sobre el platino y su habilidad para tratar el cáncer,” dice Lippard. Usando nuevas variantes, “podríamos tener una oportunidad de aplicar platino a un rango más amplio de tipos de cáncer, con más éxito,” dice.

De izquierda a derecha: Ying Song, Stephen J. Lippard y Ga Young Park. Imagen: M. Scott Brauer

Lippard es el autor principal de un artículo describiendo el nuevo fármaco candidato, conocido como fenantriplatino (phenanthriplatin), en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). El autor líder es el posdoctorado Ga Young Park; otros autores son la estudiante graduada Justin Wilson y la posdoctorado Ying Song.

El cisplatino, aprobado por vez primera para tratar el cáncer en 1978, es particularmente efectivo contra el cáncer de testículo, y también es usado para tratar tumores de ovarios y algunos de pulmón, así como linfoma y otros cánceres. Al centro hay un átomo de platino ligado a dos moléculas de amoniaco y dos iones de cloruro. Cuando el compuesto entra en una célula cancerosa, se carga positivamente debido a que las moléculas de agua reemplazan sus iones de cloruro. El ion positivo resultante puede atacar el ADN cargado negativamente, formando vínculos con las hebras de ADN volviendo difícil, si no imposible, que la célula lea esa sección de ADN. Mucho de este daño, si no es reparado, mata la célula.

Por muchos años, Lippard ha estudiado el mecanismo de la acción del cisplatino y ha estado tras de drogas similares que podrían ser más poderosas, trabajar contra más tipos de cáncer, tener menos efectos secundarios y evadir la resistencia de las células cancerosas.

Una manera de hacer eso es variar la estructura del compuesto de platino, alterando su actividad. En este caso, los investigadores estudiaron compuestos que son similares al cisplatino, pero solo tienen un átomo de cloruro reemplazable. Dicho compuesto puede pegarse al ADN en solo un sitio en lugar de dos.

De investigación temprana sobre los compuestos de platino realizado en los años 70, los investigadores pensaron que los compuestos de platino necesitaban dos puntos de unión en el ADN para tener un efecto en las células cancerosas. Sin embargo, en los años 80, se descubrió que ciertos compuestos de platino cargados positivamente que solo pueden ligarse al ADN en un sitio tienen actividad contra el cáncer, re-encendiendo interés en ellos.

En el 2008, el grupo de Lippard investigó un compuesto llamado piriplatino (pyriplatin), en el cual uno de los átomos de cloruro es reemplazado por un anillo de piridina de seis miembros que incluye cinco átomos de carbono y un átomo de nitrógeno. Este compuesto tiene algo de actividad contra el cáncer, pero no era tan poderoso como el cisplatino o el oxaliplatino, otro fármaco contra el cáncer basado en platino aprobado por la FDA (Food and Drug Administration – Administración de Comida y Drogas) de los Estados Unidos.

Lippard se propuso entonces crear compuestos similares con anillos más grande, lo que el teorizó que podría ser más efectivo bloqueando la transcripción de ADN. Uno de esos fue el fenantriplatino, el compuesto descrito en el nuevo artículo de PNAS.

El fenantriplatino fue probado contra 60 tipos de células cancerosas como parte el programa de revisión de fármacos contra el cáncer del Instituto Nacional del Cáncer de los Estados Unidos, y se encontró que era de cuatro a 40 veces más poderoso que el cisplatino, dependiendo del tipo de cáncer. También mostró un patrón diferente de actividad que el del cisplatino, sugiriendo que podría ser usado para tratar tipos de cáncer contra los que el cisplatino es inefectivo.

Una razón para la eficacia del fenantriplatino es que puede enrar en las células de cáncer más fácil que el cisplatino, dice Lippard. Estudios previos han mostrado que los compuestos de platino que contienen carbono pueden pasar a través de canales específicos, encontrados en abundancia en células cancerosas, que permiten entrar compuestos orgánicos cargados positivamente. Otra razón es la habilidad del fenantriplatino de inhibir la transcripción, el proceso mediante el cual las células convierten ADN a ARN en el primer paso de la expresión genética.

Otra ventaja del fenantriplatino es que parece ser capaz de evadir algunas defensas contra los cisplatino de las células cancerosas. Los compuestos que contienen azufre encontrados en las células, como la glutationa (glutathione), pueden atacar el platino y destruirlo antes de que alcance a ligarse al ADN. Sin embargo, el fenantriplatino contiene un anexo de tres anillos voluminosos que parece prevenir que el azufre desactive los compuestos de platino tan efectivamente.

Luigi Marzilli, un profesor de quimioterapia en la Universidad del Estado de Louisiana, dice que el nuevo compuesto parece ser muy prometedor. “Expande la utilidad de los fármacos de platino y evita algunos de los problemas que las drogas existentes tienen,” dice Marzilli, quien no fue parte del equipo investigador.

Los investigadores se encuentran conduciendo ahora pruebas animales para determinar como la droga es distribuida a través del cuerpo, y que tan bien mata los tumores. Dependiendo de los resultados, podrían modificar el compuesto para mejorar esas propiedades, dice Lippard.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nuevo vehículo aéreo capaz de vuelo rápido, preciso y repetible

El Robot Locomotion Group de CSAIL revela un nuevo vehículo aéreo controlado por computadora que puede realizar giros muy pronunciados.

Abby Abazorius, CSAIL. Original (en inglés)

¿Cómo maneja un pájaro el viento, colgándose sin ningún esfuerzo mientras es azotado por ráfagas de viento y vuela a través de grupos de árboles con una precisión perfecta? El profesor asociado Russ Tedrake del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional quiere entender como los pájaros pueden operar bajo dichas condiciones y crear máquinas que puedan hacer lo mismo. Su meta actual es desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro, lanzándose a través de árboles y estrechamente evitando obstáculos durante un vuelo a toda velocidad.

Tedrake y el Robot Locomotion Group, su grupo de investigación en el Laboratorio de Ciencia Computacional e Inteligencia Atificial (CSAIL – Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), recientemente reveló un video de un nuevo vehículo aéreo controlado por computadora que puede realizar precisamente giros muy pronunciados, girando 90 grados para lanzarse a través de una abertura más estrecha que las alas del avión.

Esta investigación es parte de una iniciativa de cinco años de múltiples investigaciones patrocinadas por la Oficina de Investigación Naval, liderada por Tedrake e involucrando investigadores del la Universidad de Carnegie Mellon, Harvard, MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), Universidad de Nueva York y la Universidad de Stanford, para desarrollar un vehículo aéreo no tripulado (VANT o UAV por sus siglas en inglés de unmanned aerial vehicle) del tamaño de un pájaro capaz de vuelo rápido, preciso y repetible a velocidades de 10-15 metros por segundo. El vehículo aéreo desarrollado por Tedrake y su equipo puede operar actualmente a velocidades de 7-8 metros por segundo.

“Somos inspirados por los pájaros, pero no estamos tratando de construir un sistema que los imite exactamente”, dice Andrew Barry, un estudiante graduado en el grupo de investigación de Tedrake. “Estamos tratando de tomar ideas de la naturaleza y entonces construir un sistema diseñado”.

Para crear un VANT capaz de volar como los pájaros, el grupo de investigación de Tedrake primero diseño un vehículo aéreo especial que pudiera manejar el vuelo a alta velocidad. Con la ayuda del profesor Mark Drela del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, el grupo construyó un vehículo aéreo con alas de espuma chapeadas con fibra de vidrio que eliminan la necesidad de alerones, superficies de control típicamente usadas para el control de giro en un vehículo aéreo. El centro del avión está hecho de hule para que el avión pueda resistir colisiones. El vehículo tiene alas de 71.12 cms y con toda la instrumentación a bordo, incluyendo cámaras estéreo de alta velocidad, pesa actualmente 573 gramos.

“El avión es como un rompecabezas tridimensional de alta tecnología que casi no contiene pegamento. Consiste de más de 30 piezas independientes, muchas de las cuales se deslizan o encajan juntas”, dice Tim Jenks, un ingeniero mecánico quien está trabajando en el grupo de investigación de Tedrake. “Muchas de estas piezas son diseños cortados por láser que podrían ser fácilmente producidos en grandes cantidades”.

Por el momento, el avión es operado usando un sistema de captura de movimientos similar a aquellos usados en Hollywood, pero en el futuro los investigadores están planeando implementar un sistema de visión para guiar y controlar el avión.

El vehículo aéreo de los investigadores. — El vehículo aéreo no tripulado de los investigadores. Imagen: Andrew Barry

Controlar un vehículo aéreo que está realizando tan complicados movimientos a altas velocidades es difícil debido a lo complejo e impredecible del flujo del aire a altos ángulos de ataque, como cuando está realizando un giro muy pronunciado. Antes de volar, los modelos computacionales permiten a los investigadores planear una trayectoria a través de los obstáculos. Entonces, gracias a un sistema de control cuadrático lineal que varía en el tiempo, el avión puede ser guiado precisamente a través de maniobras muy pronunciadas. Durante el vuelo, una computadora remota procesa la trayectoria del avión y envía los resultados al avión de manera inalámbrica, donde las computadoras a bordo envían señales eléctricas a los motores, que activan las alas del avión.

El equipo decidió probar su trabajo con una demostración de giro pronunciado por que la maniobra los forzó a resolver un complicado problema de control.

“Elegimos el experimento con giro pronunciado porque nos forzó a resolver todos los problemas correctos”, dice Barry. “Es un desafío y problema de control, ya que el vehículo aéreo tiene que ser capaz de volar precisamente y realmente rápido. Además, es complicado hacer que el vehículo aéreo gire adecuadamente por que el flujo de aire no es suave”.

“El desafío de la tarea de giro pronunciado fue generar trayectorias para el avión que lo llevaran a sus límites físicos de lo que es capaz mientras sigue la trayectoria de manera consistente y segura”, dice Anirudha Majumdar, un estudiante graduado en el grupo de Tedrake. “Veo la tarea en el video como un pequeño paso hacía la tarea más grande que nos hemos propuesto de volar a través de entornos llenos de obstáculos como bosques. El acercamiento sería tener una gran “librería” de trayectorias similares a la del video que el avión pueda elegir según sus sensores proveen más información sobre los árboles/obstáculos enfrente de él”.

Ultimadamente, la meta del trabajo de Tedrake es ganar un mejor entendimiento para la teoría del control, y como operar máquinas bajo condiciones complejas y variantes como disturbios aerodinámicos. Trabajando en un proyecto como desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro y realizar giros pronunciados le permite a Tedrake y a su equipo probar la efectividad de sus sistemas de control con resultados muy claros.

“[Este proyecto] nos fuerza a formular la pregunta correcta por la razón correcta,” dice Tedrake. “Tener equipo como este nos mantiene honestos al evaluar nuestro trabajo para entender mejor la teoría de control”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Gen recién encontrado podría ayudar a las bacterias a sobrevivir en entornos extremos

Los lípidos microbiales resultantes también podrían significar caídas de oxígeno en la historia geológica de la Tierra.

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en ingles)

En los días que siguieron el derrame petrolero del Deepwater Horizon, bacterias que consumen metano prosperaron en el Golfo de México, alimentándose del metano que brotó, junto con el petróleo, del pozo dañado. La súbita afluencia de microbios fue una curiosidad científica: Anteriormente al derrame petrolero, científicos habían observado relativamente pocos signos de microbios que consumían metano en el área.

Ahora investigadores del MIT han descubierto un gen bacterial que podría explicar esta súbita afluencia de bacterias que se alimentan de metano. Este gen le permite a las bacterias sobrevivir en entornos extremos y carentes de oxígeno, durmientes hasta que la comida – como el metano de un derrame petrolero, y el oxígeno necesario para metabolizarlo – se vuelve disponibles. El gen codifica una proteína, llamada HpnR, que es responsable por producir lípidos bacteriales conocidos como 3-metilhopanoides. Los investigadores dicen que producir estos lípidos podría preparar mejor a los microbios para hacer una aparición súbita en la naturaleza cuando las condiciones son favorables, como después del accidente del Deepwater Horizon.

Los lípidos producidos por la proteína HpnR también podrían ser usados como biomarcadores, o una firma en las capas de roca, para identificar cambios dramáticos en los niveles de oxígeno en el transcurso de la historia geológica.

“Lo que nos interesa es que esto podría ser una ventana al pasado geológico”, dice la posdoctorado Paula Welander del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS – Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts). “En el registro geológico, hace muchos millones de años, vemos un número de eventos de extinciones masivas donde hay evidencia de agotamiento de oxígeno en el océano. Es en estos eventos clave, e inmediatamente después de estos, donde también vemos un incremento en todos los biomarcadores como indicadores de una perturbación climática. Parece ser parte de un síndrome de calentamiento, deoxigenización del océano y extinción biótica. Las causas son desconocidas”.

Welander y el profesor de EAPS Roger Summons han publicado sus resultados esta semana en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Una señal en las rocas

Las capas rocosas de la tierra sostienen restos de la evolución de la vida, desde las antiguas trazas de organismos unicelulares a los recientes fósiles de vertebrados. Uno de los biomarcadores clave que los geólogos han usado para identificar las formas tempranas de vida es una clase de lípidos llamados hopanoides, cuya robusta estructura molecular los ha preservado en el sedimento por miles de millones de años. Los hopanoides también han sido identificados en las bacterias modernas, y los geólogos estudiando los lípidos en las rocas antiguas los han usado como señales de la presencia de bacterias similares hace miles de millones de años.

Pero Welander dice que los hopanoides podrían ser usados para identificar más que las tempranas formas de vida: Los fósiles moleculares podrían ser biomarcadores para fenómenos ambientales – como períodos de muy bajo oxígeno.

Para probar la teoría, Welander examinó una cepa moderna de la bacteria llamada Methylococcus capsulatus, un organismo ampliamente estudiado aislado por primera vez de un baño público romano antiguo en Bath, Inglaterra. El organismo, que también vive en entornos pobres en oxígeno como las ventosas en lo profundo del océano y los volcanes de lodo, ha sido de interés para los científicos por su habilidad de consumir eficientemente grandes cantidades de metano – lo que podría hacerla útil en biomediación y desarrollo de biocombustibles.

Para Welander y Summons, M. capsulatus es especialmente interesante por su estructura: El organismo contiene un tipo de hopanoide con una estructura molecular de cinco anillos que contiene metilación C-3. Los geólogos han encontrado que dichas metilaciones en la estructura de anillo son particularmente bien preservadas en rocas antiguas, aún cuando el resto del organismo ha desaparecido.

Welander estudió el genoma de la bacteria e identificó hpnR, el gen que codifica la proteína HpnR, el que está específicamente asociado con la metilación C-3. Entonces diseñó un método para borrar el gen, creando una cepa mutante. Welander y Summons entonces crecieron cultivos de cepas mutantes así como cultivos de bacterias salvajes (sin alteraciones). El equipo expuso ambas cepas a los niveles bajos de oxígeno y los altos niveles de metano durante un período de dos semanas para simular un entorno pobre en oxígeno.

Durante la primera semana, había poca diferencia entre los dos grupos, ambos de los cuales consumieron metano y crecieron a alrededor de la misma taza. Sin embargo, en el día 14, los investigadores observaron que la cepa salvaje comenzó a crecer más rápido que la bacteria mutante. Cuando Welander añadió el gen hpnR de vuelta en la bacteria mutante, encontró que eventualmente esta regresaba a los niveles que se asemejaban al de la cepa salvaje.

Apenas logrando sobrevivir

¿Qué podría explicar el contraste dramático en las tasas de sobrevivencia? Para responder esto, el equipo usó microscopía electrónica para examinar las estructuras celulares en las bacterias mutantes y salvajes. Descubrieron la marcada diferencia: Mientras que el tipo salvaje estaba lleno con membranas normales y vacuolas, la cepa mutante no tenía ninguna.

Una célula bacterial con el gen, a la izquierda, exhibe la membrana protectora. Una célula sin el gen, a la derecha, no produce membranas. Imagen: Paula Welander

Las membranas faltantes, dice Welander, son una pista a la función del lípido. Ella y Summons postulan que el gen hpnR podría preservar las membranas celulares de las bacterias, lo que podría reforzar al microbio en tiempos de nutrientes agotados.

“Tienes a estas comunidades que apenas salen del paso, sobreviviendo en lo que pueden”, dice Welander. “Entonces cuando reciben una ráfaga de oxígeno o metano, pueden tomarlo muy rápidamente. Están realmente preparadas para aprovechar algo como esto”.

Los resultados, dice Welander, son especialmente emocionantes desde una perspectiva geológica. Si los 3-metilhopanoides realmente permiten a las bacterias sobrevivir en tiempos de oxígeno bajo, entonces un pico en el lípido relacionado en el registro rocoso podría indicar una disminución dramática en la historia de la Tierra, permitiendo a los geólogos entender mejor los períodos de extinciones masivas o grandes muertes masivas oceánicas.

“La meta original fue hacer esto un mejor biomarcador para los geólogos”, dice Welander. “Es [un trabajo] muy meticuloso, pero al final también queremos causar un mayor impacto, por ejemplo aprender como los microorganismos lidian con los hidrocarbonos en el entorno”.

David Valentine, un profesor de geoquímica microbial en la Universidad de California en Santa Bárbara, dice que el lípido objetivo del grupo es parecido al colesterol, que juega un papel importante en las membranas de células humanas y animales. Dice que el gen identificado por el grupo podría jugar un papel similar en bacterias.

“Este trabajo demuestra una importante unidad en biología”, dice Valentine. “Sus resultados son un paso necesario en proveer contexto para interpretar la distribución de estos biomarcadores en el registro geológico”.

Esta investigación fue patrocinada por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Un sistema solar lejano

Investigadores miden la orientación de un sistema multiplanetario y la encuentran muy similar a la de nuestro propio sistema solar.

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés)

Nuestro sistema solar exhibe una configuración notablemente ordenada: Los ocho planetas orbitan el sol como corredores en una pista, circulando en sus respectivos carriles y siempre manteniendo el mismo plano. En contraste, la mayoría de los exoplanetas descubiertos en años recientes – particularmente los gigantes conocidos como ‘Jupiters calientes’ – habitan orbitas más excéntricas.

Ahora investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), la Universidad de California en Santa Cruz y otras instituciones han detectado el primer sistema exoplanetario, a 10,000 años luz de distancia, con órbitas regularmente alineadas similares a aquellas en nuestro sistema solar. En el centro de este sistema lejano se encuentra Kepler-30, una estrella tan brillante y masiva como el sol. Después de analizar datos del telescopio espacial Kepler de la NASA, los científicos del MIT y sus colegas descubrieron que la estrella – de forma similar al Sol – rota alrededor de un eje vertical y sus tres planetas tienen órbitas que están todas en el mismo plano.

“En nuestro sistema solar, la trayectoria de los planetas es paralela a la rotación del sol, lo que muestra que probablemente se formaron de un disco rotando,” dice Roberto Sanchis-Ojeda, un estudiante graduado de física en el MIT quien lideró el esfuerzo investigativo. “En este sistema, mostramos que la misma cosa sucede.”

Sus hallazgos, publicados hoy en el diario Nature, podría ayudar a explicar los origenes de ciertos sistemas muy extensos mientras que arroja luz en nuestro propio vecindario planetario.

“Esto me está diciendo que el sistema solar no es algún tipo de casualidad,” dice Josh Winn, un profesor asociado de física en el MIT y co-autor del artículo. “El hecho de que la rotación del sol está alineada con las órbitas de los planetas, probablemente no es algún tipo de coincidencia extraña.”

Poniendo en claro las inclinaciones orbitales

Representación artística de un Jupiter caliente. Imagen: NASA

Winn dice que el descubrimiento del equipo puede respaldar una teoría reciente sobre como se formaron los Jupiters calientes. Estos cuerpos gigantes son nombrados por su proximidad extremadamente cercana a sus estrellas blancas calientes, completando una órbita en solo horas o días. Las órbitas de los Jupiter calientes son típicamente descentradas, y los científicos han pensado que dichas desalineaciones podrían ser una pista a sus orígenes: Sus órbitas podrían haber sido desviadas en el periodo muy temprano y volátil de la formación de un sistema planetario, cuando varios planetas gigantes pudieron haberse acercado tanto como para dispersar algunos planetas fuera del sistema mientras que acercaron más a sus estrellas a otros.

Recientemente, los científicos han identificado un número de sistemas con Jupiters calientes, todos los cuales tienen órbitas inclinadas. Pero para realmente probar esta teoría de la “dispersión planetaria”, Winn dice que los investigadores tienen que identificar un sistema sin Jupiter caliente, uno con planetas circulando más lejos de su estrella. Si el sistema estuviera alineado como nuestro sistema solar, sin inclinación orbital, proveería evidencia de que solo los sistemas con Jupiter calientes están desalineados, formados como resultado de dispersión planetaria.

Encontrando mánchas solares en un sol lejano

Para poder resolver el misterio, Sanchis-Ojeda estudio datos del telescopio espacial Kepler, un instrumento que monitorea 150,000 estrellas por señales de planetas distantes. El lo enfocó en Kepler-30, un sistema sin Jupiter caliente con tres planetas, todos con órbitas mucho más largas que las de un Jupiter caliente típico. Para medir la alineación de la estrella, Sanchis-Ojeda rastreó sus manchas solares, manchas oscuras en la superficie de estrellas brillantes como el sol.

Representación artística del planeta Kepler-30c transitando una de las machas solares de la estrella. Imagen: Cristina Sanchis Ojeda

“Estas pequeñas manchas negras marchan a través de la estrella conforme rota,” dice Winn. “Si pudiéramos hacer una imagen sería muy bueno, por que verías exactamente como está orientada la estrella con solo rastrear estos puntos.”

Pero estrellas como Kepler-30 están extremadamente lejos, así que capturar la imagen de ellas es casi imposible: La única manera de documentar dichas estrellas es al medir la pequeña cantidad de luz que ellas dan. Así que el equipo buscó maneras de rastrear manchas solares usando la luz de estas estrellas. Cada vez que un planeta transita – o cruza en frente de – dicha estrella, bloquea un poco de luz solar, lo que los astrónomos ven como una caída en la intensidad de la luz. Si un planeta cruza un punto oscuro, la cantidad de luz bloqueada se reduce, creando una variación en la caída de luz.

“Si obtienes una variación causada po una mancha solar, entonces la próxima vez que el planeta llega, el mismo punto se ha movido de ahí, y verías la variación no aquí sino allá,” dice Winn. “Así que el tiempo de estas variaciones es lo que usamos para determinar la alineación de una estrella.”

De las variaciones de datos, Sanchis-Ojeda concluyó que Kepler-30 rota en un eje perpendicular al plano orbital de su planeta más grande. Los investigadores determinaron entonces la alineación de las órbitas de los planetas estudiando los efectos gravitaciones de un planeta en el otro. Midiendo las variaciones temporales de los planetas conforme transitan la estrella, el equipo derivó sus configuraciones orbitales respectivas, y encontró que todos los tres planetas están alineados en el mismo plano. La estructura planetaria general, encontró Sanchis-Ojeda, se ve mucho como la de nuestro sistema solar.

James Lloyd, un profesor asistente de astronomía en la Universidad Cornell quien no estuvo involucrado en esta investigación, dice que estudiando las órbitas planetaria podría arrojar luz sobre como la vida evolucionó en el universo – ya que para tener un clima estable adecuado para la vida, un planeta necesita una órbita estable. “Para poder entender como la vida común es en el universo, necesitamos entender que tan comunes son los sistemas planetarios estables,” dice Lloyd. “Podríamos encontrar pistas en sistemas planetarios extrasolares para ayudar a entender los acertijos del sistema solar, y vice versa.”

Los hallazgos de este primer estudio de la alineación de un sistema sin Jupiter caliente sugieren que los sistemas de Jupiter calientes podrían realmente formarse por medio de dispersión planetaria. Para asegurarse, Winn dice que el y sus colegas planean medir las órbitas de otros sistemas solares lejanos.

“Hemos estado muy hambrientos por algo como esto, donde no es exactamente como el sistema solar, pero al menos más normal, donde los planetas y la estrella están alineados uno con otro,” dice Winn. “Es el primer caso donde puedes decir eso, además del sistema solar.”

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Un nuevo acercamiento a la desalinización de agua

150px_graphene-desalination — Desalinización

Hojas de grafeno con poros controlados precisamente tienen potencial para purificar agua más eficientemente que los métodos existentes.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

La disponibilidad del agua fresca esta disminuyendo en muchas partes del mundo, un problema que se espera que crezca con la población. Una fuente prometedora de agua potable es la cantidad virtualmente ilimitada de agua de mar en el mundo, pero hasta ahora la tecnología de desalinización ha sido muy cara para el uso extendido.

Ahora, investigadores del MIT han diseñado un nuevo acercamiento usando un tipo diferente de material de filtración: hojas de grafeno, una forma del elemento carbono de un átomo de grosor, el cual dicen que es mucho más eficiente y posiblemente menos caro que los sistemas existentes de desalinización.

Desalinización con grafeno. Imagen: David Cohen-Tanugi

“No hay mucha gente trabajando en la desalinización desde un punto de vista de materiales,” dice Jeffrey Grossman, el profesor asociado de Ingeniería de Energía en el Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería del MIT, quien es el autor principal de un artículo describiendo el nuevo proceso en el diario Nano Letters.

Grossman y el estudiante graduado David Cohen-Tanugi, quien es el autor líder del artículo, apuntaron a “controlar las propiedades del material hasta el nivel atómico,” produciendo una hoja de grafeno perforada con agujeros de un tamaño preciso. También añadieron otros elementos al material, causando que los bordes de esas minúsculas aperturas interactuen químicamente con las moléculas de agua – ya sea repeliéndolas o atrayéndolas.

“Estuvimos muy placenteramente sorprendidos por lo bien que el grafeno se desempeñó comparado a los sistemas existentes en las simulaciones por computadora,” dice Grossman.

Un método común de desalinización, llamado ósmosis inversa, usa membranas para filtrar la sal del agua. Pero estos sistemas requieren presión extremadamente alta – y por lo tanto, uso de energía – para forzar el agua a través de las delgadas membranas, las que son alrededor de mil veces más gruesas que el grafeno. El nuevo sistema de grafeno opera a una presión mucho más baja, y por lo tanto podría purificar el agua con un costo mucho más bajo, dicen los investigadores.

Mientras que la ósmosis reversa ha sido utilizada por décadas, “los mecanismos realmente básicos de separar la sal del agua no están bien entendidos, y son muy complejos,” dice Cohen-Tanugi, añadiendo que es muy difícil hacer experimentos a la escala de moléculas y iones individuales. Pero el nuevo sistema basado en grafeno, dice, trabaja “cientos de veces más rápido que las técnicas actuales, con la misma presión” – o, alternativamente, el sistema podría alcanzar las mismas tasas de los sistemas actuales, pero con presión más baja.

La clave para el nuevo proceso es el control preciso sobre el tamaño de los agujeros en la hoja de grafeno. “Hay un punto preciso, pero es muy pequeño,” dice Grossman – entre los poros lo suficientemente grandes para que pueda pasar la sal a través y lo suficientemente pequeños para que las moléculas de agua sean bloqueadas. El tamaño ideal es apenas por encima de un nanómetro, o una mil millonésima parte de un metro, dice. Si los agujeros son apenas ligeramente más pequeños – 0.7 nanómetros- el agua no circulará.

Otros grupos de investigación han trabajado para crear poros en el grafeno, dice Cohen-Tanugi, pero con tamaños diferentes y para diferentes propósitos – por ejemplo, haciendo agujeros mucho más grandes para filtrar moléculas como el ADN, o para separar diferentes tipos de gases. Los métodos usados para estos procesos no fueron lo suficientemente precisos para hacer los pequeños agujeros necesarios para la desalinización, dijo, pero técnicas más avanzadas – como el bombardeo de helio-ion para hacer agujeros precisos en el grafeno, grabados químicos y sistemas de auto-ensamblado – podrían ser adecuadas.

Por ahora, Grossman y Cohen-Tanugi han estado haciendo simulaciones de computadora de el proceso para determinar sus características óptimas. “Comenzaremos a trabajar en el prototipo este verano,” dice Grossman.

Debido a que el grafeno ha sido objeto de investigación en muchas aplicaciones diferentes, ha habido una gran cantidad de trabajo en encontrar maneras de hacerlo económico y en grandes cantidades. Y para la desalinización, debido a que el grafeno es un material tan fuerte – libra por libra, es el material más fuerte conocido – las membranas deberían de ser más durables que aquellas siendo actualmente usadas para la ósmosis inversa, dice Grossman.

Adicionalmente a esto, el material necesario para la desalinización no necesita ser tan puro como para usos electrónicos u ópticos, dice: “Unos pocos defectos no importan, mientras que no se abran” para que así la sal pueda pasar a través.

Joshua Schrier, un profesor asistente de química en el Colegio Haverford, dice, “Simulaciones previas han estudiado el flujo de agua a través de muy pequeños agujeros en el grafeno, y el diseño de poros que selectivamente permitan el paso de iones, pero – a pesar de la relevancia social y de ingeniería relevante a la desalinisación – nadie ha podido examinar las intersecciones de estos dos campos.” El trabajo por el equipo del MIT podría abrir un nuevo acercamiento a la desalinización, dice.

Schrier añade, “Manufacturar las estructuras porosas muy precisas que son encontradas en este artículo será difícil de hacer en gran escala con los métodos existentes.” Sin embargo, dice, “las predicciones son lo suficientemente exitantes que deberían de motivar a los ingenieros químicos a desarrollar análisis económicos más detallados de la desalinización del agua con estos tipos de materiales.”

El trabajo fue fundado por la Iniciativa de Energía del MIT y la Beca John S. Hennessy, y utilizó recursos computacionales del Centro Nacional de Computación Científica para la Investigación de Energia.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Mezcla de nutrientes mejora la memoria en pacientes con Alzheimer temprano

Sinapsis, una conexión entre células cerebrales.
Imagen: Christine Daniloff

En pruebas clínicas, una mezcla desarrollada en el MIT parece ayudar a vencer la pérdida de conexiones entre las células del cerebro.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Una prueba clínica de un tratamiento para la enfermedad de Alzheimer desarrollado en el MIT ha encontrado que el cóctel de nutrientes puede mejorar la memoria en pacientes con Alzheimer temprano. Los resultados confirman y expanden los descubrimientos de una prueba anterior del suplemento nutricional, que está desarrollado para promover nuevas conexiones entre células cerebrales.

Los pacientes de Alzheimer gradualmente pierden esas conexiones, conocidas como sinapsis, llevando a la pérdida de memoria y otras deficiencias cognitivas. El suplemento, conocido como Souvenaid, parece estimular el crecimiento de nuevas sinapsis, dice Richard Wurtman, el distinguido profesor en el MIT quien inventó la mezcla de nutrientes.

“Quieres aumentar el número de sinapsis, no mediante alentar su degradación – aunque por supuesto también te encantaría hacer eso – sino incrementando la formación de sinapsis,” dice Wurtman.

Para hacer eso, a Wurtman se le ocurrió hacer una mezcla de tres compuestos dietarios naturales: colina, uridina y ácido docosahexaenoico (DHA) de la serie omega-3. La colina puede ser encontrado en una variedad de fuentes, incluyendo el pescado, huevos, lino y carne de animales que se alimentan de pasto. La uridina es producida por el hígado y el riñón, y está presente en algunas comidas como un componente del ácido ribonucleico (ARN).

Estos nutrientes son precursores de las moléculas lípidas que, junto con proteínas específicas, forman las membranas de las células cerebrales, lo que forma sinapsis. Para ser efectivo, los tres precursores deben de ser administrados juntos.

Resultados de la prueba clínica, conducidos en Europa, aparecen en la edición del 10 de julio del Diario de la Enfermedad de Alzheimer (Journal of Alzheimer’s Disease). Los nuevos hallazgos son alentadores por que muy pocas pruebas clínicas han producido mejoras consistentes en los pacientes de Alzheimer, dice Jeffrey Cummings, director del Centro Lou Ruvo para la Salud Cerebral de la Clínica de Cleveland.

“La pérdida de memoria es la característica central del Alzheimer, así que algo que mejora la memoria sería de gran interés,” dice Cummings, quien no fue parte del equipo investigador.

Los planes para el lanzamiento comercial del suplemento no están finalizados, de acuerdo a Nutricia, la compañía probando y comercializando Souvenaid, pero probablemente esté disponible en Europa primero. Nutricia es la división especializada en el cuidado de la salud de la compañía de alimentos Danone, conocida como Dannon en los Estados Unidos.

Formando conexiónes

A Wurtman se le ocurrió por primera vez la idea de enfocarse en la pérdida de sinapsis para combatir el Alzheimer hace alrededor de 10 años. En estudios animales, el mostró que este cóctel dietario aumentaba el número de espinas dendríticas, o pequeños afloramientos en las neuronas membranas, encontradas en las células cerebrales. Estas espinas son necesarias para formar nuevas sinapses entre neuronas.

Tras los exitosos estudios animales, Philip Schelten, director del Centro de Alzheimer en el Centro Médico Universitario UV en Amsterdam, llevó a cabo una prueba clínica en Europa involucrando a 225 pacientes con Alzheimer leve. Los pacientes bebieron Souvenaid o una bebida de control diariamente por tres meses.

Ese estudio, reportado por primera vez en el 2008, encontró que 40 por ciento de los pacientes que consumieron la bebida mejoraron en una prueba de memoria verbal, mientras que 24 por ciento de los pacientes que recibieron la bebida de control mejoraron su rendimiento.

El nuevo estudio, desarrollado en varios países Europeos y supervisado por Scheltes como investigador principal, siguió a 259 pacientes por seis meses. Los pacientes, ya sea que tomaran Souvenaid o un placebo, mejoraron el desempeño de su memoria verbal durante los primeros tres meses, pero los pacientes con placebo se deterioraron durante los siguientes tres meses, mientras que los pacientes con Souvenaid continuaron mejorando. Para esta prueba, los investigadores usaron pruebas de memoria más exhaustivas tomadas de la batería de pruebas neuropsicológicas, comúnmente usadas paras evaluar a los pacientes de Alzheimer en investigación clínica.

Los pacientes mostraron una alta taza de conformidad: Alrededor del 97 por ciento de los pacientes siguieron el régimen a lo largo del estudio, y ningún efecto secundario serio fue visto.

Ambas pruebas clínicas fueron patrocinadas por Nutricia. El MIT ha patentado la mezcla de nutrientes usados en el estudio, y Nutricia tiene la licencia exclusiva sobre la patente.

Patrones cerebrales

En el nuevo estudio, los investigadores usaron electroencefalografía (EEG – Electroencephalography) para medir como los patrones de actividad cerebral de los pacientes cambiaron a través del estudio. Encontraron que conforme las pruebas progresaban, los cerebros de los pacientes recibiendo suplementos comenzaron a cambiar de patrones típicos de demencia a patrones más normales. Debido a que los patrones en un EEG reflejan la actividad sináptica, esto sugiere que la función sináptica aumentó como resultado del tratamiendo, dicen los investigadores.

Los pacientes entrando en este estudio estaban el las etapas tempranas de la enfermedad de Alzheimer, obteniendo un promedio de 25 en una escala de demencia que va del 1 al 30, con el 30 siendo lo normal. Una prueba previa encontró que el cóctel suplemento no funciona en pacientes con Alzheimer en una etapa más avanzada. Esto tiene sentido, dice Wurtman, por que los pacientes con demencia más avanzada probablemente ya han perdido muchas neuronas, así que no pueden formar nuevas sinapsis.

Una prueba de dos años involucrando pacientes que no tienen Alzheimer, pero que están comenzando a mostrar discapacidad cognitiva, está ahora en proceso. Si la bebida parece ayudar, podría ser usada en gente que da positivo para señales tempranas de Alzheimer, antes de que los síntomas aparezcan, dice Wurtman. Dichas pruebas, que incluyen escaneo PET (Positron Emission Tomography – Tomografía por Emisión de Positrones) del hipocampo, son raramente realizadas ahora por que no hay buenos tratamientos de Alzheimer disponibles.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Cómo la infección puede llevar al cáncer

Un nuevo estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) ofrece una mirada profunda a los cambios químicos y genéticos que ocurren cuando la inflamación progresa en cáncer.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Biopsia endoscópica mostrando una inflamación granulomatosa del colon en un caso de enfermedad de Crohn.
Imagen: wikipedia/nephron

Uno de los factores de riesgo más grandes para el cáncer de hígado, colon o estómago es la inflamación crónica de esos órganos, comúnmente causada por infecciones virales o bacteriales. Un nuevo estudio del MIT ofrece la mirada más profunda hasta ahora sobre cómo dichas infecciones provocan que los tejidos se vuelvan cancerosos.

El estudio, que apareció en la edición en línea de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) de la semana del 11 de Junio, rastreó una variedad de cambios genéticos y químicos en los hígados y cólones de ratones infectados con Heliobacter hepaticus, una bacteria similar a la Helicobacter pylori, la que causa úlceras estomacales y cáncer en humanos.

Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar maneras de predecir las consecuencias a la salud de inflamación crónica, y diseñar drogas que detengan dicha inflamación.

“Si entiendes el mecanismo, entonces puedes diseñar intervenciones”, dice Peter Dedon, un profesor de Ingeniería Biológica del MIT. “Por ejemplo, ¿qué tal si desarrollamos maneras de bloquear o interrumpir los efectos tóxicos de la inflamación crónica?”.

Dedon es uno de los autores principales del artículo, junto con Steven Tannenbaum, un profesor de ingeniería biológica y química; James Fox, un profesor de ingeniería biológica y director del Departamento de Medicina Comparativa; y Gerald Wogan, un profesor de ingeniería biológica y química. El autor principal es Aswin Mangerich, un antiguo posdoctorado del MIT ahora en la Universidad de Konstanz en Alemania.

Demasiado de una cosa buena

Durante los últimos 30 años, Tannenbaum ha liderado un grupo de investigadores del MIT dedicados a estudiar el vínculo entre inflamación crónica y cáncer. La inflamación es una de las reacciones naturales del cuerpo a cualquier tipo de infección o daño, pero cuando se prolonga por mucho tiempo, los tejidos pueden ser dañados.

Cuando el sistema inmune del cuerpo detecta patógenos o daño celular, activa un torrente de células llamadas macrófagos y neutrófilos. El trabajo de estas células es devorar bacterias, células muertas y escombros: proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas liberadas por células muertas o dañadas. Como parte de este proceso, las células producen químicos altamente reactivos que ayudan a degradar a las bacterias.

“Al hacer esto, devorar las bacterias y soltar estos químicos reactivos sobre ellas, los químicos también pueden difundirse en el tejido, y ahí es donde se presenta el problema”, dice Dedon.

Si esto se lleva a cabo durante un largo período de tiempo, esa inflamación puede eventualmente llevar al cáncer. Un estudio reciente publicado en el diario The Lancet encontró que las infecciones cuentan por alrededor de 16 por ciento de nuevos casos de cáncer en el mundo.

Daño extendido

En el nuevo estudio del MIT, los investigadores analizaron ratones que habían sido infectados con H. hepaicus, que causa que desarrollen una condición similar a la enfermedad inflamatoria intestinal en los humanos. Durante el transcurso de 20 semanas, los ratones desarrollaron infecciones crónicas del hígado y el colon, con algunos de los ratones desarrollando cáncer de colon.

A lo largo del período de 20 semanas, los investigadores midieron alrededor de una docena de tipos diferentes de daño al ADN, ARN y las proteínas. También examinaron el daño al tejido y midieron que genes fueron encendidos y apagados según la infección progresó. Uno de sus encuentros claves fue que el hígado y el colon respondieron diferente a la infección.

En el colon, pero no en el hígado, el neutrófilo secretó ácido hipocloroso (también encontrado en los limpiadores caseros), que daña significativamente las proteínas, el ADN y el ARN añadiendo un átomo de cloro a ellos. El ácido hipocloroso tiene la intención de matar a las bacterias, pero también puede filtrarse en el tejido circundante y daña las células epiteliales del colon.

Los investigadores encontraron niveles de uno de los productos del daño por cloro en el ADN y ARN, clorotirosina, bien correlacionada con la severidad de la inflamación, lo que podría permitirles predecir el riesgo de inflamación crónica en pacientes con infecciones del colon, hígado o estómago. Tannenbaum recientemente identificó otro producto del daño por cloro en proteínas: clorotirosina, la que se correlaciona con inflamación. Mientras que estos resultados apuntan a un papel importante de los neutrófilos en la inflamación y el cáncer, “aún no sabemos si podemos predecir el riesgo de cáncer de estas moléculas dañadas”, dice Dedon.

Otra diferencia que encontraron los investigadores entre el colon y el hígado fue que los sistemas de reparación de ADN se volvieron más activos en el hígado pero menos activos en el colon, aún cuando ambos estaban experimentando daño de ADN. “Es posible que tengamos un doble efecto [en el colon]. Tienes estas bacterias que suprimen la reparación de ADN, al mismo tiempo que tienes todo este daño al ADN ocurriendo en el tejido como resultado de la respuesta inmune a las bacterias”, dice Dedon.

Los investigadores también identificaron varios tipos de daño al ADN previamente desconocidos en ratones y humanos, uno de los que involucran la oxidación de la guanina, un bloque de construcción de ADN, en dos nuevos productos, spiroiminodihidatoina (spiroiminodihydantoin) y guanidinohidanotoina (guanidinohydanotoin).

James Swenberg, un profesor de ciencias ambientales e ingeniería en la Universidad de la Escuela de Salud Pública de Carolina del Norte, dice que estudios “profundos e inovativos” deberían ayudar a los investigadores a entender mejor muchos tipos de cáncer. “No puedo recordar haber visto un artículo que trajo tantos aspectos de investigación a la mesa en un reporte”, dijo Swenberd, quien no estuvo involucrado en el estudio.

En futuros estudios, el equipo del MIT planea investigar los mecanismos del desarrollo del cáncer con más detalle, incluyendo ver por qué las células experimentan una disminución en algunos tipos de daño al ADN pero no en otros.

La investigación fue patrocinada por el Instituto Nacional del Cáncer de los Estados Unidos.

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Investigadores amplifican variaciones en video, haciendo lo invisible visible

Nuevo software amplifica cambios en cambios sucesivos de video que son demasiado sutiles para el ojo desnudo.

Larry Hardesty, MIT News Office. Original (en inglés).

En estos cuadros de video, un nuevo algoritmo amplifica el casi imperceptible cambio en el color de la piel causado por el bombeo de sangre.
Imagen: Michael Rubinstein

En la conferencia Siggraph de este verano – la conferencia principal de gráficos computacionales – investigadores del Laboratorio de Ciencia Computacional e Inteligencia Artificial (CSAIL – Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), presentarán nuevo software que amplifica variaciones en cuadros sucesivos de video que son imperceptibles al ojo desnudo. Así que, por instancia, el software hace posible “ver” el pulso de alguien, ya que la piel se enrojece y palidece con el flujo sanguíneo, y puede exagerar pequeños movimientos, haciendo visibles las vibraciones de cuerdas de guitarra individuales o el respirar de un bebé en la unidad neonatal de cuidado intensivo.

El sistema es similar a un equalizador en un sistema de sonido estéreo, que amplifica algunas frecuencias y corta otras, excepto que la frecuencia pertinente es la frecuencia de cambios de color en una secuencia de cuadros de video, no la frecuencia de una señal de audio. El prototipo de el software permite al usuario especificar el rango de frecuencias de interés y el grado de amplificación. El software trabaja en tiempo real y muestra el video original y la versión alterada del video, con cambios magnificados.

Aunque la técnica se presta naturalmente a fenómenos que recurren a intérvalos regulares – como el latir de un corazón, el movimiento de una cuerda vibrante o el inflado de los pulmones – si el rango de frecuencias es lo suficientemente amplio, el sistema puede amplificar los cambios que ocurren solo una vez. Así que, por instancia, podría ser utilizado para comparar diferentes imágenes de la misma escena, permitiendo que el usuario fácilmente elija cambios que podrían pasar desapercibidos de otra manera. En un grupo de experimentos, el sistema pudo amplicar dramáticamente el movimiento de sombras en una escena de calle fotografiada solo dos veces, a un intérvalo de alrededor de 15 segundos.

Accidente feliz

Los investigadores del MIT – el estudiante graduado Michael Rubinstein, los recientes alumnos Hao-Yu Wu y Eugene Shih, y el profesor William Freeman, Fredo Durand y John Guttag – intentaban que el sistema amplificara cambios de color, pero en sus experimentos iniciales, encontraron que también amplificaba el movimiento. “Comenzamos amplificando el color, y notamos que con este buen efecto, también el movimiento fue amplificado”, dice Rubinstein. “Así que volvimos, encontramos exactamente que sucedía, lo estudiamos bien, y vimos como incorporar eso para hacer una mejor amplificación de movimiento”.

Usar el sistema para amplificar movimiento en lugar de color requiere un diferente tipo de filtrado, y funciona bien solo si los movimientos son relativamente pequeños. Pero por supuesto, esos son exactamente los movimientos cuya amplificación sería de interés.

Rubinstein puede visualizar que, entre otras aplicaciones, el sistema podría ser usado para “monitoreo sin contacto” de los signos vitales de pacientes de hospital. Aumentar un grupo de frecuencias permitiría medir las tasas de pulsaciones, por medio de pequeños cambios en la coloración de la piel; aumentando otro grupo de frecuencias permitiría monitorear la respiración. El acercamiento podría ser particularmente útil con bebés que nacen prematuramente o requieren atención médica temprana. “Sus cuerpos son tan frágiles, que quieres ponerles tan pocos sensores como sea posible”, dice Rubinstein.

Similarmente, dice Rubinstein, el sistema podría ser usado para aumentar el video de monitores de bebé, caseros, así que la respiración de bebés durmiendo sería claramente visible. Siendo un padre el mismo, Rubinstein dice que el y su esposa equiparon la cuna de su hija con sensores de presión comerciales con la intención de medir el movimiento y calmar a padres ansiosos de que sus hijos siguen respirando. “Esos son caros”, dice Rubinstein, “y algunas personas realmente se quejan de recibir falsos positivos con ellos. Así que realmente puedo ver como este tipo de técnica podrá funcionar mejor”.

En su artículo, los investigadores describen experimentos en los que comenzaron a investigar ambas aplicaciones. Pero desde que comenzaron a dar conferencias sobre el trabajo, dice Rubinstein, sus colegas han propuesto un rango de otros usos posibles, desde imágenes laparoscópicas de órganos internos, hasta sistemas de vigilancia de gran alcance que magnifiquen movimientos sutiles, a detectores de mentiras sin contacto basados en la tasa de pulsaciones.

“Es un resultado fantástico,” dice Maneesh Agrawala, un profesor asociado en el departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional en la Universidad de California en Berkeley, y director del Laboratorio de Visualización del departamento. Agrawala apunta que Freeman y Durand fueron parte del equipo de investigadores del MIT que hicieron ruido en la conferencia Siggraph del 2005 con un artículo sobre la amplificación de movimientos en video. “Este acercamiento es más simple y te permite ver algunas cosas que no podías ver con el acercamiento anterior”, dice Agrawala. “La simplicidad del acercamiento lo vuelve en algo que tiene la posibilidad de aplicación en un gran número de lugares. Creo que veremos a mucha gente implementándolo por que es muy sencillo”.

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Investigadores logran interferencia ARN en un paquete más ligero

Una nanopartícula de ácido nucleico posee menos riesgo de efectos secundarios y ofrece mejor precisión al apuntarla.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Investigadores crearon está nano partícula con ADN y ARN para apagar genes en células cancerosas. Image: Hyukjin Lee and Ung Hee Lee

Usando una técnica conocida como “origami de ácido nucleico”, ingenieros químicos han construido pequeñas partículas hechas de ADN y ARN que pueden entregar trozos de ARN directamente a los tumores, apagando genes expresados en células de cáncer.

Para alcanzar este tipo de apagado de genes, conocido como interferencia ARN, mucho investigadores han tratado – con algo de éxito – de entregar ARN con partículas hechas de polímeros o lípidos. Sin embargo, esos materiales pueden poseer riesgos de seguridad y son difíciles de apuntar, dice Daniel Anderson, un profesor asociado de ciencias de la salud y tecnología e ingeniería química, y un miembro del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts).

Las nuevas partículas, desarrolladas por investigadores en el MIT, Alnylam Pharmaceuticals y la Escuela de Medicina de Harvard, parecen vencer aquellos desafíos, dice Anderson. Debido a que las partículas están hechas de ADN y ARN, son biodegradables y no poseen amenaza para el cuerpo. Pueden ser etiquetadas con moléculas de folato (la vitamina B9 o ácido fólico producida de manera natural por el cuerpo) para apuntar a la abundancia de receptores de folato encontrada en algunos tumores, incluyendo aquellos asociados con el cáncer de ovarios – uno de los cánceres más mortales y difíciles de tratar.

Anderson es autor principal de un artículo sobre las partículas que apareció en la edición del 3 de junio en Nature Nanotechnology. El autor líder del artículo es el antiguo posdoctorado del MIT Hyukjin Lee, ahora un profesor asistente en la Universidad de Mujeres Ewha en Seul, Corea del Sur.

Perturbación de genes

La interferencia ARN (RNAi por sus siglas en inglés), un fenómeno natural que las células usan para controlar su expresión genética, ha intrigado a los investigadores desde su descubrimiento en 1998. La información genética es normalmente cargada desde el ADN en el núcleo a ribosomas, estructuras celulares donde las proteínas son creadas. ARN interferente corto (siRNA por sus siglas en inglés de short interfering RNA), perturba este proceso al pegarse a las moléculas mensajeras ARN que cargan las instrucciones del ADN, destruyéndolas antes de que alcancen el ribosoma.

Nanopartículas que entregan siRNA hechas de lípidos, las que el laboratorio de Anderson y Alnylam también están desarrollando, han mostrado algo de éxito en apagar los genes del cáncer en estudios animales, y pruebas clínicas están ahora siendo llevadas a cabo en pacientes con cáncer de hígado. Las nanopartículas tienden a acumularse en el hígado, el bazo y los pulmones, así que el cáncer de hígado es un objetivo natural – pero ha sido difícil apuntar dichas partículas a tumores en otros órganos.

“Cuando piensas de cáncer metástatico, no quieres detenerte en el hígado”, dice Anderson. “También quieres llegar a más sitios diversos”.

Otro obstáculo para llenar la promesa del RNAi ha sido encontrar maneras de entregar las hebras cortas de ARN sin lastimar los tejidos saludables del cuerpo. Para evitar esos posibles efectos secundarios, Anderson y sus colegas decidieron entregar el ARN en un simple paquete hecho de ADN. Usando origami de ácido nucleico – que permite a los investigadores construir formas tridimensionales de segmentos cortos de ADN – fusionaron seis hebras de ADN para crear un tetraedro (una pirámide de seis bordes y cuatro caras). Una sola hebra de ARN fue entonces fijada a cada borde del tetraedro.

“Lo que es particularmente emocionante sobre el origami de ácido nucleico es el hecho de que puedes hacer partículas idénticas molecularmente y definir la localización de cada átomo”, dice Anderson.

Para apuntar las partículas a las células de tumor, los investigadores pegaron tres moléculas de folato a cada tetraedro. Los fragmentos de proteína cortos también podrían ser usados para apuntar las partículas a una variedad de tumores.

Usando origami de ácido nucleico, los investigadores tienen mucho más control sobre la composición de las partículas, volviendo más fácil crear partículas idénticas que todas busquen el mismo objetivo. Esto no es usualmente el caso con las nanopartículas de lípidos, dice Vinod Labhasetwar, un profesor de ingeniería biomédica en el Instituto de Investigación Lerner en la Clínica Cleveland. “Con partículas de lípidos, no estás seguro de qué fracción de las partículas realmente están llegando a los tejidos objetivo”, dice Labhasetwar, quien no estuvo involucrado en este estudio.

Circular y acumularse

En estudios de ratones implantados con tumores humanos, los investigadores encontraron que una vez inyectadas, las nanopartículas de ácido nucleico circularon en el torrente sanguíneo con una vida media de 24 minutos – el suficiente tiempo para alcanzar sus objetivos. El tetraedron de ADN parece proteger el ARN de la rápida absorción por los riñones y su excreción, lo que usualmente ocurre cuando el ARN es administrado por sí mismo, dice Anderson.

“Si tomas un ARN interferente corto y lo inyectas en el torrente sanguíneo, típicamente está fuera en seis minutos. Si haces una nanopartícula más grande usando métodos de origami, incrementa su habilidad para evitar la excreción a través de los riñones, incrementando por lo tanto su tiempo circulando por el corriente sanguíneo”, dice.

Los investigadores también mostraron que las nanopartículas de ácido nucleico se acumularon en los sitios del tumor. El ARN entregado por las partículas fue diseñado para apuntar a un gen por luciferasa (una enzima utilizada en bioluminiscencia), el cual fue agregado a las células del tumor para hacerlas brillar. Encontraron que en ratones tratados, la actividad de la luciferasa cayó más de la mitad.

El equipo diseña ahora nanopartículas para apuntar a genes que promueven el crecimiento del tumor, y también trabaja en apagar genes involucrados en otras enfermedades genéticas.

La investigación fue patrocinada por el Instituto Nacional de Salud (National Institutes of Health) de los Estados Unidos, el Centro para la Excelencia de la Nanotecnología del Cáncer (Cancer Nanotechnology Excellence), Alnylam Pharmaceuticals y la Fundación Nacional de Investigación de Corea.

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Enfriador preserva drogas contra la tuberculosis, graba las dosis

Un simple enfriador podría ayudar a pacientes en la batalla contra la tuberculosis resistente a los antibióticos.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

La tuberculosis, ahora controlada en el mundo industrializado, sigue siendo un asesino persistente en la mayoría de África, así como en partes de Asia y Sudamérica. La propagación de las cepas de tuberculosis resistentes a múltiples drogas ha alentado el progreso contra la devastadora enfermedad, que se estima que afecta a más de 10 millones de personas anualmente. Ahora un enfriador de bebidas modificado, desarrollado por investigadores en el D-Lab del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), podrían hacer mella en el impacto de la enfermedad.

Estos son los dos principales problemas que los médicos confrontan tratando de hacer frente a las cepas de tuberculosis resistente a las drogas en países en desarrollo. Primero, las drogas usadas para tratar la enfermedad, que requieren varias dosis por día en el curso de 18 meses, deben mantenerse a una temperatura baja controlada – en lugares donde la disponibilidad de la electricidad es escasa y poco confiable. Y segundo, las drogas deben tomarse regularmente, requiriendo un monitoreo continuo por los trabajadores del cuidado de la salud.

Ambos problemas podrían ser abordados potencialmente por el enfriador desarrollado por investigadores en el Laboratorio Pequeños Dispositivos (Little Devices Lab), un equipo de investigadores dentro del D-Lab quienes trabajan para desarrollar soluciones de bajo costo a necesidades médicas urgentes.

D-Lab es un programa de clases, talleres y laboratorios en el MIT, lanzado hace una década por el profesor principal Amy Smith. El programa incluye ahora 13 clases sobre temas de salud, movilidad y energía, y está dedicado a desarrollar soluciones apropiadas a problemas que enfrenta la gente de bajos recursos y comunidades alrededor del mundo.

José Gómez-Márquez, el instructor de D-Lab que tiene a cargo el grupo Little Device (pequeño dispositivo), dice que el enfriador con el tamaño de una caja de pan del equipo fue adaptado a partir de uno diseñado para mantener bebidas frías. Llamado “CoolComply”, puede funcionar conectado a la red eléctrica o por medio de celdas solares, y contiene circuitos para mantener la temperatura dentro y transmitir una alarma si se eleva demasiado alto. (Las temperaturas más altas pueden provocar que el gas sea liberado dentro de los paquetes de medicina, lo que puede hacer que los pacientes se enfermen violentamente).

Adicionalmente, para rastrear el cumplimiento, cada enfriador graba la fecha exacta y el tiempo en el que la caja es abierta, lo que permite que un solo paquete de dosis sea dispensado. Un transmisor telefónico celular integrado envía información sobre la temperatura y la actividad del enfriador a un centro de salud donde los datos pueden ser almacenados y monitoreados.

El equipo de CoolComply ganó un premio de $100,000 dólares el otoño pasado como un Proyecto de Innovación Inalámbrica de la Fundación Vodafone America, así como una beca de $50,000 dólares de Harvard Catalyst. Los premios sustentarán este proyecto a través del desarrollo inicial y pruebas.

La idea se originó con Kristian Olson y Aya Caldwell, físico en el Hospital General de Massachusetts en Boston, quien le dijo a Gómez-Márquez sobre la urgente necesidad de mantener frías las medicinas contra la tuberculosis y verificar el cumplimiento de los pacientes con el régimen de dosis.

Por el momento, debido a que muchos de los pacientes entrando al tratamiento no tienen acceso a refrigeradores, en su lugar se les proveen enfriadores que requieren entregas diarias de hielo; su cumplimiento con el régimen de dosis es revisado regularmente por trabajadores de la salud que visitan. Esas restricciones limitan severamente el número de pacientes que pueden ser tratados, dice Gómez-Márquez. Las entregas diarias de hielo cuestan $600 dólares al año – alrededor del doble del costo del sistema CoolComply – y el “hielo no te envía un mensaje” para mostrar que la medicina ha sido tomada, dice.

A partir de septiembre pasado, tres dispositivos prototipo han entrado en pruebas de campo en Addis Ababa, Etiopía; este verano el equipo del D-Lab espera desplegar al menos 10 más ahí para más pruebas. Al final, el equipo espera que los dispositivos puedan ser producidos localmente y distribuidos por una pequeña compañía de bajo impacto preparada para este propósito, promoviendo una mejor salud y la creación de trabajos locales.

El sistema de reportes inalámbrico en el dispositivo CoolComply “resuelve el problema de tener que visitar al paciente cada día”, dice Gómez-Márquez. Pero llegar a ese punto no fue fácil: Los primeros prototipos construidos el verano pasado por el equipo – que también incluye a los instructores del D-Lab Anna Young y Amit Ghandi – trabajaron perfectamente en los Estados Unidos, pero tan pronto como llegaron a Addis Ababa para sus pruebas de campo, “ninguno funcionó”, dice Gómez-Márquez, debido a las señales no confiables del sistema de telefonía celular local. “Tuvimos que volver a la mesa de dibujo”, dice. “Estábamos desesperados”.

Un problema, dice Ghandi, fue el diseño de la antena del enfriador. “No podías decir que estaba mal al verla”, dice, “pero no trabajaría en ciertas partes de Etiopía”. Finalmente, después de cambiar a un tipo diferente de antena y desarrollar algunos trucos para lidiar con fallas inesperadas en el sistema (como la falta de un tiempo en los mensajes de texto de Etiopía), pudieron obtener un dispositivo confiable funcional.

Eso es parte del curso para dichos proyectos, dice Gómez-Márquez. “Quieres, durante el primer viaje, que muchas cosas salgan mal”, dice. “Eso es por lo que vas allá”. La clave para este proyecto fue incluir usuarios locales para tratar un nuevo sistema bajo condiciones en el mundo real. “Encontramos ingenieros increíbles” en el Instituto de Tecnología de Addis Ababa, dice, quienes “realizaron una enorme cantidad de trabajo” para ayudar a tener el sistema funcionando.

Estos ingenieros locales, de hecho, estuvieron complacidos de tener oportunidad de trabajar en dicho proyecto, el que pudieron ver que era algo que podría ser construido y mantenido dentro del país. Young dice que uno de ellos le dijo, observando una cara máquina de Resonancia Magnética (MRI) en el hospital local, “Nadie que conozco llegará alguna vez a usar esto”. En contraste, dijo del nuevo enfriador, “Esto es algo que puedo ver siendo usado por gente que conozco”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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