Ciencia - X (Diez) Curiosidades

Encontrando como funcionan los antibióticos

Un equipo descubre el mecanismo que produce daño fatal al ADN en bacterias.

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

La penicilina y otros antibióticos han revolucionado la medicina, convirtiendo enfermedades que alguna vez fueron mortales en males fácilmente tratables. Sin embargo, mientras que los antibióticos han estado en uso por más de 70 años, el mecanismo exacto por medio del cual matan a las bacterias ha sido un misterio.

Ahora un nuevo estudio por investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y la Universidad de Boston revelan el mecanismo de muerte detrás de las tres grandes clases de antibióticos: Las drogas producen moléculas destructivas que dañan fatalmente el ADN bacterial a través de una larga cadena de eventos celulares.

Entendiendo los detalles de este mecanismo podría ayudar a los científicos a mejorar drogas existentes, de acuerdo a los investigadores. Pocos antibióticos nuevos han sido desarrollados en los últimos 40 años, y muchas cepas de bacteria se han vuelto resistentes a las drogas ahora disponibles.

“Uno podría mejorar la eficacia de muerte de nuestro arsenal actual, reducir las dosis requeridas o volver a sensibilizar cepas a los antibióticos existentes”, dice James Collins, un profesor de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Boston, quien colaboró con Graham Walker, profesor de Biología del MIT, en un estudio que apareció en la edición del 20 de abril de la revista Science.

El autor líder del artículo es James Foti, un posdoctorado en el laboratorio de Walker. Otros autores son el posdoctorado del MIT Babho Devadoss y Jonathan Winkler, un doctor recientemente graduado en el laboratorio de Collins.

Radicales destructivos

En el 2007, Collins mostró que tres clases de antibióticos – quinolonas, betalactámicos y aminoglucósidos – matan células produciendo moléculas altamente destructivas conocidas como radicales hidroxilos. En el momento, él y otros sospechaban que los radicales lanzaban un ataque general contra cualquier componente de la célula que encontraban.

“Reaccionan con casi todo”, dice Walker. “Irán tras los lípidos, pueden oxidar proteínas, pueden oxidar el ADN”. Sin embargo, la mayoría de este daño no es fatal, encontraron los investigadores en el nuevo estudio.

Lo que es mortal a las bacterias es el daño inducido por hidroxilo a la guanina, una de las cuatro bases nucleótidas que constituyen el ADN. Cuando este daño es insertado en el ADN, las células tratan de reparar el año pero terminan acelerando su propia muerte. Este proceso “no causa todas las muertes, pero causa una cantidad notable de ellas”, dice Walker, quien es profesor de la Sociedad Americana del Cáncer.

Los estudios de Walker de las enzimas reparadoras del ADN llevaron a los investigadores a sospechar que esta guanina dañada, conocida como guanina oxidada, podría jugar un papel en la muerte celular por medio de antibióticos. En la primer fase de su investigación, mostraron que una enzima especializada en el copiado de ADN llamada DinB – parte del sistema de una célula para lidiar con el daño al ADN – es muy buena utilizando el bloque de construcción de guanina oxidada para sintetizar ADN.

Sin embargo, DinB no solo inserta guanina oxidada opuesta a su compañera base correcta, citosina, en la hebra complementaria cuando se está copiando el ADN, sino que también la inserta con su compañera incorrecta, adenina. Los investigadores encontraron que, cuando se han incorporado demasiadas guaninas oxidadas en nuevas hebras de ADN, los esfuerzos inútiles de la célula para remover estas lesiones resultaron en la muerte.

Basado en estos estudios de reparación muy básica de ADN, Walker y sus colegas crearon la hipótesis de que los radicales hidroxilos producidos por los antibióticos podrían ser el inicio mismo de la cascada de daño al ADN. Esto resultó ser el caso.

Una vez que la guanina oxidada causada por el tratamiento con antibióticos es insertada en el ADN, un sistema celular diseñado para reparar el ADN es activado. Enzimas especializadas conocidas como MutY y MutM hacen cortes en el ADN para iniciar su proceso de reparación que normalmente ayuda a las células a lidiar con la presencia de guanina oxidada en su ADN. Sin embargo, esta reparación es arriesgada porque requiere abrir la doble hélice del ADN, cortando una de sus cadenas mientras que la base incorrecta es reemplazada. Si dos de estas reparaciones se llevan a cabo en estrecha proximidad a las hebras opuestas de ADN, el ADN sufre un rompimiento de doble hélice, lo que usualmente es fatal a la célula.

“Este sistema, que normalmente debe estar protegiéndote y manteniéndote muy preciso, se vuelve tu verdugo”, dice Walker.

Deborah Hung, una profesora de Microbiología e Inmunobiología en la Escuela Médica de Harvard, dice que el nuevo estudio representa “el próximo capítulo importante mientras que atravesamos un renacimiento de entendimiento sobre cómo funcionan los antibióticos. Solíamos pensar que sabíamos, y ahora nos damos cuenta de que todas nuestras suposiciones simples estaban equivocadas, y es mucho más complejo”, dice Hung, quien no fue parte de este estudio.

Nuevos objetivos

En algunos casos de daño al ADN inducido por antibióticos, la célula bacterial es capaz de salvarse a sí misma al reparar el rompimiento de doble hebra usando un proceso llamado recombinación homóloga. Desactivar las enzimas requeridas para la recombinación homóloga podría incrementar la sensibilidad de las bacterias a los antibióticos, dicen los investigadores.

“Nuestro trabajo sugiere que las proteínas involucradas en reparar las dobles-hebras rotas de ADN podrían ser objetivos interesantes detrás de los cuales ir como medio para afectar la eficacia de muertes de las drogas”, dice Collins.

Los investigadores, cuyo trabajo fue patrocinado por los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Médico Howard Hughes, también mostraron un mecanismo adicional que podría estar involucrado en las muertes de células causadas por uno de los tipos de antibióticos, aminoglucósidos: En células tratadas con estos antibióticos, la guanina oxidada es incorporada en el mensajero ARN, resultando en proteínas incorrectas que, a su vez, disparan más produción de radicales hidroxilos y así más guanina oxidada. Los investigadores trabajan ahora para avanzar aún más en su comprensión de cómo los antibióticos matan células.

Reimpreso con permiso de MIT News.

http://web.mit.edu/ (en inglés)

Herschel encontró masacre de cometas alrededor de una estrella cercana

Cometa masacre de estrellas — Imagen: ESA

El observatorio espacial Herchel ha estudiado el cinturón de polvo alrededor de la cercana estrella Fomalhaut. Los científicos dicen que el polvo parece venir de colisiones que destruyen a miles de cometas helados cada día.

Herschel es una misión de la Agencia Espacial Europea con importantes contribuciones de la NASA.

Fomalhaut en una estrella joven, de solo unos pocos cientos de millones de años, y dos veces más masiva que el sol. Su cinturón de polvo fue descubierto en la década de 1980 por el Satélite Astronómico Infrarrojo, en el que la NASA jugó un papel importante. Nuevas imágenes de Herschel del cinturón lo muestran con mucho más detalle a mayores longitudes de onda infrarrojas que nunca antes.

Los resultados indican que los granos en el cinturón de polvo son suaves y pequeños, solo unas pocas millonésimas de un metro de diámetro. Son similares a las partículas de polvo liberadas por los cometas en nuestro propio sistema solar.

Bram Acke de la Universidad de Lovaina en Bélgica dirigió las observaciones. Él y sus colegas dicen que el polvo está siendo regenerado en el cinturón a través de colisiones continuas entre los cometas. Cada día, el equivalente de cualquiera de dos cometas del tamaño de 6.2 millas (10 kilómetros) o 2.000 cometas del tamaño de .62 millas (1 kilómetro) deben ser completamente aplastados en pequeñas y esponjadas partículas de polvo. Es más, hay montones de cometas: el equipo estima que entre 260 mil millones y 83 billones en el cinturón.

Herschel es una misión piedra angular de la Agencia Espacial Europea, con instrumentos científicos provistos por consorcios de Instituciones Europeas y con una importante participación de la NASA. La oficina del proyecto Herschel de la NASA está ubicada en el Laboratorio de Propulsión de Jets (JPL – Jet Propulsion Laboratory) en Pasadena, California. JPL contribuyó con tecnología que permitió la misión para dos de los tres instrumentos científicos de Herschel. El centro de ciencia de Herschel de la NASA, parte del Centro de Procesamiento y Análisis Infrarrojo en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, apoya a la comunidad astronómica de los Estados Unidos. Caltech maneja JPL para la NASA.

Fuente
http://www.nasa.gov/ (en inglés)

La mayoría de los estudios notables sobre el cáncer no pueden ser replicados

Durante una década C. Glenn Begley, director de investigación global del cáncer en Amgen, identificó 53 estudios notables y prometedores – artículos en principales diarios, de laboratorios con buena reputación – para que su equipo los reprodujera. Begley buscó comprobar los hallazgos antes de intentar juntar un equipo alrededor de ellos para el desarrollo de drogas. El resultado: 47 de 53 resultados no pudieron ser replicados.

Su equipo y otros temen que el fenómeno es el producto de un sistema corrupto de incentivos que tiene a los académicos cortando esquinas para impulsar sus carreras. Tener un artículo publicado en un diario académico impulsa la carrera de un investigador, y esto no es que cometan fraude directamente, por que ellos mismos creen que sus resultados son ciertos, el problema es que no están realizando los estudios con el nivel de rigurosidad que estos deberían hacerse, obtienen un resultado que se ve prometedor, y no lo estudian a fondo, solo lo publican.

Ya entrado en su proyecto de reproducir estudios prometedores, Begley se encontró para desayunar en una conferencia sobre el cáncer con el científico líder de uno de los estudios problemáticos.
“Analizamos el artículo línea por línea, figura por figura”, dijo Begley. “Expliqué que rehicimos su experimento 50 veces y nunca obtuvimos su resultado. El dijo que ellos lo hicieron seis veces y obtuvieron este resultado solo una vez, pero lo pusieron en el artículo por que era la mejor historia. Es muy desalentador.

Más información
Artículo por Gleen Begley (www.nature.com) (en inglés, de pago)
http://pipeline.corante.com/ (en inglés)

Sintiendo cuando el cerebro está bajo presión

Sensación en cerebro — Imagen: Lucien Monfils / wikipedia

Una nueva estrategia de monitoreo prescinde de la cirugía, podría ayudar a los médicos a tratar pacientes con lesiones en la cabeza.

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

Los tumores cerebrales y el trauma en la cabeza, incluyendo conmociones, pueden elevar la presión dentro del cráneo, potencialmente aplastando el tejido cerebral o cortando el suministro de sangre del cerebro. Monitorear la presión sanguínea en los cerebros de dichos pacientes podría ayudar a los doctores a determinar el mejor tratamiento, pero el procedimiento es tan invasivo – requiere taladrar un agujero a través del cráneo – que solo se hace en los pacientes con lesiones más severas.

Eso podría cambiar con el desarrollo de una nueva técnica que es mucho menos arriesgada. El método, descrito en la edición del 11 de abril de Science Translational Medicine, podría permitirle a los médicos medir la presión cerebral en pacientes que han sufrido lesiones en la cabeza que son más leves, pero se beneficiarían de monitoreo cercano.

Desarrollado por investigadores en el Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE – Research Laboratory of Electronics) del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), la nueva técnica está basada en un modelo computacional de cómo la sangre fluye a través del cerebro. Usando ese modelo, los investigadores pueden calcular la presión cerebral de dos mediciones menos invasivas: la presión sanguínea arterial y una medición ultrasónica de la velocidad del fluido sanguíneo a través del cerebro.

Con este acercamiento, cambios en la presión cerebral pueden ser monitoreados en el tiempo, alertando a los médicos sobre problemas que podrían crecer lentamente.

Bajo presión

Presión en el cerebro, también conocida como presión intracraneal (ICP – intracranial pressure), puede elevarse debido a la presencia de fluido excesivo (sangre o fluido cerebroespinal), un tumor cerebral o hinchazón del cerebro.

Para medir esta presión, neurocirujanos taladran un agujero en el cráneo e insertan un catéter en el tejido cerebral o una cavidad llena de fluido en el cerebro. En todos excepto los pacientes enfermos más críticamente, el riesgo de infección o daño al cerebro supera los beneficios de este procedimiento, dice el coautor del estudio George Verghese, profesor de Ingeniería Eléctrica en el MIT.

“Hay una cantidad de pacientes mucho mayor para quienes a los médicos les gustaría esta medición, pero lo invasivo los detiene de obtenerla”, dice Verghese, cuyo laboratorio se enfoca en usar modelos computarizados de fisiología humana para interpretar los datos de pacientes.

En esta tesis doctoral, Faisal Kashif, quien ahora es un posdoctorado en el laboratorio de Verghese y el autor principal del artículo, desarrolló un modelo por computadora que relaciona la presión sanguínea arterial y el flujo sanguíneo a través del cerebro a la presión en el cerebro. El flujo de sangre a través del cerebro es causado por la diferencia en presión entre la sangre entrando al cerebro y la presión dentro del cerebro (ICP). Por lo tanto, usando el modelo de Kashif, la ICP puede ser calculada del flujo y la presión sanguínea entrando al cerebro.

La presión de la sangre entrando al cerebro no es medible directamente, entonces el equipo del MIT usó la presión de la arteria radial, tomada al insertar un catéter en la muñeca, como una representación de esa medida. Usaron su modelo de flujo sanguíneo para compensar la diferencia en lugar.

La presión arterial periférica también puede ser medida continuamente y de manera no invasiva usando un dedal similar al brazalete que se utiliza comúnmente para medir la presión sanguínea. Los investigadores se encuentran investigando ahora, si los datos obtenidos de esta manera son lo suficientemente precisos para usarlos en su modelo.

Validación

Los investigadores verificaron la precisión de su técnica usando datos recolectados hace varios años por el colaborador Marek Czosnyka en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, de pacientes con lesión cerebral traumática. Este fue uno de los pocos grupos de datos que incluyeron todas las medidas que necesitaban, junto con un registro temporal apropiado. Czosnyka envió los datos de presión sanguínea arterial radial y la velocidad del flujo sanguíneo tomado con ultrasonido al equipo del MIT, el cual entonces introdujo los números en su modelo y obtuvieron una presión intracraneal estimada. Enviaron entonces los datos de vuelta a Czosnyka para comparación.

Sus resultados eran ligeramente menos precisos que aquellos obtenidos con el mejor procedimiento invasivo, pero comparables a otros procedimientos invasivos que siguen en uso clínico, y a técnicas menos invasivas que se han intentado.

“Es un santo grial de neurocirugía clínica el encontrar una manera no invasiva de medir la presión”, dice James Holsapple, jefe de neurocirugía en el Centro Médico Boston. “Sería un gran paso si podemos poner nuestras manos en algo confiable”.

El nuevo acercamiento del MIT muestra promesa, dice Holsapple, añadiendo que un siguiente paso importante es incorporar la tecnología en un sistema que sería fácil de usar para el personal de un hospital y pudiera grabar datos durante muchas horas o días.

El equipo del MIT, junto con la coautora Vera Novak del Centro Médico Beth Israel Deaconess (BIDMC) en Boston, está ahora colaborando con doctores en el BIDMC para probar su acercamiento en pacientes en la unidad de cuidado intensivo neurológico.

“Todavía es un período de validación. Para convencer a la gente de que esto trabaja, necesitas acumular más [datos] de los que tenemos actualmente”, dice Verghese. “Nuestra esperanza es que una vez que ha sido validado en tipos de pacientes adicionales, donde seas capaz de mostrar que puedes coincidir con la medida invasiva, la gente tendrá confianza en comenzar a aplicarlo a pacientes que no están siendo monitoreados actualmente. Ahí es donde vemos el gran potencial”.

Thomas Heldt, un científico investigador en el RLE y autor principal del artículo, dice que una vez que la recolección de datos y el modelo estén bien establecidos, el equipo espera probar diferentes poblaciones de pacientes – como atletas con contusiones, o soldados que han experimentado explosiones – para descubrir maneras de determinar la extensión de las lesiones y cuándo no es seguro todavía para un atleta o soldado volver al campo.

Otra aplicación potencial es monitorear astronautas durante y después de vuelos espaciales largos. La NASA ha observado signos de presión intracraneal elevada en algunos de estos astronautas, y ahora busca formas de medirla.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nanopartículas híbridas cobre-oro convierten el CO2

Podrían reducir las emisiones de gases de invernadero

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

Cobre – el material del que están hechos los centavos y las teteras – también es uno de los pocos metales que pueden convertir el dióxido de carbono en combustibles de hidrocarbono con poca energía relativamente. Cuando se le da la forma de un electrodo y es estimulado con voltaje, el cobre actúa como un fuerte catalizador, iniciando una reacción electromagnética con el dióxido de carbono que reduce el gas de efecto invernadero en metano o metanol.

Varios investigadores alrededor del mundo han estudiando el potencial del cobre como medio energéticamente eficiente de reciclar emisiones de dióxido de carbono en plantas de energía: En lugar de ser liberado en la atmósfera, el dióxido de carbono sería hecho circular a través de un catalizador de cobre y convertido en metano o metanol – que entonces le daría energía al resto de la planta por combustión, o sería convertido en productos químicos como etileno. Dicho sistema, emparejado con energía solar o eólica, podría reducir enormemente las emisiones de gas de invernadero de plantas alimentadas por carbón y plantas alimentadas por gas natural.

Pero el cobre es temperamental: fácilmente oxidable, como cuando viejos centavos se vuelven verdes. Como resultado, el metal es inestable, lo que puede alentar significativamente su reacción con el dióxido de carbono y producir residuos no deseados como monóxido de carbono y ácido fórmico.

Ahora los investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han encontrado una solución que podría reducir aún más la energía necesaria para que el cobre convierta el dióxido de carbono, mientras además hacen al metal mucho más estable. El grupo ha diseñado pequeñas nanopartículas de cobre mezcladas con oro, que es resistente a la corrosión y la oxidación. Los investigadores observaron que solo un toque de oro vuelve al cobre mucho más estable. En los experimentos, recubrieron electrodos con las nanopartículas híbridas y encontraron que mucha menos energía era necesaria para que estas nanopartículas diseñadas reaccionaran con el dióxido de carbono, comparado a nanopartículas de puro cobre.

Un artículo detallando los resultados aparecerá en el diario Chemical Communications; la investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia. La coautora Kimberly Hamad-Schifferli del MIT dice que los descubrimientos apuntan a un medio potencialmente de eficiencia energética de recudir las emisiones de dióxido de carbono de las plantas de energía.

“Normalmente tienes que poner mucha energía en convertir dióxido de carbono en algo útil”, dice Hamad-Schifferli, una profesora asociada de ingeniería mecánica e ingeniería biológica. “Demostramos que nanopartículas híbridas cobre-oro son mucho más estables, y tienen el potencial de reducir la energía que necesitas para la reacción”.

Reduciendo el tamaño

El equipo eligió diseñar partículas al nivel de nanoescala para “obtener más ventaja económica”, dice Hamad-Schifferli: Mientras más pequeñas las partículas, más grande es el área superficial disponible para la interacción con las moléculas de dióxido de carbono. “Podrías tener más lugares para que el CO₂ llegue y se pegue y sea convertido en algo más”, dice ella.

Hamad-Schifferli trabajó con Yang Shao-Horn, el profesor asociado de Ingeniería Mecánica en el MIT, posdoctorado Zhichuan Xu y Erica Lai. El equipo se quedó en oro como un metal adecuado para combinarse con oro y cobre principalmente debido a sus propiedades conocidas.
(Investigadores habían combinado previamente oro y cobre en escalas mucho más grandes, notando que la combinación previno que el cobre se oxidara).

Para hacer las nanopartículas, Hamad-Schifferli y sus colegas mezclaron sales conteniendo oro en una solución de sales de cobre. Calentaron la solución, creando nanopartículas que fusionaron cobre con oro. Xu entonces puso las nanopartículas a través de una serie de reacciones, convirtiendo la solución en un polvo que fue usado para recubrir un pequeño electrodo.

Para probar la reactividad de las nanopartículas, Xu colocó el electrodo en un vaso de precipitado lleno se solución y dióxido de carbono en burbujas dentro de él. Aplicó un pequeño voltaje al electrodo, y midió la corriente resultante en la solución. El equipo razonó que la corriente resultante indicaría que tan eficientes eran las nanopartículas al reaccionar con el gas: Si las moléculas de CO₂ estuvieran reaccionando con sitios en el electrodo – y después liberando para permitir que otras moléculas de CO₂ reaccionen con los mismos sitios – la corriente aparecería como que un cierto potencial fue alcanzado, indicando una “rotación”. Si las moleculas monopolizan sitios en el electrodo, la reacción se alentaría, retrasando la aparición de la corriente al mismo potencial.

El equipo encontró finalmente que el potencial aplicado para alcanzar una corriente estable era mucho más pequeña para las nanopartículas híbridas cobre-oro que para el puro cobre y oro – una indicación de que la cantidad de energía requerida para ejecutar la reacción era mucho más baja que la requerida cuando se usaban nanopartículas de puro cobre.

Siguiendo adelante, Hamad-Schifferli dice que espera mirar más de cerca la estructura de las nanopartículas de cobre-oro para encontrar la configuración óptima para convertir dióxido de carbono. Hasta ahora, el equipo ha demostrado la efectividad de las nanopartículas compuestas de un tercio de oro y dos tercios de cobre, así como dos tercios de oro y un tercio de cobre.

Hamad-Schifferli admite que el recubrimiento de electrodos a escala industrial con oro puede volverse caro. Sin embargo, dice ella, el ahorro de energía y el potencial de reuso para dichos electrodos podría balancear los costos iniciales.

“Es un compromiso”, dice Hamad-Schifferli. “Obviamente el oro es mas caro que el cobre. Pero si te ayuda a obtener un producto que sea más atractivo como el metano en lugar del dióxido de carbono, y a un consumo de energía más bajo, entonces podría valer la pena. Si pudieras reusarlo una y otra vez, y la durabilidad es más alta debido al oro, eso es una ganancia”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Océanos aparte

Océano aparte — Imagen: Johan Lissenberg, Christopher MacLeod and the JC21 Scientific Party

Nueva investigación sugiere que la formación de la corteza oceánica es un proceso dinámico

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

Tres quintos de la corteza de la tierra se encuentra bajo el agua, esparcida por el lecho marino. Más que cuatro millas cúbicas de corteza oceánica se forma cada año, regenerándose constantemente como una nueva piel a través del planeta. Esta corteza oceánica se eleva por las crestas del océano medio – cordilleras montañosas submarinas que ondulan por el suelo oceánico como cicatrices dentadas.

Estas crestas delinean los bordes de las placas tectónicas, que lentamente se desplazan alrededor del planeta. Conforme las placas se separan, el magma desde el manto subyacente hace erupción en la superficie, solidificándose eventualmente como nueva corteza. Con el tiempo, ésta nueva forma de corteza se mueve con la migración de la placa cerca de la cordillera oceánica, dejando espacio para que la corteza más reciente tome su lugar. La velocidad de la formación de la corteza varía de cresta a cresta: algunas cordilleras de rápida propagación producen hasta seis pulgadas de corteza nueva por año, mientras que la corteza de crestas de propagación se arrastra a lo largo a solo dos pulgadas por año.

Mientras que el proceso general de la formación de crestas oceánicas – también conocido como expansión del fondo marino – es bien entendido, no está claro lo que sucede en el volátil ambiente de aguas profundas que producen nueva corteza. Matthew Rioux, un científico investigador en el Departamento de las Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS – Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), describe el entorno en una cresta en medio del océano como una indecifrable “Zona de puré” (mush zone): parte de magma líquido, parte de roca cristalizada. Entendiendo cómo se comporta esta zona puede dar a los científicos una mejor idea de cómo rapidamente se forma una corteza oceánica.

Ahora, en un artículo publicado en la edición de Nature Geoscience, Rioux y sus colegas han encontrado que la formación de corteza oceánica puede ser más lenta y el proceso más dinámico de lo que se pensaba anteriormente.

Rioux trabajó con Sam Bowring, un profesor de Geología en MIT, y el postdoctorado Noah McLean – junto con investigadores de la Universidad de Hawaii, La Universidad de Cardiff en el Reino Unido y el Instituto Oceanográfico Woods Hole – para analizar fragmentos de la corteza desde el East Pacific Rise, una cordillera en medio del océano a 1,200 millas de la costa oeste de América del Sur que es una de las cordilleras de propagación más rápidas del mundo. Los científicos han pensado que los magmas que forman la corteza nueva en cordilleras de propagación rápida se levantan desde las profundidades, cristalizando rápidamente y entonces empujan lejos de la cordillera para formar un nuevo suelo oceánico.

Para probar esta teoría, Rioux y sus colegas analizaron fragmentos de corteza recuperada de los afloramienros en dos localidades en el East Pacific Rise y determinaron la edad de partes diferentes de cada roca. Ellos razonaron que si existen teorías que eran correctas y crestas de rápida propagación producen una nueva corteza, cada parte de una roca podría ser de una edad similar – habiendo cristalizado mas o menos simultáneamente.

Sin embargo, el equipo encontró todo lo contrario. Dentro de cada roca, los investigadores buscaron trazas de circón, un mineral que se utiliza a menudo para determinar la edad de una roca. Cuando el circón cristaliza, absorbe uranio, que lentamente decae en plomo. La medición de la proporción de uranio al plomo da a los científicos una estimación precisa de la edad de las rocas.

Para aislar circón, el equipo tritura la roca hasta volverla polvo, después se separa circón en base a su densidad y propiedades magnéticas. Los investigadores determinaron entonces la fecha de cada grano de circón, y encontraron un resultado sorpresivo: Dos de cuatro muestras de roca contenían circón con una amplia gama de edades, significando que diferentes partes de la roca cristalizaron, o se convirtieron en nueva corteza, en épocas diferentes.

Rioux dice que puede haber varias explicaciones para los hallazgos. Por ejemplo, la “zona de puré” en la cresta del océano medio puede ser “recargada” por nuevo magma saliendo del manto – conforme la nueva corteza comienza a solidificarse, el magma lo recalienta, volviendo partes líquido de nuevo que se endurece de nuevo más tarde. Otra explicación podría ser que el magma “se inmiscuye” en roca que cristalizó hace mucho tiempo. El circón existente en la roca, resistente a fundirse, quedaría igual mientras que el nuevo magma se solidifica en circón más joven.

Dichos escenarios no serían esperados con crestas que se esparcen despacio, donde la nueva corteza tiene más tiempo de interactuar con magmas calientes líquidos. En contraste, crestas que se esparcen rápidamente empujan la corteza rápidamente, y teóricamente los magmas no tendrían mucho tiempo de volver a fundirse en una roca. Los resultados, dice Rioux, sugieren que la formación de corteza oceánica toma mucho más tiempo en las crestas que se esparcen rápidamente de lo que los científicos habían esperado.

Jonathan Snow, un profesor asistente de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas en la Universidad de Houston, dice que a la luz de sus resultados, las técnicas de estimación de edad de los investigadores podrían ser aplicadas en el futuro para investigar otras crestas del océano medio en el mundo.

“Alcanzaron el resultado muy sorprendente de que el enfriamiento del magma era un asunto mucho más prolongado de lo que habían predicho,” dice Snow. “Es una buena ‘primera vez’ para una nueva generación de técnicas radiométricas aplicadas al fondo del océano.

“Es un paso adelante en nuestro entendimiento de como estas crestas funcionan,” dice Rioux. “Estimar la edad de la corteza oceánica nos permitirá entender mejor que tanta variación hay entre las diferentes crestas del océano medio, como estas variaciones se relacionan al acomodo tectónico, y últimadamente lo que los datos nos digan sobre los procesos magmáticos durante la formación de una gran fracción de la corteza terrestre.”

La investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia y el Consejo de Investigación del Entorno Natural.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nuevo método para prevenir obstrucciones submarinas de hielo

Hidrato de metano — Imagen: Wuse 1007 / wikipedia

Revestimientos superficiales desarrollados por investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) podrían inhibir la acumulación de hidratos de metano que pueden bloquear pozos profundos de petróleo y gas.

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

Durante el derrame petrolero masivo del pozo roto Deepwater Horizon en el 2010, parecía al principio que podría haber un arreglo rápido: un domo de contención que se bajara a la tubería rota para capturar el flujo para que pudiera ser bombeado a la superficie y eliminado apropiadamente. Pero ese intento falló rápidamente, porque el domo casi instantáneamente se obstruyó con hidrato de metano congelado.

Los hidratos de metano, que se congelan al contacto con agua fría en lo profundo del océano, son un problema crónico para los pozos de petróleo y gas profundos. Algunas veces estos hidratos congelados se forman dentro de la cubierta del pozo, donde pueden restringir e incluso bloquear el flujo, con un costo enorme para los operadores del pozo.

Ahora investigadores del MIT, liderados por el profesor asociado de Ingeniería Mecánica Kripa Varanasi, dicen que han encontrado una solución, descrita recientemente en el diario Physical Chemistry Chemical Physics. El autor líder de la revista académica es J. David Smith, un estudiante graduado de ingeniería mecánica.

El océano profundo se está convirtiendo en “una fuente clave” de nuevos pozos de petróleo y gas, dice Varanasi, conforme las demandas de energía del mundo continúan incrementándose rápidamente. Pero uno de los problemas cruciales en hacer viables estos pozos profundos respecto a la “garantía de flujo”: encontrar maneras de evitar la acumulación de hidratos de metano. Presentemente, esto se hace principalmente mediante el uso de sistemas de calefacción caros o aditivos químicos.

“Las industrias de petróleo y gas actualmente gastan al menos $200 millones de dólares al año solo en químicos” para prevenir dichas acumulaciones, dice Varanasi; fuentes de la industria dicen que la cifra total por la prevención y la producción perdida debido a hidratos podría estar en los miles de millones de dólares. El nuevo método de su equipo usaría en su lugar recubrimientos pasivos en los interiores de las tuberías que están diseñados para prevenir que los hidratos se adhieran.

Estos hidratos forman una estructura cristalina similar a una caja, llamada clatrato, en la que moléculas de metano son atrapadas en retículos de moléculas de agua. Aunque se ven como hielo ordinario, los hidratos de metano se forman solo bajo el agua a alta presión: en las aguas profundas o debajo del lecho oceánico, dice Smith. Según algunos estimados, la cantidad total de metano (el ingrediente principal del gas natural) contenido en los clatratos del lecho marino mundial exceden por mucho la cantidad conocida de reservas de todos los otros combustibles fósiles combinados.

Dentro de las tuberías que cargan el aceite o el gas de las profundidades, los hidratos de metano pueden adherirse a las paredes internas – como la placa que se acumula dentro de las arterias del cuerpo – y, en algunos casos, eventualmente bloquear el flujo completamente. Los bloqueos pueden suceder sin advertencia, y en casos severos requieren que la sección bloqueada de la tubería sea cortada y reemplazada, resultando en largos apagones de producción. Los esfuerzos de prevención presentes incluyen calefacción clara o aislamiento de las tuberías o aditivos como metanol introducidos en el flujo de gas o petróleo. “El metanol en un buen inhibidor”, dice Varanasi, pero es “muy agresivo ambientalmente” si escapa.

El grupo de investigación de Varanasi comenzó a analizar el problema antes del derrame del Deepwater Horizon en el Golfo de México. El grupo se ha enfocado por mucho tiempo en maneras de prevenir la acumulación de hielo ordinario – como en las alas de un avión – y en la creación de superficies hidrofóbicas, que previenen que las gotas de agua se adhieran a una superficie. Entonces Varanasi decidió explorar el potencial para crear lo que el llama superficies “hidrato-fóbicas” para prevenir que los hidratos se adhieran duramente a las paredes de las tuberías. Debido a que los mismos hidratos de metano son peligrosos, los investigadores trabajaron casi exclusivamente con un modelo de sistema de hidrato clatrato que exhibe propiedades similares.

El estudio produjo varios resultados significativos: Primero, utilizando un recubrimiento simple, Varanasi y sus colegas fueron capaces de reducir la adhesión de hidratos en la tubería a un cuarto de la cantidad en superficies no tratadas. Segundo, el sistema de pruebas que diseñaron provee una manera siemple y barata de buscar inhibidores aún más efectivos. Finalmente, los investigadores también encontraron una fuerte correlación entre las propiedades “hidrato-fóbicas” de una superficie y su humectabilidad – una medición de qué tan bien el líquido se esparce en la superficie.

Los encuentros básicos también aplican a otros adhesivos sólidos, dice Varanasi – por ejemplo, soldadura adhiriéndose a un circuito, o depósitos de calcita dentro de líneas de plomería – así que los mismos métodos de prueba pueden ser usados para analizar recubrimientos para una amplia variedad de procesos comerciales e industriales.

Richard Camilli, un científico asociado en Física Oceánica Aplicada e Ingeniería en la Institución Oceanográfica Woods Hole quien no estuvo involucrado en este estudio, dice, “La industria de la energía ha estado luchando con problemas de seguridad y garantía de flujo relacionados con la formación de hidratos y bloqueos por casi un siglo”. Añade que el problema se está volviendo más significativo mientras que el taladrado progresa a aguas aún más profundas y dice que el trabajo del equipo de Varanasi “es un gran paso hacia encontrar formas más amigables ambientalmente para prevenir la obstrucción de hidrato en las tuberías”.

El equipo investigador incluyó al postdoctorado del MIT Adam Meuler y al estudiante Harrison Bralower; al profesor de Ingeniería Mecánica Gareth McKinley; al profesor de Ingeniería Química Robert Cohen; y a Silva Subramanian y Rama Venkatesan, dos investigadores de la Compañía Tecnológica Chevron Energy. El trabajo fue patrocinado por el programa Iniciativa de Energía Chevron del MIT y por el consejo Doherty en Utilización Oceánica de Varanasi.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nanopartículas dirigidas muestran éxito en pruebas clínicas

Pequeñas partículas diseñadas para quedarse en células cancerosas logran reducir tumores con dosis más bajas que la quimioterapia tradicional.

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

Nanopartículas terapéuticas dirigidas que se acumulan en tumores mientras que pasan de lado células saludables han mostrado resultados prometedores en una prueba clínica que se está llevando a cabo, de acuerdo a una nueva revista académica.

Las nanopartículas tienen una molécula mensajera que les permite atacar específicamente células cancerosas, y son las primeras de dichas partículas dirigidas en entrar a estudios clínicos humanos. Originalmente desarrolladas por investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y el Hospital Brigham and Women en Boston, las partículas están diseñadas para cargar la droga de quimioterapia docetaxel, usada para tratar cánceres de pulmón, próstata y mama, entre otros.

En el estudio, que aparece en la edición del 4 de abril del diario Science Translational Medicine, los investigadores demuestran la habilidad de las partículas para dirigirse a un receptor encontrado en células cancerosas y acumularse en los sitios de tumores. Las partículas también se mostraron seguras y efectivas: muchos de los tumores de pacientes se encogieron como resultado del tratamiento, aún cuando recibieron dosis más bajas que las usualmente administradas.

“Los resultados clínicos iniciales de regresión de tumores incluso con dosis bajas de la droga validan nuestros descubrimientos pre-clínicos de que nanopartículas dirigidas se acumulan preferencialmente en tumores”, dice Robert Langer, profesor del Departamento de Ingeniería Química del Instituto David H. Koch en el MIT y un autor principal de la revista académica. “Intentos previos de desarrollar nanopartículas dirigidas no se han trasladado exitosamente a estudios clínicos humanos por la dificultad inherente de diseñar y escalar una partícula capaz de dirigirse a tumores, evadiendo el sistema inmune y liberando drogas en una forma controlada”.

La prueba clínica fase 1 fue realizada por investigadores en BIND Biosciences, una compañía cofundada por Langer y Omid Farokhzad en el 2007.

“Este estudio demuestra por primera vez que es posible generar medicinas con propiedades dirigidas y programables que pueden concentrar los efectos terapéuticos directamente en el sitio de la enfermedad, potencialmente revolucionando cómo enfermedades complejas como el cáncer son tratadas”, dice Farokhzad, director del Laboratorio de Nanomedicina y Biomateriales en el hospital Brigham and Women, profesor asociado de anestesia en la Escuela de Medicina de Harvard y un autor principal de la revista académica.

Investigadores en el Instituto del Cáncer Dana-Farber, el Colegio Médico Weill Cornell, Servicios de Investigación Clínica TGen en Phoenix y el Institudo del Cáncer Karmanos en Detroit también estuvieron involucrados en el estudio.

Partículas dirigidas

El laboratorio de Langer comenzó a trabajar en nanopartículas poliméricas a inicios de los 90, desarrollando partículas hechas de materiales biodegradables. A principios de esta década, Langer y Farokhzad comenzaron a colaborar para desarrollar métodos para dirigir activamente las partículas a moléculas encontradas en células cancerosas. Para el 2006, ya habían demostrado que las nanopartículas dirigidas pueden encoger tumores en ratones, pavimentando el camino para el desarrollo eventual y la evaluación de una nanopartícula dirigida llamada BIND-014, que entró en pruebas clínicas en enero del 2011.

Para este estudio, los investigadores recubrieron las nanopartículas con moléculas direccionadoras que reconocen una proteína llamada PSMA (prostate-specific membrane antigen – antígeno membranal específico de la próstata), encontrado abundantemente en la superficie de la mayoría de las células de tumores de la próstata así como muchos otros tipos de tumores.

Uno de los desafíos desarrollando nanoparticulas de entrega de drogas efectivas, dice Langer, las está diseñando para que puedan realizar dos funciones críticas: evadir la respuesta inmunitaria normal del cuerpo y alcanzar sus objetivos deseados.

“Necesitas exactamente la combinación correcta de estas propiedades, por que si no tienen la concentración correcta de moléculas dirigidoras, no alcanzarás las células que quieres, y si no tienen las propiedades sigilosas correctas, serán tomadas por los macrófagos”, dice Langer, también un miembro del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT.

Las nanopartículas BIND-014 tienen tres componentes: uno que carga la droga, uno que apunte al PSMA, y uno que ayude a evadir macrófagos y las demás células inmunológicas. Hace unos pocos años, Langer y Farokhzad desarrollaron una forma de manipular estas propiedades de forma muy precisa, creando grandes colecciones de partículas diversas que podrían ser probadas para la composición ideal.

“Ellos sistemáticamente hicieron un grupo de materiales que variaban en las propiedades que ellos pensaron que importarían, y desarrollaron una manera de monitorearlos. Eso no ha sido hecho en este tipo de entorno antes”, dice Mark Saltzman, un profesor de ingeniería bioquímica en la Universidad de Yale quien no estuvo involucrado en este estudio. “Han tomado el concepto del laboratorio a las pruebas clínicas, lo que es muy impresionante”.

Todas las partículas están hechas de polímeros ya aprobados para uso médico por la Administración de Alimentos y Drogas (FDA – Food and Drug Administration) de los Estados Unidos.

Resultados clínicos

La prueba clínica fase 1 involucró a 17 pacientes con tumores avanzados o metastáticos que ya habían pasado por la quimioterapia tradicional. En pruebas fase 1, investigadores evalúan la seguridad de una droga potencial y estudian sus efectos en el cuerpo. Para determinar las dosis seguras, a los pacientes les fueron dadas dosis escaladas de nanopartículas. Hasta ahora, dosis de BIND-014 han alcanzado la cantidad de docetaxel usualmente dadas sin nanopartículas, sin nuevos efectos secundarios. Los efectos secundarios conocidos del docetaxel también han sido más suaves.

En las 48 horas después del tratamiento, los investigadores encontraron que la concentración de docetaxel en la sangre de los pacientes era 100 veces más alta con las nanopartículas comparadas al docetaxel administrado en su forma convencional. La más alta concentración en la sangre de BIND-014 facilitó el direccionamiento a los tumores resultando en una reducción de los tumores en pacientes, en algunos casos con dosis de BIND-014 que correspondía a un 20 por ciento de la cantidad de docetaxel normalmente dada. Las nanopartículas también fueron efectivas en cánceres en los que el docetaxel usualmente tiene poca actividad, incluyendo el cáncer cervical y el cáncer de los ductos de la bilis.

Los investigadores también encontraron que en animales tratados con la nanopartícula, la concentración de docetaxel en los tumores era hasta diez veces más altas que en animales tratados con inyecciones de docetaxel convencional las primeras 24 horas, y que el tratamiento con nanopartículas resultó en una reducción de tumores mejorada.

La prueba clínica fase 1 sigue llevándose a cabo; BIND Biosciences ahora planea las pruebas fase 2, que investigarán aún más la efectividad del tratamiento en un mayor número de pacientes.

El desarrollo inicial de las partículas en el MIT y en el Hospital Brigham and Women fue patrocinado con fondos del Instituto Nacional del Cáncer, el Instituto Nacional de Obtención de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería, el Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT, la Fundación del Cáncer de Próstata, un regalo de David H. Koch y el Centro del Cáncer de Próstata Dana-Farber de Harvard (SPORE). Desarrollo subsecuente por BIND Biosciences fue patrocinado con fondos del Instituto Nacional del Cáncer, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, y BIND Biosciences. Todos los institutos son de los Estados Unidos.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Traslados del Discovery a partir del pasado 10 de abril

El transbordador Discovery que estaba almacenado temporalmente en el edificio de ensamblaje de vehículos (VAB) del Kennedy space Center (Centro Espacial Kennedy) de la NASA en Florida está a la espera de su viaje a bordo de un cargador de transbordadores de la NASA (SCA- Suttle Carrier Aircraft) 747 modificado al Aeropuerto Internacional de Dulles, en Virginia. NASA SCA-905 se ajustó para llegar a las instalaciones Kennedy Shuttle Landing Facility el día 10 de abril. El Discovery rodará fuera del VAB, el sábado 14 de abril y será levantado y colocado encima de SCA en preparación para el transporte a Dulles. El Discovery se ajustará para salir de Kennedy poco después del amanecer del martes 17 de abril y llegará a la zona de Washington, D.C. Alrededor de las 10 am. El Discovery será trasladado al Smithsonian’s Udvar-Hazy Center cerca de Dulles para su exhibición pública permanente el 19 de abril.

Discovery traslado — La imagen de arriba: el portaaviones transbordador llega a la Pista de Aterrizaje de traslado en el Kennedy Center de la NASA en Florida a las 5:35 pm, hora de prepararse para vuelo ferry del transbordador espacial Discovery a Virginia.Credit : NASA / Frankie Martin

La flota del transbordador espacial de la NASA comenzó a fijar los registros con su primer lanzamiento el 12 de abril de 1981, y continuó para establecer altas calificaciones de rendimiento y resistencia. Comenzando con Columbia y continuando con el Challenger, Discovery, Atlantis y Endeavour, la nave ha llevado a gente a la órbita en repetidas ocasiones, lanzado, recuperado y reparado satélites, ha llevado a cabo investigación de vanguardia y construido la mayor estructura en el espacio, La Estación Espacial Internacional. La última misión del transbordador espacial, STS-135, terminó el 21 de julio de 2011, cuando Atlantis rodó a una parada en su puerto de origen, Kennedy Space Center de la NASA Space, en Florida.

Como primera nave espacial reutilizable de la humanidad, el transbordador espacial empujó los límites del descubrimiento cada vez más lejos, requiriendo no solo de tecnologías avanzadas sino el gran esfuerzo de una inmensa fuerza de trabajo. Miles de funcionarios públicos y contratistas en todos los centros de la NASA y en todo el país han demostrado un compromiso inquebrantable para el éxito de la misión y el objetivo mayor de la exploración espacial.

Más información
http://www.nasa.gov/ (en inglés)

La NASA ve sal nueva en un mar antiguo

Sal en Mar Muerto — Imagen: NASA / Landsat

La expansión de los proyectos masivos de evaporación de sal en el Mar Muerto son claramente visibles en esta serie cronológica de imágenes tomadas por satélites Landsat y operados por la NASA y el Servicio Geológico de Estados Unidos.

El Mar Muerto se llama así porque su salinidad natural desalienta el crecimiento de los peces, plantas y otros animales salvajes. El mar existe, porque la Tierra se ha estado hundiendo desde hace milenios debido a los continentes de África y Asia que se separan el uno del otro. Esta depresión vuelve al lago la superficie más baja de la tierra a alrededor de 400 metros bajo el nivel del mar. En un día de verano caliente y seco, la superficie del Mar Muerto puede descender tanto como una pulgada (dos o tres centímetros) debido a la evaporación.

El mar ha atraído a visitantes desde hace miles de años. Entre 1947 y 1956, una serie de 972 textos antiguos fueron descubiertos en cavernas cercanas a la costa noreste del mar. Estos rollos del Mar Muerto fueron escritos en papiro y papel, y contienen detalles de la biblia Hebrea y otros documentos bíblicos.

Los antiguos Egipcios también utilizaron las sales del Mar Muerto para la momificación, los fertilizantes y la potasa (una sal a base de potasio). En la era moderna, el cloruro de sodio y sales de potasio sacados del mar se utilizan también en parte para el acondicionamiento de agua, deshielo de carreteras y por la industria química para la fabricación de plásticos de cloruro de polivinilo (PVC).

El Landsat 1 se lanzó en 1972 y proporcionó datos científicos hasta 1978. En 1982 la NASA lanzó el Landsat 4, que funcionó por 11 años hasta 1993. El Landsat 7 está todavía en marcha y funcionando; fue lanzado en 1999. Los datos desde éste y otros satélites Landsat han sido fundamentales en el aumento de nuestra comprensión de la salud de los bosques, daños por tormentas, tendencias de la agricultura, crecimiento urbano y muchos otros cambios en curso en nuestra tierra.

La NASA y el Departamento del interior de los Estados Unidos a través del Servicio Geológico de EE.UU. (USGS) gestionan de manera conjunta Landsat, y el USGS conservan un archivo de 40 años de imágenes de Landsat que son datos disponibles gratuitamente a través de internet. El próximo satélite Landsat, ahora conocido como la misión de continuidad de datos Landsat (LDCM) y más tarde será llamado Landsat 8, está programado para su lanzamiento en enero de 2013.

Imagen Landsat — Imagen: NASA / Landsat / K. Lewis

Fuente
http://www.nasa.gov/ (en inglés)