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Bloquear enzima HDAC2 podría revertir síntomas de Alzheimer y restaurar memoria

Revirtiendo el bloqueo de genes del Alzheimer puede restaurar la memoria y otras funciones cognitivas, según los neurocientíficos la enzima HDAC2 podría ser un buen objetivo para nuevas drogas.

Anne Trafton, MIT News Office Original (en inglés)

Neurocientíficos del MIT (Massachusetts Institute of technology – Instituto de Tecnología de Massachusetts) mostraron que una enzima sobreproducida en los cerebros de los pacientes de Alzheimer crea un bloqueo que apaga genes necesarios para formar nuevas memorias. Además, al inhibir esa enzima en ratones, los investigadores pudieron revertir los síntomas del Alzheimer.

El descubrimiento sugiere que drogas que tengan como objetivo la enzima, conocida como HDAC2, podrían ser un nuevo acercamiento prometedor para tratar la enfermedad, que afecta a 5.4 millones de estadounidenses. El número de víctimas de Alzheimer a nivel mundial se espera que se duplique cada 20 años, y recientemente el presidente Barack Obama programó una fecha límite del 2025 para encontrar un tratamiento efectivo.

Li-Huei Tsai, líder del equipo investigador, dice que los inhibidores de HDAC2 podrían ayudar a alcanzar esa meta, aunque probablemente tomaría al menos 10 años desarrollar y probar dichas drogas.

“Yo realmente avocaría fuertemente por un programa activo para desarrollar agentes que puedan contener la actividad del HDAC2”, dice Tsai, directora del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en el MIT. “La enfermedad es tan devastadora y afecta a tanta gente que animaría a más gente a pensar sobre esto”.

Tsai y sus colegas reportan los descubrimientos en la edición en línea del 29 de Febrero de Nature. El autor líder de la revista académica es Johannes Gräff, un postdoctorado en el Instituto Picower.

Modificación genómica

Las histona deacetilasa (HDAC) son una familia de 11 enzimas que controlan la regulación de genes al modificar histonas – proteínas alrededor de las cuales el ADN es puesto en colas, formando una estructura llamada cromatina. Cuando las HDACs alteran una histona a través de un proceso llamado deacetilación, la cromatina se vuelve más densamente empacada, provocando que los genes en la región tengan menos probabilidades de ser expresadas.

Los inhibidores pueden revertir este efecto, abriendo el ADN y permitiendo que sea transcrito.

En estudios previos, Tsai había mostrado que HDAC2 es un regulador clave de aprendizaje y memoria. En el nuevo estudio, su equipo descubrió que inhibiendo HDAC2 puede revertir los síntomas de Alzheimer en ratones.

Los investigadores encontraron que en ratones con síntomas de Alzheimer, la HDAC2 (pero no los otros HDACs) es muy abundante en el hipocampo, donde se forman las nuevas memorias. HDAC2 era comúnmente encontrada pegada a los genes involucrados en la plasticidad sináptica – la habilidad del cerebro de fortalecer y debilitar conexiones entre neuronas en respuesta a nueva información, lo cual es crítico para formar memorias. En los ratones afectados, esos genes también tenían niveles mucho más bajos de acetilación y expresión.

“No es solo uno o dos genes, es un grupo de genes que trabajan juntos para concertar la diferentes fases de la formación de memorias”, dice Tsai. “Con semejante bloqueo, el cerebro realmente pierde la habilidad de responder rápidamente a la estimulación. Puedes imaginarte que esto creó un enorme problema en términos de la función de aprendizaje y memoria, y quizá otras funciones cognitivas.

Los investigadores entonces apagaron HDAC2 en el hipocampo de ratones con síntomas de Alzheimer, utilizando una molécula llamada “short hairpin RNA” (shRNA), que fue diseñado para unirse al mensajero RNA (Ácido Ribonucleico) – la molécula que carga las instrucciones genéticas del ADN al resto de la célula.

Con la actividad del HDAC2 reducida, la histona deacetilasa regresó, permitiendo que los genes requeridos para la plasticidad sináptica y otros procesos de aprendizaje y memoria sean expresados. En ratones tratados, la densidad sináptica fue enormemente incrementada y el ratón recuperó funciones cognitivas normales.

“Este resultado realmente promueve la noción de que si hay algún agente que pueda selectivamente reducir HDAC2, verá muy benéfico”, dijo Tsai.

Los investigadores también analizaron cerebros de pacientes de Alzheimer que murieron y encontraron niveles elevados de HDAC2 en el hipocampo y la corteza entorrinal, los cuales juegan papeles importantes en el almacenamiento de memoria.

“Lo que es realmente valioso es que [Tsai] identificó que HDAC está involucrada, así como un camino delineado sobre como puede llevar a la memoria afectada. Es un estudio realmente completo y bien ejecutado”, dijo Brett Langley, director de epigenética neuronal en el Centro de Rehabilitación Burke y profesor asistente de neurología en la Escuela Médica Weill Cornell, quien no estuvo involucrado en esta investigación.

Revirtiendo el bloqueo

El descubrimiento puede explicar por que las drogas que limpian las proteínas beta-amiloide de los cerebros de pacientes con Alzheimer solo han ofrecido mejoras modestas, o ninguna, en pruebas clínicas, dice Tsai.

Se sabe que las proteínas beta-amyloide se agrupan en los cerebros de los pacientes de Alzheimer, interfiriendo con un tipo de receptor celular necesitado para plasticidad sináptica. El nuevo estudio muestra que la beta-amiloide también estimula la producción de HDAC2, posiblemente iniciando el bloqueo del aprendizaje y los genes de la memoria.

“Pensamos que una vez que este bloqueo epigenético de expresiones de genes está acomodado, limpiar la beta-amiloide podría no ser suficiente para restaurar la configuración activa de cromatina”, dice Tsai.

El atractivo de los inhibidores de HDAC2, dice Tsai, es que podrían revertir los síntomas incluso después de que el bloqueo está bien establecido. Sin embargo, se requiere de mucho más desarrollo de drogas antes de que dicho compuesto pueda entrar a la fase de pruebas clínicas. “Es realmente difícil de predecir”, dice Tsai. “Pruebas clínicas probablemente están a cinco años de distancia. Y si todo va bien, convertirse en una droga aprobada probablemente tomaría al menos 10 años”.

Algunos inhibidores de HDAC, no específicos al HDAC2, han sido probados en pruebas clínicas como drogas para el cáncer. Sin embargo, para tratar el Alzheimer se requiere de un acercamiento más selectivo, dice Tsai. “Quieres algo tan selectivo como sea posible, y tan seguro como sea posible”, dijo ella.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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

Midiendo el flujo sanguíneo para monitorear la anemia falciforme

Una nueva tecnología podría ayudarle a los doctores a predecir cuándo los pacientes están en riesgo de complicaciones serias.

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

Hace más de 60 años, los científicos descubrieron la causa subyacente de la anemia falciforme: La gente con la enfermedad producía células rojas con forma de hoz o media luna que obstruyen las capilaridades en lugar de fluir suavemente, como lo hacen las células rojas ordinarias con forma de disco. Esto puede causar un dolor severo, daño a otros órganos y un tiempo de vida significativamente más corto.

Los investigadores descubrieron después que la enfermedad resulta de una mutación en la proteína de la hemoglobina, y se dieron cuenta de que la forma de hoz – vista más comúnmente en las personas de climas tropicales – es en realidad una adaptación evolutiva que puede ayudar a proteger de la malaria.

Sin embargo, a pesar de todo lo que los científicos han aprendido sobre la enfermedad, que afecta a 13 millones de personas en el mundo, hay pocos tratamientos disponibles. “Aún no tenemos terapias lo suficientemente efectivas y no tenemos un buen conocimiento de como se manifiesta la enfermedad de manera diferente en diferentes personas”, dice Sangeeta Bhatia, Profesora de Ciencias de la Salud de John y Dorothy Wilson e Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional en el MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Bhatia, el postdoctorado del MIT David Wood, y colegas en la Universidad de Harvard, el Hospital General de Massachusetts (MGH) y el Hospital Brigham and Women han diseñado una simple prueba sanguínea para predecir si los pacientes de anemia falciforme tienen un alto riesgo de dolorosas complicaciones de la enfermedad. Para llevar a cabo la prueba, los investigadores miden que tan bien las muestras de sangre fluyen a través de un dispositivo microfluídico.

El dispositivo, descrito el primero de marzo en el diario “Science Translational Medicine”, podría ayudar a los doctores a monitorear a los pacientes de anemia falciforme y determinar el mejor curso de tratamiento, dice Bhatia. También podría ayudar a los investigadores a desarrollar nuevas drogas para la enfermedad.

Monitoreando el flujo sanguíneo

Los pacientes de anemia falciforme comúnmente sufren de anemia por que sus glóbulos rojos anormales no duran mucho en circulación. Sin embargo, la mayoría de los síntomas asociados con la enfermedad son causados por las crisis vaso-oclusivas que ocurren cuando los glóbulos con forma de hoz, que son más duros y más pegajosos que los glóbulos rojos normales, obstruyen los vasos sanguíneos y bloquean el flujo sanguíneo, esto puede causar isquemia (sufrimiento celular que puede incluso llegar a causar la muerte de células y tejidos conocida como necrosis, ya que las células no reciben el suficiente oxígeno ni nutrientes). La frecuencia y severidad de estas crisis varía ampliamente entre pacientes, y no hay manera de predecir cuando ocurrirán.

“Cuando un paciente tiene un colesterol alto, puedes monitorear su riesgo de enfermedades cardíacas y la respuesta a la terapia con una prueba sanguínea. Con la anemia falciforme, a pesar de que los pacientes tienen los mismos cambios genéticos subyacentes, algunos sufren tremendamente mientras que otros no – y todavía no tenemos una prueba que pueda guiar a los médicos en tomar decisiones terapéuticas”, dijo Bhatia.

En el 2007, Bhatia y L. Mahadevan, un profesor de Harvard de matemáticas aplicadas que estudia fenómenos naturales y biológicos, comenzaron a trabajar juntos para entender como las células con forma de hoz se mueven a través de las capilaridades. En el estudio actual, los investigadores recrearon las condiciones que pueden crear una crisis vaso-oclusiva: Dirigieron la sangre a través de un microcanal y redujeron su concentración de oxígeno, lo que provoca que los glóbulos con forma de hoz se atasquen y bloqueen el flujo sanguíneo.

Para cada muestra de sangre, midieron que tan rápidamente dejaría de fluir después de ser deoxigenada. John Higgins de MGH y la Escuela Médica de Harvard, un autor de la revista académica, comparó las muestras de sangre tomadas de glóbulos con forma de hoz de pacientes que habían o no habían hecho un viaje de emergencia al hospital o que recibieron transfusiones sanguíneas en los 12 meses anteriores, y encontró que la sangre de los pacientes con una forma menos severa de la enfermedad no se alentaron tan rápidamente como aquellas de los pacientes más severamente afectados.

Ninguna otra medida existente de propiedades sanguíneas – incluyendo concentración de glóbulos rojos, fracción de hemoglobina alterada o conteo de glóbulos blancos – puede hacer este tipo de predicción, dice Bhatia. El descubrimiento remarca la importancia de mirar la vaso-oclusión como el resultado de la interacción de muchos factores, más que una simple medida molecular, dijo ella.

Para mostrar que este dispositivo podría ser útil para el desarrollo de drogas, los investigadores también probaron una droga potencial para la anemia falciforme llamada 5-hidroximetilfurfural (HMF), que mejora la habilidad de la hemoglobina de unirse al oxígeno. Agregando la droga a la sangre, encontraron que mejoró dramáticamente cómo fluía a través del dispositivo.

Franklin Bunn, director de investigación hematológica en el hospital Brigham and Women, quien no fue parte de este estudio, dice que el dispositivo podría resultar muy útil para el desarrollo de drogas. “Provee una manera objetiva de evaluar las nuevas drogas que espero que continúen siendo desarrolladas para inhibir la deformación de glóbulos rojo”, dijo Bunn.

Los investigadores han aplicado por una patente en la tecnología y ahora están trabajando en desarrollarla como una herramienta de diagnóstico e investigación.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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

Lanzan al mercado Raspberry Pi con Linux de USD$25

Anteriormente se habló del proyecto Raspberry Pi, una computadora del tamaño de una tarjeta de crédito con un costo de 25 dólares. Según Timothy Lord líder de Eben Upton, ya salió al mercado y ya tienen distribuidores en los Estados Unidos y en otros países. En lugar de comprar un lote de placas, vendiéndolos antes de ordenar otros lotes, los nuevos acuerdos de distribución dan como resultado que puedan mantener un flujo constante de entradas y salidas, los donadores del proyecto están un poco decepcionados por no poder obtener su PI(s) de inmediato.

Las Raspberry Pi, además de poderse conectar a la televisión o a un monitor de computadora con entrada HDMI, pueden utilizarse en varias aplicaciones como una computadora normal, reproduce videos en alta definición, tiene un procesador ARM, puerto USB, entrada para audífonos de 3.5, además de soportar Linux, entre otros sistemas operativos.

Más información
http://hardware.slashdot.org/ (en inglés)

Flujos ultra-rápidos ayudan a monstruosos agujeros negros a dar forma a sus galaxias

Una correlación curiosa entre la masa del agujero negro central de una galaxia y la velocidad de las estrellas en una gran estructura más o menos esférica conocida como su bulto ha desconcertado a los astrónomos por años. Un equipo internacional dirigido por Francesco Tombesi del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, ahora han identificado un nuevo tipo de agujero negro impulsado por flujo de salida que parece ser a la vez lo suficientemente poderoso y lo suficientemente común para explicar este vínculo.

La mayoría de las galaxias grandes contienen un agujero negro central pesando millones de veces la masa del sol, pero las galaxias que hospedan más agujeros negros masivos también poseen abultamientos que contienen, en promedio, estrellas que se desplazan rápido. Este vínculo sugiere algún tipo de mecanismo de retroalimentación entre un agujero negro de una galaxia y su proceso de formación estelar. Sin embargo todavía no había una explicación adecuada de como es que la actividad de un agujero negro monstruoso, que afecta en gran medida una región varias veces mayor que nuestro sistema solar, podría influir el bulto de una galaxia, que abarca regiones de aproximadamente un millón de veces más grandes.

“Esto fue un verdadero acertijo. Todo apuntaba a un agujero negro supermasivo de alguna manera conduciendo esta conexión, pero sólo ahora estamos empezando a entender como lo hacen”, dijo Tombesi.

Los agujeros negros activos adquieren su poder de forma gradual acumulando – o “alimentandose” de – gas a millones de grados almacenado en un vasto disco circundante. Este disco caliente se encuentra dentro de una corona de partículas energéticas, y mientras ambos son fuertes fuentes de rayos X, esta emisión no puede explicar todas las propiedades de la galaxia. Cerca el borde interior del disco, una fracción de esta materia orbitando un agujero negro a menudo se redirige en un chorro de partículas hacia el exterior. A pesar de que estos chorros pueden lanzar la materia a la mitad de la velocidad de la luz, simulaciones de computadora muestran que permanecen estrechas y depositan la mayor parte de su energía lejos de regiones de la formación estelar de la galaxia.

Los astrónomos sospechaban que se estaban perdiendo de algo. Durante la última década, la evidencia de un nuevo tipo de agujero negro impulsado por flujo ha surgido. En los centros de algunas galaxias activas, observaciones de rayos X de longitudes de onda correspondientes a los de hierro fluorescente muestran que esta radiación está siendo absorbida. Esto significa que nubes de gas enfriador deben estar enfrente de la fuente de rayos X. Es más, estas líneas espectrales de absorción son desplazadas de sus posiciones normales de menor longitud de onda – es decir, desplazadas al azul, lo que indica que las nubes se están moviendo hacia nosotros.

En dos estudios publicados anteriormente, Tombesi y sus colegas demostraron que estas nubes representan un tipo distinto de flujo. En el estudio más reciente, que aparece en la edición del 27 de febrero de la Monthly Notices de la Royal Astronomical Society, los investigadores apuntaron a 42 galaxias activas cercanas con el satélite Newton XMM de la Agencia Espacial Europea para afinar la ubicación y las propiedades de los llamados “flujos ultra rápidas” – o los UFOs para más corto (por sus siglas en inglés de “ultra-fast outflows”). Las galaxias, que fueron seleccionadas del Catálogo All-Sky Survey producido por el satélite Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA, fueron todas localizadas a menos de 1.3 miles de millones de años luz de distancia.

Los flujos de salida se presentaron en 40 por ciento de la muestra, lo que sugiere que son características comunes de galaxias impulsadas por agujeros negros. En promedio, la distancia entre las nubes y el centro del agujero negro es inferior a una décima parte de un año luz. Su velocidad promedio es casi del 14 por ciento de la velocidad de la luz, o casi 151 millones de kilómetros por hora, y el equipo estima que la cantidad de materia requerida para mantener la salida está cerca de una masa solar por año – comparable a la tasa de acumulación de estos agujeros negros.

“Aunque más lentos que los chorros de partículas, los UFOs tienen velocidades mucho más rápidas que otros tipos de flujos de salida galácticos, que los hacen mucho más poderosos”, Explicó Tombesi.

“Tienen el potencial para jugar un mayor papel en transmitir efectos de retroalimentación desde un agujero negro en la galaxia en general”.

Al eliminar masa que de otra manera caería en un agujero negro supermasivo, flujos ultra-rápidos de salida pueden poner frenos en su crecimiento. Al mismo tiempo, los UFOs pueden retirar
el gas de regiones de formación estelar en el bulto de la galaxia, alentando o incluso apagando la formación de estrellas al barrer las nubes de gas que representan el material bruto para estrellas nuevas. Tal escenario naturalmente explicaría la conexión observada entre el agujero negro de una galaxia activa y sus estrellas del bulto.

Tombesi y su equipo anticipó una mejora significativa en el entendimiento del papel de los flujos de salida ultra-rápidos con el lanzamiento del telescopio de rayos X Astro-H liderado por Japón, en la actualidad programado para el 2014. Mientras tanto, tiene la intención de enfocarse en la determinación de los mecanismos físicos detallados que dan lugar a los UFOs, un elemento importante en la comprensión del cuadro más grande de cómo se forman, desarrollan y crecen las galaxias activas.

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

Fundador de MegaUpload derrota los intentos de regresarlo a prisión

Después de que le fue concedida la libertad bajo fianza la semana pasada, Kim Dotcom fue a casa para pasar tiempo con su familia. El fundador de MegaUpload estuvo en prisión por poco más de un mes después de su arresto en Enero. Molesto por la decisión de conceder libertad a Dotcom, el gobierno de Estados Unidos argumentó ayer en una audiencia de apelación que debería volver a encarcelarse. Hoy fallaron en su intento y Dotcom sigue siendo un hombre libre – al menos por ahora.

El 22 de Febrero, el fundador de MegaUpload Kim Dotcom fue liberado bajo fianza por el Juez Nevin Dawson de la Corte del Distrito de la Costa Norte, en Nueva Zelanda.

Dotcom estuvo bajo custodia desde que un escuadrón de la policía anti-terrorista allanó su mansión de Coatesville en Enero siguiendo una prolongada investigación del FBI.

La fiscalía, actuando en representación del gobierno de los Estados Unidos, argumentó que Dotcom tenía escondidos recursos que le permitirían salir del país si se le otorgaba fianza. Aunque se descubrieron cuatro cuentas bancarias adicionales en las Filipinas, todas estaban vacías, y el juez concluyó que no había evidencia de fondos significativos en otro lugar.

Como resultado el fundador de MegaUpload fue liberado de prisión, libre de continuar la pelea contra las autoridades de los Estados Unidos que lo quieren extraditado para enfrentar cargos de malversación, infracción de derechos de autor y lavado de dinero.

Cuando TorrentFreak habló con Dotcom ayer estaba con el espíritu levantado pero la Corona, actuando en representación del gobierno de Estados Unidos, ya había apelado la decisión de liberar al fundador de MegaUpload.

El fiscal de la Corona Anne Toohey le dijo ayer a la corte que desde la liberación de Dotcom la semana pasada dos cuentas bancarias más habían sido descubiertas – una en las Filipinas y otra en las Islas Vírgenes Británicas – conteniendo USD$2000.

Ella dijo que esto, junto con los reclamos de que Dotcom podría tener acceso a documentos de viaje falsificado, era suficiente para tener al hombre de 38 años de regreso en prisión.

Representando a Dotcom, Paul Davison QC argumentó que no tenía sentido que su cliente tratara de salir del país, en especial por que su esposa Mona dará a luz a gemelos próximamente.

Hoy el juez Tim Brewer estuvo de acuerdo, negando la apelación del fiscal y permitiendo que Dotcom continue como un hombre libre con una apelación de extradición pendiente en Agosto.

También hoy en la corte, Dotcom y se esposa pidieron acceso a alrededor de USD$185,130 para cubrir sus gastos de vida incluyendo la renta de su mansión, guardas de seguridad y demás trabajadores de su casa. La cantidad también cubriría los sustanciales costos del teléfono mientras Dotcom prepara su defensa, su combustible y la tutoría de los hijos de Dotcom.

Previamente, la juez Judith Potter accedió a liberar USD$62,040 de una de las cuentas bancarias decomisadas de Dotcom para pagar a quienes se les debía tras el cierre de sus compañías.

También emergió que las autoridades de los Estados Unidos están investigando ahora a Mona Dotcom bajo sospecha de estar involucrada en MegaUpload.

Fuente
https://torrentfreak.com/ (en inglés)

Cargos contra Assange redactados en secreto en Estados Unidos

Fiscales de los Estados Unidos redactaron cargos en secreto contra el fundador de Wikileaks Julian Assange desde hace más de un año, de acuerdo a un correo interno obtenido de la compañía de seguridad estadounidense Stratfor.

En el correo, enviado a los analistas de inteligencia de Stratfor el 26 de enero del año pasado, el vicepresidente de inteligencia de la compañía, Fred Burton, respondió a un reporte de los medios referente a investigaciones de los Estados Unidos contra Wikileaks. Escribió: “Tenemos una acusación sellada contra Assange”.

El lunes, Wikileaks comenzó la liberación de más de 5 millones de correos filtrados de Stratfor, una compañía de inteligencia basada en Austin, Texas que provee inteligencia y análisis a suscriptores corporativos y gubernamentales. Los correos muestran “cómo trabaja una agencia privada de inteligencia, y como apuntan a individuos para sus clientes corporativos y gubernamentales”.

La noticia de que fiscales de Estados Unidos hicieron una acusación en secreto contra Assange hace más de 12 meses, aparece mientras el fundador de Wikileaks espera una decisión de la Corte Suprema Británica sobre su apelación contra la extradición a Suecia, para ser cuestionado sobre acusaciones de asalto sexual. Aunque Assange no ha sido realmente acusado de ninguna ofensa en Suecia, teme que la extradición a Estocolmo abra las puertas para su extradición a los Estados Unidos bajo cargos de espionaje o cargos de conspiración relacionados con la publicación de reportes clasificados filtrados de los Estados Unidos.

Más información
http://www.theage.com.au/ (en inglés)

Hiperactividad en el cerebro podría explicar múltiples síntomas de depresión

La mayoría de nosotros sabemos lo que significa cuando se dice que alguien está deprimido. Pero comúnmente, la verdadera depresión clínica trae con ella otros síntomas. Estos pueden incluir ansiedad, pobre atención y concentración, problemas con la memoria y perturbaciones del sueño.

Tradicionalmente, los investigadores de la depresión han buscado identificar las áreas individuales del cerebro responsables por causar estos síntomas. Pero la combinación de muchos síntomas sugiere a investigadores de UCLA (University of California – Los Angeles) que los múltiples síntomas de la depresión podrían estar vinculados a un mal funcionamiento que involucra las redes del cerebro – las conexiones que vinculan las diferentes regiones cerebrales.

Ahora, por vez primera, estos investigadores de UCLA han mostrado que la gente con depresión tienen un mayor número de conexiones entre la mayoría de las áreas del cerebro. Es decir, sus cerebros están hiperconectados. El reporte, publicado esta semana en el diario en línea PLoS One (Public Library of Science), arroja nueva luz en las disfunciones del cerebro que causan la depresión y su amplio número de síntomas.

“El cerebro debe ser capaz de regular sus conexiones para funcionar apropiadamente,” dijo el primer autor del estudio, el doctor Andrew Leuchter, un profesor de psiquiatría en el Instituto Semel para Neurociencia y Comportamiento Humano en UCLA. “El cerebro debe ser capaz de primero sincronizar y después desincronizar, diferentes áreas para poder reaccionar, regular el estado de ánimo, aprender y resolver problemas”.

El cerebro deprimido, dice Leuchter, mantiene su habilidad de formar conexiones funcionales pero pierde la habilidad de apagar estas conexiones.

“Esta inhabilidad de controlar como trabajan juntas las áreas del cerebro puede ayudar a explicar algunos de los síntomas en la depresión”, dijo.

En el estudio, el más grande de su tipo, los investigadores estudiaron las conexiones funcionales del cerebro en 121 adultos diagnosticados con desorden depresivo mayor, o MDD (Major Depressive Disorder). Midieron la sincronización de señales eléctricas del cerebro – ondas cerebrales – para estudiar redes entre las diferentes regiones del cerebro.

Mientras algunos estudios previos habían dado pistas de patrones anormales de conexión en MDD, el equipo de UCLA usó un nuevo método llamado “análisis pesado de redes” (weighted network analysis) para examinar las conexiones cerebrales globales. Encontraron que los sujetos deprimidos mostraron sincronización incrementada a través de todas las frecuencias de actividad eléctrica, indicando una disfunción en muchas diferentes redes cerebrales.

Ritmos cerebrales en algunas de estas redes regulan la liberación de serotonina y otros químicos cerebrales que ayudan con el control del estado de ánimo, dijo Leuchter, quien también es director del Laboratorio del Cerebro, Comportamiento y Farmacobiología de UCLA y preside en el Senado Académico de UCLA.

“El area del cerebro que mostró el mayor grado de conexiones anormales fue la corteza prefrontal, que está muy involucrada en regular el estado de ánimo y en resolver problemas”, dijo. “Cuando los sistemas cerebrales pierden su flexibilidad en controlar conexiones, podrían no ser capaces de adaptarse al cambio”.

“Entonces una pregunta importante es, ¿hasta que extensión llevan los ritmos anormales a la química anormal del cerebro que vemos en la depresión? Hemos sabido por algo de tiempo que las medicaciones antidepresivos alteran los ritmos eléctricos del cerebro al tiempo que los niveles de químicos cerebrales como la serotonina están cambiando. Es posible que un efecto primario del tratamiento antidepresivo sea “reparar” las conexiones eléctricas y que esa normalización de la conectividad cerebral sea un paso clave en la recuperación de la depresión. Ese será el siguiente paso en nuestra investigación”.

Otros autores del estudio incluyen al doctor Ian A. Cook, Aimee M. Hunter, Chaochao Cai y Steve Horvath, todos de UCLA. Fondos para el estudio fueron provistos por Institutos Nacionales de Salud, Laboratorios de Investigación Lilly y Pfizer Pharmaceuticals.

Fuente
University of California – Los Angeles (en inglés, los materiales pueden ser editados en contenido y longitud. Para más información, favor de contactar la fuente citada)

Pequeños chips tridimensionales

Tiny chip 3d — Imagen: Maggie Bartlett, NHGRI

Investigadores del MIT ( Massachusetts Institute of Technolagy – Instituto Tecnológico de Massachusetts) desarrollan un nuevo acercamiento para producir microchips tridimensionales.

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

Sistemas microelectromecánicos, or MEMS (Microelectromechanical systems), son pequeños dispositivos con un enorme potencial. Típicamente hechos de componentes de menos de 100 micrones en tamaño – el diámetro de un cabello humano – han sido usados como sensores biológicos, acelerómetros, giroscopios y actuadores.

En su mayoría, los dispositivos MEMS existentes son bidimensionales, con elementos funcionales hechos sobre la superficie del chip. Se pensaba que operar en tres dimensiones – por ejemplo, para detectar aceleración – requeriría complejos sistemas de manufactura y la costosa fusión de múltiples dispositivos en orientaciones precisas.

Ahora investigadores del MIT han llegado con un nuevo acercamiento al diseño de los MEMS que permite a los ingenieros desarrollar configuraciones tridimensionales, usando procesos existentes de fabricación; con este acercamiento, los investigadores construyeron un dispositivo MEMS que permite sensores tridimensionales en un solo chip. El dispositivo de silicón, no mucho más grande que un centavo estadounidense (un centavo estadounidense tiene un díámetro de 19.05 mm x 1.55 mm), contiene elementos microscópicos con un tamaño cercano al de los glóbulos rojos de la sangre que pueden ser diseñados para alcanzar alturas de cientos de micrones sobre la superficie del chip.

Fabio Fachin, un Postdoctorado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, dice que el dispositivo podría ser equipado con sensores, puestos sobre y bajo los minúsculos puentes del chip, para detectar fenómenos tridimensionales como aceleración. Acelerómetros tan compactos podrían ser útiles en diversas aplicaciones, incluyendo navegación espacial autónoma, donde una resolución extremadamente precisa de campos de aceleración tridimensionales es la clave.

“Uno de los factores principales que impulsan la industria actual de MEMS es el tratar de hacer dispositivos completamente tridimensionales en un solo chip, lo cual no solo permitiría una real sensación y actuación tridimensional, sino también significaría beneficios en el costo”, dijo Fachin. “Un acelerómetro MEMS podría darte [mediciones de] aceleración muy precisas con una huella muy pequeña, lo cual es crítico en el espacio”.

Fachin colaboró con Brian Wardle, un profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT, y Stefan Nickles, un ingeniero de diseño en MEMSIC y Andover, Mass., compañía que desarrolla tecnología de sensores inalámbricos. El equipo mostró lo principios detrás de su acercamiento tridimensional en una revista académica aceptada para publicación en el Diario de Sistemas Microelectromecánicos.

Moviéndose a lo tridimensional

Mientras que la mayoría de los dispositivos MEMS son bidimensionales, ha habido esfuerzos para mover el campo a la tercera dimensión, particularmente para dispositivos hechos de polímeros. Científicos han utilizado litografía para fabricar intricadas estructuras tridimensionales de polímeros, que han sido usadas como pequeños engranes, dientes y micro-turbinas. Sin embargo, dice Fachin, los polímeros no cuentan con la rigidez y fuerza requerida para algunas aplicaciones, y pueden deformarse a altas temperaturas – características que son menos que ideales en aplicaciones como actuadores y absorbedores de choque.

En contraste, materiales como el silicio son relativamente durables y resistentes a la temperatura. Pero, dice Fachin, fabricar dispositivos tridimensionales en silicio es difícil. Ingenieros de MEMS usan una técnica común llamada grabado iónico reactivo profundo para hacer parcialmente estructuras tridimensionales, en las que elementos bidimensionales son grabados en una oblea. Sin embargo, la técnica no permite configuraciones tridimensionales completas, donde las estructuras se elevan más allá de la superficie del chip.

Micro-pilar de Silicio fabricado con el proceso Bosch

Para hacer dichos dispositivos, los ingenieros fabrican pequeños puentes bidimensionales, o voladizos, en la superficie de un chip. Después de que el chip es producido, aplican una pequeña cantidad de fuerza para arquear el puente en una configuración tridimensional. Este último paso, dice Fachin, requiere de gran precisión.

Estrés interno

En vez de esto, el equipo del MIT encontró una forma de crear elementos tridimensionales MEMS sin este último empujón. El grupo basó su aproximación en el estrés residual: En cualquier estructura de puente, no importa su tamaño, existe estrés que queda en un material aún después de que la fuerza original necesaria para producirlo – como el calor o la fuerza mecánica de un proceso de fabricación – ha desaparecido. Dicho estrés puede ser lo suficientemente fuerte para deformar un material, dependiendo de sus dimensiones.

Fachin y sus colegas estudiaron trabajos previos en configuraciones de microhaces y desarrollaron ecuaciones para representar la relación entre la flexibilidad, geometría y el estrés residual de un filme delgado de material. Entonces el grupo conectó la altura deseada de su puente en la ecuación, y obtuvo la cantidad de estrés residual requerida para abrochar o doblar la estructura en la forma deseada. Fachin dice que otros investigadores pueden usar las ecuaciones del grupo como una herramienta analítica para diseñar otros dispositivos tridimensionales usando procesos existentes de fabricación.

“Esto ofrece una forma muy económica para estructuras tridimensionales”, dijo Y.K. Yoon, un profesor asociado de ingeniería eléctrica y computacional en la Universidad de Florida que no tomó parte en la investigación. “Debido a que el proceso está basado en un sustrato de silicio, y es compatible con los procesos estándares de “complementary metal oxide semiconductor” (CMOS – semiconductor de óxido metálico complementario), también ofrecerá un camino a procesos inteligentes CMOS-MEMS, con buena manufacturabilidad”.

El grupo usó su herramienta analítica para diseñar pequeños dispositivos tridimensionales fuera de estructuras de silicio compuestas, con cada chip conteniendo microhaces altamente curvados o abrochados. Los sensores de Fachin, colocados encima de cada puente y en la superficie del chip, pueden triangular para medir la aceleración.

“Para otras aplicaciones donde quieras llegar a tamaños mucho más grandes, podrías elegir un material que tiene un estrés residual más grande, y eso podría causar que el haz se abroche más,” dijo Fachin. “La flexibilidad de la herramienta es importante”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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

Una ventana climática en el Océano Antártico

Un modelo de circulación actualizado revela que el Océano Antártico tiene una poderosa influencia en el cambio climático.

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

Los océanos del mundo actúan como una cinta transportadora masiva, circulando calor, agua y carbono alrededor del planeta. Este sistema global juega un papel principal en el cambio climático, almacenando y liberando calor a través del mundo. Para estudiar como afectan estos sistemas el cambio climático, científicos se han enfocado principalmente en el Atlántico norte, una cuenca enorme donde el agua se hunde, enterrando carbón y calor en las profundidades interiores del Océano.

Pero lo que baja debe subir, y ha sido un misterio dónde y cómo, circulan las aguas profundas de vuelta a la superficie. Llenar esta pieza faltante de la circulación, y desarrollar teorías y modelos que la capturen, podría ayudarle a los investigadores a entender y predecir el papel del océano en el clima y el cambio climático.

Recientemente, científicos encontraron evidencia de que la pieza faltante podría encontrarse en el Océano Antártico – la vasta cinta de agua que rodea la Antártica. El Océano Antártico, de acuerdo a observaciones y modelos, es un sitio donde fuertes vientos que soplan junto con la Corriente Circumpolar Antártica dragan aguas desde las profundidades.

“Hay mucho carbono y calor en el océano interior”, dijo John Marshall, el Profesor de Oceanografía del Cecil e Ida Green en el MIT. “El Océano Antártico es la ventana por la cual el interior del océano se conecta a la atmósfera encima”.

Marshall y Kevin Speer, un profesor de oceanografía física en la Universidad Estatal de Florida, han publicado una revista académica en “Nature Geoscience” en la que revisan trabajo pasado, examinan la influencia del Océano Antártico en el clima, y dibujan un nuevo esquema para la circulación del océano.

Una banda transportadora revisada

Por décadas, un modelo de “banda transportadora” (circulación termohalina o CTH), desarrollado por el paleoclimatólogo Wallace Broecker, ha servido como un simple dibujo de la circulación del océano. El diagrama muestra agua templada moviéndose hacia el norte, sumergiéndose profundamente en el Atlántico Norte; entonces dirigiéndose al sur como agua fría hacia la antártica; entonces de vuelta al norte, donde el agua se eleva y es calentada por el Pacífico Norte.

Sin embargo, la evidencia ha mostrado que las aguas se elevan a la superficie no tanto en el Pacífico Norte sino en el Océano Antártico – una distinción que Marshall y Speer ilustran en su diagrama actualizado.

Marshall dice que los vientos y remolinos a través del Océano Antártico draga aguas profundas – y cualquier carbón enterrado – a la superficie alrededor de la Antártica. Él y Speer escriben que el diagrama actualizado “trae el Océano Antártico al frente” del sistema de circulación global, remarcando su papel como un poderoso mediador climático.

De hecho, Marshall y Speer revisan evidencia de que el Océano Antártico podría haber jugado parte en el deshielo del planeta durante la última edad de hielo. Mientras que aún no está claro que causó que la tierra se calentara inicialmente, este calentamiento podría haber llevado patrones de viento superficial hacia los polos, sacando agua templada y carbón – que habría sido lanzado hacia la atmósfera, calentando el clima aún más.

Vientos cambiantes

En un mundo en enfriamiento, parece que los vientos se acercan ligeramente al ecuador, y son sacudidos por los continentes. En un mundo en calentamiento, lo vientos se acercan hacia los polos; en el Océano Antártico, los vientos, sin ningún impedimento, sacan aguas profundas. Los investigadores notan que dos tendencias atmosféricas provocadas por los hombres – agotamiento de ozono y gases de efecto invernadero de combustibles fósiles – tienen un largo efecto en los vientos sobre el Océano Antártico: mientras que el agujero en la capa de ozono se recupera, los gases de efecto invernadero aumentan y el planeta se calienta, los vientos sobre el Océano Antártico es muy probable que cambien, afectando el delicado balance en juego. En el futuro, si el Océano Antártico experimente vientos más fuertes desplazados ligeramente al sur de su posición actual, las capas de hielo de la Antártica son más vulnerables al derretimiento – un fenómeno que también pudo haber contribuido a terminar la edad de hielo.

“Hay enormes reservas de carbono en el interior del océano”, dijo Marshall. “Si el clima cambia y vuelve más fácil que el carbono llegue a la atmósfera, entonces habrá un efecto de calentamiento adicional”.

Jorge Sarmiento, un profesor de ciencias atmosféricas y oceánicas en la Universidad de Princeton, dice que el Océano Antártico ha sido un área difícil de estudiar. Para entender completamente la dinámica del Océano Antártico se requieren modelos con alta resolución – un desafío significativo, dado el tamaño del océano.

“Por qué es tan difícil observar el Océano Antártico, aún estamos en el proceso de aprender cosas”, dijo Sarmiento, quien no estuvo involucrado en esta investigación. “Así que pienso que es una buena representación de nuestro entendimiento actual, basado en modelos y observaciones, y será la piedra angular para desarrollos futuros en el campo”.

Marshall y Speer trabajan ahora en un equipo multi-institucional liderado por el colaborador del MIT, la Institución Oceanográfica Woods Hole, para medir cómo las aguas se elevan en el Océano Antártico. Los investigadores están estudiando el flujo provocado por remolinos en la Corriente Circumpolar Antártica, y han desplegado rastreadores y boyas profundas para medir sus efectos; temperatura, salinidad y contenido de oxígeno en el agua también ayudarán a decir cómo se comportan los remolinos, y que tan rápido o lento se eleva el agua cálida a la superficie.

“Cualquier perturbación que se haga a la atmósfera, ya sea debido a ciclos glaciales o al forzado de ozono o gases de efecto invernadero, puede cambiar el balance sobre el Océano Antártico”, dijo Marshall. “Tenemos que entender como funciona el Océano Antártico en el sistema climático y tomar esto en consideración”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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

Entregando Ácido Ribonucleico con pequeñas esferas similares a esponjas

ARN pequeña esponja — Imagen: Hammond laboratory

Un nuevo método de interferencia de Ácido Ribonucleico (ARN, o RNA por sus siglas en inglés de RiboNucleic Acid) muestra promesa para tratar el cáncer, y otras enfermedades.

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

Durante la década pasada, científicos han estado siguiendo tratamientos de cáncer basados en interferencia de ARN – un fenómeto que ofrece una manera de apagar los genes con mal funcionamiento con pequeños trozos de ARN. Sin embargo, queda un enorme desafío: encontrar una manera de entregar eficientemente el ARN.

La mayoría del tiempo, ARN pequeño de interferencia (siRNA por sus siglas en inglés de small interfering RNA) – el tipo usado para interferencia ARN – es disuelto rápidamente dentro del cuerpo por enzimas que defienden contra infecciones por virus ARN.

“Ha sido una verdadera lucha el tratar de diseñar un sistema de entrega que nos permita administrar siRNA, especialmente si quieres apuntarle a partes específicas del cuerpo”, dijo Paula Hammond, Profesora de Ingeniería del David H. Koch en el MIT.

Hammond y sus colegas han llegado con un novedoso vehículo de entrega en el que el ARN es empacado dentro de microesferas tan densas que pueden resistir la degradación hasta alcanzar sus destinos. El nuevo sistema, descrito el 26 de febrero en el diario “Nature Materials”, derriba la expresión de genes específicos tan efectivamente como los métodos existentes de entrega, pero con una dosis mucho menor de partículas.

Dichas partículas podrían ofrecer una nueva manera de tratar no solo el cáncer, sino también cualquier otra enfermedad crónica causada por un “gen que no se comporta”, dijo Hammond, quien también es miembro del Instituto David H. Koch para Investigación de Cáncer Integrativa. “Interferencia de ARN tiene una enorme promesa para un gran número de enfermedades, una de las cuales es el cáncer, pero también enfermedades neurológicas y enfermedades inmunes”, dijo.

El autor líder de la revista académica es Jong Bum Lee, un antiguo postdoctorado en el laboratorio de Hammond. El postdoctorado Jinkee Hong, el doctor Daniel Bonner y el doctor Zhiyong Poon también son autores de la revista académica.

Interrupción genética

La interferencia de ARN es un proceso que ocurre naturalmente, descubierto en 1998, que permite a células ajustar precisamente su expresión genética. La información genética normalmente se carga del ADN en el núcleo a los ribosomas, estructuras celulares donde se forman las proteínas. siRNA se une al mensajero ARN que carga esta información genética, destruyendo instrucciones antes de que alcances al ribosoma.

Los científicos trabajan en muchas maneras para replicar artificialmente este proceso para apuntar a genes específicos, incluyendo empacar siRNA en nanopartículas hechas de lípidos (grasas) o materiales inorgánicos como el oro. Aunque muchas de éstas han mostrado algo de resultados, una desventaja es que es difícil cargar grandes cantidades de siRNA en estos cargueros, por que los cortos filamentos no se empacan ajustadamente.

Para superar esto, el equipo de Hammond decidió empacar el ARN como un largo filamento que se doblaría en una pequeña y compacta esfera. Los investigadores usaron un método para sintetizar ARN conocido como transcripción de círculo rotatorio para producir filamentos extremadamente largos de ARN hechos de una secuencia repetidora de 21 nucleoides. Esos segmentos están separados por una extensión más corta que es reconocida por la enzima Dicer, que corta el ARN cuando encuentra esa secuencia.

Conforme el filamento de ARN es sintetizado, se dobla en hojas que entonces se auto-ensamblan en una esfera muy densa similar a esponja. Hasta medio millón de copias de la misma secuencia de ARN pueden ser empacadas en una esfera con un diámetro de solo dos micrones. Una vez que la esferas se forman, los investigadores las empacan en una capa de polímero cargado positivamente, que induce a las esperas a empacarse aún más apretadas (hasta un diámetro de 200 nanómetros) y también las ayuda a entrar en las células.

Después de que las esferas entran a una célula, la enzima Dicer corta el ARN en lugares específicos, liberando las secuencias siRNA de 21 nucleótidos.

Peixuan Guo, director del Centro de Desarrollo de Nanomedicina NIH en la Universidad de Kentucky, dijo que el aspecto más emocionante del trabajo es el desarrollo de un método de auto-ensamblado para partículas de ARN. Guo, quien no fue parte del equipo de investigación, agrega que las partículas podrían ser más efectivas en entrar en las células si fueran encogidas a escalas aún más pequeñas, cercanas a los 50 nanómetros.

Apuntando a tumores

En la revista académica de “Nature Materials”, los investigadores probaron sus esferas programándolas para liberar secuencias de ARN que apagaran un gen que provoca que las células de tumores brillen en ratones. Encontraron que podían alcanzar el mismo nivel de derribo de sistemas de entrega de nanopartículas convencionales, pero utilizando hasta mil veces menos partículas.

Las microesponjas se acumulan en los sitios de tumores a través de un fenómeno comúnmente utilizado para entregar nanopartículas: Los vasos sanguíneos que rodean tumores tienen “filtraciones,” lo que significa que tienen pequeños poros a través de los cuales muy pequeñas partículas pueden colarse.

En estudios futuros, los investigadores planean diseñar microesferas recubiertas con polímeros que específicamente apunten a células de tumores u otras células de enfermedades. También trabajan en esferas que carguen ADN, para un potencial uso en terapia genética.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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