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¿Cómo el cambio de altitud modifica nuestra producción de proteínas?

Las personas que se trasladan a zonas con mayor altitud (tierra fría) experimentan estrés hipóxico –disminución de oxígeno–, lo que a su vez genera una serie de cambios en la bioquímica de proteínas como la hemoglobina, que favorecen la oxigenación en los diferentes tejidos.

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Las personas que se trasladan a zonas con mayor altitud (tierra fría) experimentan estrés hipóxico –disminución de oxígeno–, lo que a su vez genera una serie de cambios en la bioquímica de proteínas como la hemoglobina, que favorecen la oxigenación en los diferentes tejidos, confirmó un estudio de la Maestría de Bioquímica de la Universidad Nacional.

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A esa conclusión llegó Camila Andrea González, magíster en Ciencias – Bioquímica de la Universidad Nacional, quien explica que la menor disponibilidad de oxígeno a mayores altitudes genera repuestas fisiológicas para mantener la función de las células de diferentes tejidos.

En esta aclimatación cambiaría la producción de proteínas involucradas en procesos como la formación de nuevos vasos sanguíneos y la producción de glóbulos rojos.

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¿Para qué sirve el hallazgo?

Estudios como estos, explica González, llevarían a identificar potenciales biomarcadores de proteínas relacionadas con el proceso de aclimatación, con lo cual se podría entender mejor qué ocurre en el cuerpo cuando se adapta a nuevas condiciones de altitud.

Esto serviría para controlar o evitar efectos negativos, entre los que se cuentan el mal agudo o crónico de montaña.

Este mal puede desencadenar enfermedades como edemas cerebrales y pulmonares.

La investigadora advierte que con el paso del tiempo cada individuo tiene una respuesta diferente ante la condición de hipoxia hipobárica, aquella en la que el suministro de oxígeno a los tejidos disminuye por el aumento de la altitud (2.600 msnm).

De Arauca a Bogotá

El estudio se realizó con estudiantes provenientes de Arauca y que viajaron a Bogotá como parte del Programa Especial de Admisión y Movilidad Académica (Peama).

Este desplazamiento implicaba pasar de 400 a 2.600 msnm de altitud, sometiéndose a estrés hipóxico.

A los estudiantes se les tomó sangre el primer día de llegada, luego los días 3,5,12,19 y finalmente al terminar el primer,segundo y tercer mes.

Con estas muestras se llevaron a cabo análisis para obtener los perfiles de la expresión o el comportamiento de las proteínas, y también para identificarlas.

“Al presentarse estrés hipóxico hay cambios en la bioquímica de la hemoglobina que hace que varíe su afinidad por el oxígeno y así regula el transporte de este gas, favoreciendo la oxigenación en los diferentes tejidos”, explica la investigadora González.

La investigadora encontró alrededor de 50 proteínas que también varían su expresión –aumentando o reduciendo su producción– ante la hipoxia hipobárica.

Según la magíster, la identificación de todas las proteínas que se expresan diferencialmente ante esta condición permitirá entender mejor los procesos que tienen lugar durante la aclimatación a altitudes moderadas.

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Otros hallazgos

En la investigación también se evidenció que la concentración de hemoglobina y el porcentaje de hematocritos (volumen de glóbulos en relación con el total de la sangre) es más elevado en hombres que en mujeres.

En el caso de las mujeres el incremento fue ligero ante el cambio de altitud, lo que evidencia que serían más tolerantes al estrés hipóxico.

Entre las proteínas identificadas en la investigación sobre el cambio de altitud están:

  • La cadena gamma de fibrinógeno
  • El inhibidor 1 alfa de antitripsina
  • La hemopexina
  • La proteína de unión a retinol
  • La transferrina
  • La apolipoproteína AI.

Las anteriores proteínas abundan en el suero sanguíneo (uno de los componentes de la sangre) que se relaciona con procesos importantes durante la aclimatación.

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Desarrollan técnica para agilizar la recuperación tras reemplazos óseos

Alterando la forma y el núcleo de las células madre individuales se desarrolló un nueva técnica para acelerar la recuperación de los reemplazos óseos.

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Desarrollan técnica para agilizar la recuperación tras reemplazos óseos

Un equipo de la Universidad de Monash en Australia desarrolló un nueva técnica para acelerar la recuperación de los reemplazos óseos alterando la forma y el núcleo de las células madre individuales. Para ello se crearon matrices de micropilares utilizando litografía de nanoimpresión UV que confunden a las células para que se conviertan en hueso.

Al implantarlas en el cuerpo como parte del procedimiento de reemplazos óseos el equipo evidenció que estos pilares (que son 10 veces más pequeños que el ancho de un cabello) transformaron la forma, el núcleo y el material genético de las célula madre, con esta técnica se podía producir 4 veces más hueso que con las técnicas de recuperación tradicionales.

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“Lo que esto significa es que, con más pruebas, podemos acelerar el proceso de bloqueo de los reemplazos óseos con el tejido circundante, además de reducir los riesgos de infección (…) También hemos podido determinar qué forma adoptan estas estructuras de pilares y qué tamaño deben tener para facilitar los cambios en cada célula madre, y seleccionar la que funciona mejor para la aplicación” señaló una de las investigadoras, Jessica Frith.

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Ahora el equipo avanza en ensayos con modelos animales para evidenciar cómo funcionan en implantes médicos. Además otros hallazgos muestran que las células están en la capacidad de recibir señales mecánicas complejas del microambiente que influye en su desarrollo.

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Avances tecnológicos en reemplazos óseos

No obstante, el Dr. Victor Cadarso, Profesor titular del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Monash explicó que sus resultados apuntan a un mecanismo previamente indefinido en el que la señalización mecanotransductora se puede usar mediante microtopografías para entornos clínicos futuros.

“Aprovechar la microtopografía de superficie en lugar de la suplementación con factores biológicos para dirigir el destino celular tiene ramificaciones de gran alcance para el material de cultivo celular inteligente en tecnologías de células madre y terapia celular, así como para el diseño de materiales de implantes inteligentes con capacidad osteoinductiva mejorada”, señala Cadarso.

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De otro lado, el profesor Nicolas Voelcker, director científico del centro de nanofabricación del Melbourne y profesor de ciencias farmacéuticas de la Universidad de Monash sentencia que  los resultados del estudio confirman que los micropilares no solo impactaron la forma nuclear general, sino que también cambiaron el contenido del núcleo. “La capacidad de controlar el grado de deformación del núcleo mediante la especificación de la arquitectura del sustrato subyacente puede abrir nuevas oportunidades para regular la expresión génica y el destino celular posterior” concluye Voelcker.

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‘Origami’ de ADN captura virus dentro del cuerpo

Un equipo multidisciplinar ha creado esta técnica que no requiere intervención farmacologica para eliminar virus del organismo

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Los fármacos antivirales eficaces son esquivos para muchas infecciones causadas por virus y con la aparición del Sars-CoV-2 y el covid-19, la afirmación ha cobrado mucho más sentido. Esto ha sido un factor determinante para diseñar métodos novedosos que permitan combatir las infecciones virales aprovechando las nuevas tecnologías.

Por ejemplo, en la Universidad Tecnológica de Munich en colaboración con otras instituciones, un grupo investigador creó un tipo de de tecnología antiviral que no depende de inhibidores virales de moléculas pequeñas sino que emplea una trampa viral de tamaño nanométrico. Así, se inmovilizan y engullen las partículas virales dentro del organismo sin que participe ninguna sustancia farmacológica.

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Como explicaron los creadores, la trampa viral aglutina partículas víricas y las convierte en inofensivas para el organismo. La técnica se basa en el origami de ADN para crear nanocápsulas huecas autoensambladas, revestidas con moléculas que se unen a los virus e impiden su salida. Con la pandemia, este tipo de tecnologías deberían ser muy bienvenidas para el futuro.

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El éxito de esta técnica se debe en parte a la comprensión del organismo de los virus y bacterias. Los virus, contrario a otros patógenos, no tienen su propio metabolismo, por lo que los fármacos antivirales se dirigen casi siempre contra una enzima específica, labor que toma una gran cantidad de tiempo. Ahora bien, si se puede usar la idea de eliminación de los virus de forma mecánica, sería un avance científico emergente pero aplicable a corto plazo, considerando que surgen nuevos virus todos los días.

Así funciona la técnica del origami de ADN contra virus

La tecnología utiliza el ADN para formar los bloques de construcción de la estructura trampa, pero como el ADN es bastante frágil dentro del cuerpo, los investigadores utilizaron luz ultravioleta y polietilenglicol para estabilizar el material antes de utilizarlo. Luego de este procedimiento, las estructuras permanecieron estables en un tiempo de 24 horas. La comprobación se llevó a cabo en el suero sanguíneo de modelos animales.

La estructura está compuesta por placas triangulares en 3D que pueden encajarse entre sí. Los investigadores comentaron al portal web Medgadget que esta tecnología permite programar la forma y el tamaño de los objetos deseados utilizando la forma exacta de las placas triangulares. Hoy en día, este método tiene la capacidad de producir objetos con hasta 180 subunidades y lograr rendimientos de hasta el 95% en la captura de virus.

“Incluso una simple media cáscara del tamaño adecuado muestra una reducción medible de la actividad del virus”, dice Hendrik Dietz, uno de los líderes de este proceso. “Si ponemos cinco sitios de unión para el virus en el interior, por ejemplo anticuerpos adecuados, ya podemos bloquear el virus en un 80 por ciento, si incorporamos más, logramos el bloqueo completo”, aseguró el investigador en un comunicado oficial.

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Nuevo chip evalúa el riesgo de daño vascular en personas con diabetes

Este chip creado por un equipo multidisciplinar de científicos de Asia y Estados Unidos analiza el riesgo vascular en personas con diabetes con una muestra de sangre

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Un equipo de científicos internacionales de la Universidad Tecnológica de Nanyang -NTU (Singapur), el Hospital Tan Tock Seng (TTSH) de Singapur y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos ha desarrollado un método sencillo para extraer diminutas partículas biológicas de la sangre de una persona y utilizarlas como biomarcadores para evaluar la salud de sus vasos sanguíneos, sobre todo si se trata de personas con diabetes.

Los biomarcadores son partículas a nanoescala llamadas vesículas extracelulares (VE) que son liberadas por células específicas en el torrente sanguíneo. Su función es transportar biomateriales, como proteínas y ácidos nucleicos, de una célula a otra. En un artículo publicado en junio de 2021 en Royal Society of Chemistry – Lab on a Chip, el equipo demostró que las muestras de sangre de varios pacientes con diabetes severa tenían una cantidad anormalmente alta de EV circulante, secretadas por las células inmunes y plaquetarias (entre 10 y 50 veces más), en comparación con otros pacientes con la misma enfermedad.

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Los investigadores descubrieron en experimentos de laboratorio que cuando estas VE se añadían a las células vasculares, inducían niveles más altos de marcadores de inflamación vascular. Los resultados obtenidos sugieren que los individuos diabéticos con altos niveles de vesículas extracelulares en la sangre podrían tener un mayor riesgo de desarrollar complicaciones vasculares a largo plazo.

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¿Cómo funciona este chip para pacientes con diabetes?

En su artículo de investigación, el equipo multidisciplinar explica cómo su prototipo de “laboratorio en un chip” puede separar automáticamente las VE de las muestras de sangre en una hora, aproximadamente una quinta parte del tiempo habitual que se necesita con los métodos de centrifugación convencionales. Las muestras fueron tomadas de pacientes con y sin diabetes.

El chip de microfluidos, denominado “ExoDFF” (Exosome isolation using Dean Flow Fractionation), envía primero una muestra de sangre a través de un canal en forma de espiral a gran velocidad. Luego, sobre la base de los efectos centrífugos e inerciales -el movimiento del fluido y las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre las partículas en el fluido-, las células sanguíneas más grandes se desprenden en una dirección, mientras que las EV más pequeñas fluyen más rápido y se dirigen a una salida diferente para su recogida.

La actual referencia mundial para separar las VE de la sangre mediante ultracentrifugación requiere mucho tiempo (hasta cinco horas) y captura muy pocas VE de la muestra de sangre. También es laborioso y no está estandarizado, ya que los distintos laboratorios tienen protocolos diferentes para extraer y purificar las vesículas.

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En comparación, el uso del chip permite combinar el proceso de separación y enriquecimiento de las VE en un solo paso y no requiere conocimientos especializados, dijo el profesor adjunto Hou, también profesor de la Facultad de Medicina Lee Kong Chian de la NTU.

De acuerdo con los expertos, se necesitan métodos para clasificar el riesgo potencial de los pacientes con diabetes y otros de alto riesgo mucho antes de que se produzcan daños importantes en las arterias, para así poder instituir métodos preventivos. Esta innovación tiene el potencial de detectar el riesgo de forma temprana para que los métodos preventivos puedan ayudar a limitar la progresión del daño a los vasos sanguíneos

Actualmente, el chip de separación de VE puede procesar hasta 5 ml de sangre en una hora. Dado que el diseño de ExoDFF es escalable, de bajo coste (la fabricación de cada chip costará solo unos pocos dólares) y no requiere ningún producto químico, puede diseñarse para procesar mayores volúmenes de muestras o adaptarse para su uso en la fabricación de terapias basadas en células o EV, como la terapia con células madre.

“Esta innovación es especialmente beneficiosa, ya que coincide con el desarrollo de nuevos agentes antiinflamatorios como el canakinumab, que tiene el potencial de prevenir las enfermedades cardiovasculares en estos pacientes, así como otros medicamentos específicos para la diabetes, como los inhibidores de SGLT2, que pueden proporcionar ciertos efectos protectores para el corazón”, señalan los autores, quienes añaden: “El dispositivo también puede utilizarse para evaluar el efecto de los tratamientos en las arterias”.

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