REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA DEL COZCYT
Volumen 10 Número 3 Abril- Mayo 2023 Publicación Bimestral eek@cozcyt.gob.mx
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ArtículosyReportajes
Y tú... ¿sabes lo que respiras?
Biomarcadores provenientes de plaquetas para su uso en el diagnóstico de cáncer
Desafiando la física de la luz: metasuperficies
CuriososyPreguntones
¿Por qué el agua en algunos pozos es caliente y en otros no?
Redacción Zigzag
Hierba de burro / Gorrión cejas blancas
Leidy Elizabeth Rodríguez Martínez
FlorayFaunadeZacatecas
MedioAmbienteySociedad
Los compuestos fenólicos como contaminantes orgánicosen el agua
Pedro Antonio González Ocegueda-Leo Alvarado Perea
Y tú... ¿Sabes lo que respiras?
Nancy Gabriela Solís Torres - César Enrique Rivas Santiago
Desafiando la física de la luz: metasuperficies
Iván Moreno Hernández
ArtículosyReportajes
Computación aplicada al diseño de medicamentos contra la Tuberculosis
Juan Ernesto López Ramos - Elsa Yamelie Aguayo Martínez
Dra. Carmen Judith Serrano Escobedo
Redacción COZCyT
Nuestra Ciencia
ArtículosyReportajes
Biomarcadores provenientes de plaquetas para su uso en el diagnóstico de cáncer
Luis Alberto Burciaga- Hernández - Gretel Mendoza-Almanza
Los sorprendentes fluidos no newtonianos.
Leticia Robles Saucedo - Luis Carlos Ortiz Dosal
Una relación complicada: El estrecho vínculo entre la enfermedad periodontal y la artritis reumatoide
Kasandra Stephanye Romero Reynoso - Irma Elizabeth González Curiel
ExperimentandoconCienciayTecnología
La luz polarizada y los polarizadores
Guillermo García Torales - Roberto Carlos Barragán Campos
David Monreal Ávila
Hamurabi Gamboa Rosales
José de Jesús Villa Hernández Coordinador Editorial
Martha Cecilia Acosta Cadengo
Diana Arauz Mercado
José Ismael De la Rosa Vargas
Fernando Favela Rosales
Efrén González Ramírez
Manuel Hernández Calviño
Gerardo Miramontes de León
Iván Moreno Hernández
María José Sánchez Usón
Nidia Lizeth Mejía Zavala
Ricardo Becerra Reyes
Laura Erika Romo Montano
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Revista eek´ Volmen 10, Número 3, Abril - Mayo 2023 es una publicación bimestral editada por el Consejo Zacatecano de Ciencia, Tecnología e Innovación (COZCyT). Av. de la Juventud No. 504, Col. Barros Sierra, C.P. 98090, Zacatecas, Zac. México. Tel. (492) 921 2816, www.cozcyt.gob. mx, eek@cozcyt.gob.mx. Editor responsable: Hamurabi Gamboa Rosales.
Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2021-120810465000-102, ISSN: 2954-3959, otorgados por el Instituto Nacional de Derechos de Autor. Responsable de la última actualización de este número: Consejo Zacatecano de Ciencia, Tecnología e Innovación (COZCyT), Dr. Hamurabi Gamboa Rosales, Av. de la Juventud No. 504, Col. Barros Sierra, C.P. 98090, fechas de última modificación, 21 de marzo de 2024.
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Muchos hemos escuchado alguna vez sobre el entrelazamiento cuántico, tema que en general es difícil de comprender a profundidad para la mayoría de nosotros; sin embargo, a pesar de ello, para los que nos interesa la ciencia y la tecnología resultan de gran importancia los avances que se tengan en este campo del conocimiento. Según la mecánica cuántica, dos o más partículas “entrelazadas” están unidas en el sentido de que lo que le sucede a una determina lo que le sucede a las otras, esto inclusive si entre ellas hay una enorme distancia. Esta propiedad implica una gran cantidad de posibles aplicaciones tecnológicas; tres de las más relevantes son en la computación cuántica, la criptografía para la codificación segura de la información, y las telecomunicaciones a grandes distancias. Pues bien, por sus trabajos relacionados en este campo de la información cuántica, en octubre pasado los físicos Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger fueron galardonados con el premio Nobel de Física 2022. Esperemos que en los próximos años rindan frutos con avances significativos, los descubrimientos hechos por los ganadores de este premio.
En el presente número de eek’, en la sección de Curiosos y Preguntones, explicamos la razón del por qué el agua de los pozos es caliente en unos y en otros no. En la sección de Flora y Fauna de Zacatecas les hablamos sobre la Hierba del burro y sobre el Gorrión cejas blancas. En la sección de Medio Ambiente y Sociedad hablamos sobre los compuestos fenólicos, contaminantes del agua. En la sección de Artículos y Reportajes hablaremos sobre los contaminantes del aire que respiramos, sobre las Metasuperficies, sobre la Computación para el diseño de medicamentos, sobre los Biomarcadores para el diagnóstico del cáncer, sobre los fluidos no newtonianos y, finalmente, sobre la relación existente entre la enfermedad periodontal y la artritis reumatoide. También, presentamos un reportaje sobre la Dra. Carmen Judith Serrano Escobedo y su trabajo de investigación referente a la susceptibilidad a desarrollar Tuberculosis por parte de los pacientes con Diabetes Mellitus tipo dos. Finalmente, en la sección Experimentando con Ciencia y Tecnología, explicamos lo que es la luz polarizada y los polarizadores.
Dr. en C. Hamurabi Gamboa Rosales
Director General del Consejo Zacatecano de Ciencia, Tecnología e Innovación
Seguramente has ido a algún balneario de esos a los que llamamos de aguas termales, en los cuales brota o se extrae mediante un pozo agua caliente. ¿Por qué ocurre esto? La respuesta a esta pregunta nos la da el ciclo hidrológico.
Del total de agua que cae en la superficie de la Tierra proveniente de las nubes, una cierta cantidad es almacenada superficialmente en cuerpos de agua naturales (en el mar, ríos, lagos, etc.) o en aquéllos construidos por el hombre (bordos, presas, etc.), otro porcentaje regresa a la atmósfera en forma de vapor, y el resto escurre superficialmente de las partes altas a las bajas o se infiltra al subsuelo recargando los acuíferos. Estos últimos son formaciones geológicas que pueden almacenar y conducir agua con relativa facilidad. Se ha estimado que más del 95 % del agua dulce en estado líquido del planeta se encuentra allí (¡paradójicamente esta agua ha sido muy poco estudiada!). Casi toda el agua que circula en el subsuelo, a la cual se le llama agua subterránea, participa en el ciclo hidrológico, moviéndose de las zonas donde posee más energía a donde tiene menos energía.
Precipitación
Flujo intermedio
Flujo regional 0-5km basamento
Dren agua superficial
Escorrentía
Dirección de flujo de agua subterránea
En la década de los años 60 del siglo pasado se formuló la teoría de sistemas de flujo para explicar el funcionamiento del agua en el subsuelo. Esta teoría propone la jerarquización de los flujos en locales, intermedios y regionales, de acuerdo con su recorrido. En los flujos locales el agua tiene menor recorrido y circula a poca profundidad, mientras que los flujos regionales recorren largas distancias y alcanzan grandes profundidades (Figura 1).
El recorrido del agua para cada tipo de flujo inicia en lo que se conoce como zona de recarga (donde esta se infiltra) y termina en las zonas de descarga (puede ser un río, un manantial, un lago, el mar, etc.). Durante su recorrido, el agua entra en contacto con diversos minerales que le van otorgando características fisicoquímicas específicas. Por esta razón el agua que ha tenido un menor recorrido por el subsuelo seguramente se parecerá mucho a cuando se infiltró, mientras que el agua que ha recorrido distancias largas y circuló a mucha profundidad será muy distinta con respecto al momento en que fue recargada.
En particular, el incremento en la temperatura del agua se debe al camino que ha seguido está en el
División del flujo regional
subsuelo. Se sabe que debido a las reacciones químicas que se presentan por el contacto del agua con el medio geológico por donde circula se produce calor, y, por otro lado, la temperatura de la Tierra se incrementa entre 1.8 a 3.7 °C por cada 100 m de profundidad. Por lo tanto, será más probable encontrar agua de temperatura elevada en los flujos que han tenido un mayor recorrido y han circulado a una mayor profundidad.
De esta manera, cuando se extrae agua caliente de un pozo, posiblemente se está interceptando un flujo regional. Un manantial de aguas termales corresponderá entonces a una descarga de un flujo de este tipo. Por tanto, encontraremos agua de temperatura más baja en las zonas de recarga o bien, al captar flujos de locales a intermedios.
Esta es una de las respuestas que nos brinda el estudio del agua subterránea desde la perspectiva de la teoría de sistemas de flujo. Hay mucho por conocer aún en cuanto a este y otros temas del agua. En Zacatecas se están formando nuevos especialistas con este enfoque en la Licenciatura en Ciencia y Tecnología del Agua de la UAZ.
Agradecemos a Hugo Enrique Júnez Ferreira y Amanda Leticia Dueñas Gómez, especialistas en Hidrología, por su colaboración para está sección.
Referencias
[1] J. J. Carrillo-Rivera, A. Cardona, R. Huizar-Alvarez & E. Graniel, “Response of the interaction between groundwater and other components of the environment in Mexico”, Environmental Geology. Vol. 55, No 2, pp. 303-319. DOI 10.1007/ s00254-007-1005-2, 2008.
Flora y Fauna de Zacatecas
Leidy Elizabeth Rodríguez Martínez
Leidyrodmart12345@gmail.com
Familia: Asteraceae.
Nombre científico: Zinniaacerosa. Nombre común: Hierba de burro.
Estatus de conservación: NOM-059-SEMARNAT-2010 y Red list (IUCN): Sin categoría.
Descripción: Planta leñosa en la base, de contorno redondeado o aplanado, que llega a medir hasta 20 cm de alto; posee tallo verdoso a grisáceo, muy ramificado y cubierto de pelillos.
Tiene hojas opuestas, sésiles, lineares, algo rígidas, puntiagudas, de hasta 20 mm de largo y hasta 2 mm de ancho, a veces con pelillos cortos y rígidos que las hacen ásperas al tacto, con una sola vena. Sus flores son liguladas de color blanco y a veces amarillo pálido.
Distribución y habitat: Es una planta nativa de México distribuida en Chihuahua, Coahuila, Durango, Nuevo León, San Luis Potosí, Sonora y Zacatecas.
Hábitat: Se encuentra en pendientes rocosas, sitios planos, suelos calcáreos. La temperatura recomendada para Zinnia acerosa es entre 10 y 12 °C por la noche y entre 25 y 30° C por el día. Si está en temperaturas inferiores a estas su desarrollo será mucho más lento, mientras que si está por encima será más rápido. Si no es la temperatura adecuada su crecimiento no será el correcto.
Usos: Se cultiva como uso ornamental en Estados Unidos.
Referencias
CONABIO, (s.f.). Zinnia acerosa - Zinia del desierto. Recuperado el 5 de julio del 2021 de http://www.conabio.gob.mx/malezasdemexico/asteraceae/ zinnia-acerosa/fichas/ficha.htm
Ecured, (s.f.). Hierba de burro. Recuperado el 5 de julio del 2021 de https://www.ecured.cu/Hierba_del_burro
Linkfang, (s.f.). Zinnia acerosa. Recuperado el 5 de julio del 2021 de https://es.linkfang.org/wiki/Zinnia_acerosa
Familia: Passerellidae. Nombre científico: Spizella passerina. Nombre común: Gorrión cejas blancas.
Estatus de conservación: NOM-059-SEMARNAT-2010: Sin categoría. Red list (IUCN): Preocupación menor.
Descripción: Gorrión pequeño, delgado, con pico corto y cola larga; pecho uniformemente grisáceo, con mancha color castaño-rojizo encima de la cabeza (principalmente en época de reproducción). Se caracteriza por tener la rabadilla gris y una línea blanca arriba de los ojos.
Comportamiento: Es una especie parcialmente migratoria, casi todas las poblaciones de altitudes medias y elevadas migran en invierno hacia el sur de los Estados Unidos y México. Durante la migración estos gorriones viven en comunidad, formando grupos numerosos con individuos de la misma especie o en asociación con otras especies.
Nidificación: De 3 hasta 5 huevos de color verde azulado pálido, con marcas marrones, púrpuras y negras. La incubación la realiza sólo la hembra y dura entre 11 y 14 días. El macho alimenta a la hembra durante este período.
Alimentación: La dieta varía según la estación, pero es a base de insectos y semillas. En verano se alimenta sobre todo de saltamontes, orugas, escarabajos, chinches y arañas.
Distribución: Muestra variaciones a lo largo de su extensa área de distribución ya que encontramos su área de nidificación en Norteamérica, y migra hacia el Centro-Norte de México para la temporada de invierno. Aunque hay registros de que se encuentra de forma permanente en algunos estados de la república.
Hábitat: En bosques abiertos de pino, bordes de bosques de coníferas y sabana con coníferas dispersas. También es bastante común en suburbios, parques urbanos, huertos, prados y otros hábitats alterados. En Zacatecas se encuentra en tierras de cultivo y terrenos con matorrales y malezas.
Referencias
Audubon, (s.f.). Guía de aves de América del norte, gorrión cejas blancas - Spizella passerina. Recuperado el 5 de julio del 2021 de https://www.audubon.org/es/guia-de-aves/ave/ gorrion-cejas-blancas
BirdLife International, Spizella passerina. The IUCN Red List of Threatened Species 2018: e.T22721162A132143690, 2018. https://dx.doi.org/10.2305/IUCN.UK.2018-2.RLTS.
T22721162A132143690.en
Merlín, (s.f.). Gorrión Cejas Blancas-Spizella passerina. Ebird. Recuperado el 5 de julio del 2021 de https://ebird.org/species/chispa?siteLanguage=es_MX
Naturalista, (s.f.). Gorrión Cejas Blancas - Spizella passerina. Recuperado el 5 de julio del 2021 de https://www.naturalista.mx/taxa/9135-Spizella-passerina
Adscripción: Estudiante de Doctorado en Ingeniería y Tecnología Aplicada, Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Desarrollo de materiales novedosos para la producción de compuestos químicos de alto valor agregado y para la descontaminación de agua.
Proyecto principal: Fotodegradación de fenol empleando materiales con base en especies de cobre sobre MCM-41 sintetizados por Deposición Química de Vapor (CVD).
Pedro Antonio González Ocegueda Leo Alvarado Perea 31120288@uaz.edu.mx leoap@uaz.edu.mx
Adscripción: Unidad Académica de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Zacatecas y Maestría en Ciencias de la Ingeniería y Posgrados en Ingeniería y Tecnología Aplicada, Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Desarrollo de materiales novedosos para la producción de compuestos químicos de alto valor agregado y para la descontaminación de agua.
Proyecto principal: Fotodegradación de fenol empleando materiales con base en especies de cobre sobre MCM-41 sintetizados por Deposición Química de Vapor (CVD).
La contaminación del agua es tema de atención por poner en riesgo la vida en general. En el planeta se encuentran contaminantes como el fenol y algunos compuestos fenólicos que son tóxicos y potencialmente cancerígenos, pueden afectar el sabor y el olor del agua potable en concentraciones tan bajas como unos pocos µg/L, y representan solo un pequeño porcentaje del total de productos químicos que se pueden detectar en la naturaleza, ya que una gran diversidad de compuestos de diferente origen son sintetizados cada año y liberados al medio ambiente con consecuencias imprevistas.
En consecuencia, tanto la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) como la Unión Europea (UE) han incluido algunos fenoles, principalmente clorofenoles y nitrofenoles en sus listas de contaminantes más importantes debido a sus efectos a largo plazo y potencial bioacumulación (ver imagen 1 [1]); así como su toxicidad en bajas concentraciones, por lo que no solo pueden dañar los organismos acuáticos, sino que también pueden cau-
sar una serie de enfermedades sistémicas en humanos.
El fenol se utiliza industrialmente para la producción de otros compuestos fenólicos. Estos compuestos son sustancias químicas que pueden surgir tanto de fuentes naturales como antropogénicas [2]. Por un lado, está el proceso del cumeno que se usa para la producción del 90% del fenol en todo el mundo, pero los inconvenientes con este método es el consumo excesivo de energía y la generación de productos intermedios peligrosos como el hidroperóxido de cumeno [3]. También se puede obtener del petróleo, alquitrán de hulla, de la biomasa y por la oxidación del benceno en la industria química. La toxicidad de los fenoles varía según el grado de hidrofobicidad, la capacidad para formar radicales libres y la posición de los átomos de halógeno. En su uso, pueden penetrar las membranas celulares donde los metabolitos electrofílicos pueden unirse a enzimas y/o ADN, y pueden provocar efectos mutagénicos o carcinogénicos y cambios histológicos en los tejidos [2].Además, exhiben citotoxicidad y aumen-
tan la permeabilidad paracelular in vitro [4].
El fenol, con fórmula química C6H5OH, en bajas concentraciones es letal para los peces (5–25 mg/L) [5] y, para los humanos, en concentraciones de 10 a 24 mg/L [6]. También presenta un fuerte y desagradable olor, irritanta los ojos, las membranas mucosas y la piel; por simple absorción, causa convulsiones, y afecta el hígado y los riñones. En algunos casos, la absorción cutánea de este compuesto puede conducir a la muerte. El fenol, también conocido como hidroxibenceno o ácido fénico, es sólido a temperatura ambiente. Se encuentra como una masa cristalina incolora, higroscópica, y tiene un olor particular, es soluble en disolventes orgánicos tales como hidrocarburos aromáticos, alcoholes, cetonas, éteres, ácidos e hidrocarburos halogenados. Es insoluble en carbonato de sodio y parcialmente soluble en agua a temperatura ambiente; sin embargo, a temperaturas mayores a 68°C se vuelve completamente soluble [7]. Está incluido en la lista de las 275 sustancias más peligrosas, reportada por la EPA de
los Estados Unidos [8]. El consumo mundial de fenol superó las 11.1 × 106 toneladas en 2019. La capacidad de producción mundial fue de 12.7 × 106 toneladas, distribuida principalmente en América del Norte, Europa Occidental y Asia Pacífico con 51 unidades de producción, que representan el 91% de la capacidad. Se estima que el mercado mundial de fenol tendrá un valor de 31,730 millones USD para 2025 [9].
Entre las fuentes más importantes de contaminación por fenol se pueden mencionar las siguientes: hornos de coque (28-3900 mg/L), procesos de conversión de carbón (9-6800 mg/L), refinerías de petróleo (6500 mg/L), petroquímica (2.81220 mg/L) y otras industrias en general (0.1-1600 mg/L) [8]. Las aguas residuales del procesamiento del carbón se presentan a menudo como la fuente principal y, por ende, terminan en diferentes cuerpos de agua. Su presencia generalizada ha causado impactos severos en el medio ambiente y la salud humana, incluso en bajas concentraciones debido a sus riesgos potenciales. Esto ha ocasionado preo-
cupación mundial y, por tanto, la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha restringido la concentración del fenol en el agua potable a 1 μg/L. Por consiguiente, una presencia de mayor concentración de fenol posee una toxicidad ambiental significativamente peligrosa [10].
El crecimiento de la industria, junto con el aumento sin precedentes de la población humana, ha llevado a una alta demanda en el consumo del agua; mientras que, al mismo tiempo, se generan grandes cantidades de diversas aguas residuales que amenazan la calidad de este recurso. La seguridad alimentaria y energética, el desarrollo sostenible, la salud humana y de los ecosistemas, dependen de la disponibilidad y la calidad del agua. Por lo tanto, es de suma importancia asegurarse de que las aguas residuales industriales sean tratadas adecuadamente antes de su disposición final, para minimizar el impacto en la salud humana y el medio ambiente.
La tecnología para eliminar al fenol contenido en el agua, es de interés para la investigación en el campo del tratamiento del
1]C. M. Santana, Z. S. Ferrera, M. E. T. Padrón, and J. J. S. Rodríguez, “Methodologies for the extraction of phenolic compounds from environmental samples: New approaches,” Molecules, vol. 14, no. 1. pp. 298–320, Jan. 2009. doi: 10.3390/molecules14010298.
[2] S. C. Marteinson et al., “Increased use of sanitizers and disinfectants during the COVID-19 pandemic: identification of antimicrobial chemicals and considerations for aquatic environmental contamination,” Environmental Reviews, vol. 31, pp. 73–91, Jul. 2022, doi: 10.1139/er-2022-0035.
agua. En consecuencia, la eliminación de estos contaminantes orgánicos en el agua ha dado lugar a la creciente demanda de tecnologías de tratamiento eficientes, como los métodos de tratamiento de biodegradación aeróbica, física, química, y la degradación biológica anaeróbica. En la actualidad, los métodos más utilizados para eliminar las pequeñas moléculas orgánicas de los fluidos son la adsorción, el tratamiento con membranas, la oxidación química, la precipitación química, la biodegradación [11] y la fotocatálisis.
Los datos presentados anteriormente, evidencian estudios sobre la presencia del fenol como contaminante en el medio ambiente y es un problema de indiscutible importancia. La contaminación ocasionada por los compuestos fenólicos es un tema de consideración mundial debido a que impacta negativamente en lo ecológico y en la vida humana.
[3] A. E. ElMetwally, G. Eshaq, F. Z. Yehia, A. M. Al-Sabagh, and S. Kegnæs, “Iron Oxychloride as an Efficient Catalyst for Selective Hydroxylation of Benzene to Phenol,” ACS Catal, vol. 8, no. 11, pp. 10668–10675, Nov. 2018, doi: 10.1021/ acscatal.8b03590.
[4] Y. Saito, T. Sato, K. Nomoto, and H. Tsuji, “Identification of phenol- and p-cresol-producing intestinal bacteria by using media supplemented with tyrosine and its metabolites,” FEMS Microbiol Ecol, vol. 94, no. 9, Sep. 2018, doi: 10.1093/ femsec/fiy125.
[5] C. Yang, Y. Qian, L. Zhang, and J. Feng, “Solvent extraction process development and on-site trial-plant for phenol removal from industrial coalgasification wastewater,” Chemical Engineering Journal, vol. 117, no. 2, pp. 179–185, Apr. 2006, doi: 10.1016/j.cej.2005.12.011.
[6] H. T. Hamad, “Removal of phenol and inorganic metals from wastewater using activated ceramic,” Journal of King Saud University - Engineering Sciences, vol. 33, no. 4, pp. 221–226, May 2021, doi: 10.1016/j.jksues.2020.04.006.
[7] Y. Dehmani, D. Dridi, T. Lamhasni, S. Abouarnadasse, R. Chtourou, and E. C. Lima, “Review of phenol adsorption on transition metal oxides and other adsorbents,” Journal of Water Process Engineering, vol. 49. Elsevier Ltd, Oct. 01, 2022. doi: 10.1016/j.jwpe.2022.102965.
[8]Bravo S; Juan J., S. A. Giraldo, A. Centeno, and E. Páez Mozo, “Catalizadores para purificación de aguas industriales que contengan compuestos resistentes a la biodegradación,” Bucaramanga, Colombia, Dec. 2022. [Online]. Available: https:// www.researchgate.net/publication/265869234
[9]Y. Zhang, H. Lei, Z. Yang, D. Duan, E. Villota, and R. Ruan, “From Glucose-Based Carbohydrates to Phenol-rich Bio-oil Integrated with Syngas Production via Catalytic Pyrolysis over Activated Carbon Catalyst,” in AIChE Annual Meeting, Conference Proceedings, 2019, vol. 2019-November. doi: 10.1039/x0xx00000x.
[10]P. Singh et al., “Enhanced photocatalytic activity and stability of AgBr/BiOBr/graphene heterojunction for phenol degradation under visible light,” Journal of Saudi Chemical Society, vol. 23, no. 5, pp. 586–599, Jul. 2019, doi: 10.1016/j. jscs.2018.10.005.
[11]Y. Han, N. Wang, X. Guo, T. Jiao, and H. Ding, “Influence of ultrasound on the adsorption of single-walled carbon nanotubes to phenol: A study by molecular dynamics simulation and experiment,” Chemical Engineering Journal, vol. 427, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.cej.2021.131819.
Nancy Gabriela Solís Torres
actividades que se realicen en la zona, además de la época del año, entre otros factores. A pesar de diferencias existentes entre los contaminantes y su concentración, algo que se tiene en común aún difiriendo en la zona o región, son las vías de exposición a ellos, siendo las más comunes la dérmica y la inhalatoria.
La situación en el estado de Zacatecas varía solo un poco con los valores reportados por la OMS, pues el registro más reciente que se tiene de las concentraciones de PM2 5 es del año 2020, con un valor para PM2 5 de 5 µg/m3. Estos datos son alarmantes, ya que indican que el 99% de la población mundial respira a diario aire contaminado.
Adscripción: Laboratorio de Inmunotoxicología y terapéutica experimental, Universidad Autónoma de Zacatecas. LGACs que trabaja: Salud ambiental, Inmunotoxicología
Proyecto principal: Efecto del material particulado urbano en la respuesta inmune pulmonar contra enfermedades infecciosas en un modelo murino.
César EnriqueRivas
Santiago nnancy_618@hotmail.com cesarenriquer@yahoo.comAdscripción: Cátedras CONACYT-Universidad Autónoma de Zacatecas, Unidad Académicade Ciencias Químicas, Laboratorio de Inmunotoxicología y Terapéutica Experimental.
Proyecto principal: Efecto del material particulado urbano en la respuesta inmune pulmonar contra enfermedades infecciosas en un modelo murino.
Los seres humanos respiramos alrededor de 11,000 L de aire al día, esto significa que cada minuto inhalamos de 7 a 8 litros de aire en nuestros pulmones, órganos que son el actor principal en la oxigenación humana. En toda esa cantidad de aire que entra en nuestros pulmones existen diversos componentes como son: oxígeno, nitrógeno y otros gases, tales como el dióxido de carbono y ozono. Además de estos gases que son componentes naturales de la atmósfera, están presentes otros gases y partículas que se consideran contaminantes ambientales, particularmente se encuentran el dióxido de azufre, óxido de nitrógeno, ozono troposférico y el material particulado (tanto PM2 5 como PM10); la mayoría de ellos provienen principalmente de actividades humanas, algunos ejemplos de estas son la industria, ganadería y la minería, además del proceso de combustión que ocurre cuando hacemos uso de los automóviles, entre otras.
La presencia y concentración de estos contaminantes puede variar dependiendo de la zona donde vivamos y las principales
De todos los contaminantes antes mencionados, se ha visto que el material particulado es el que presenta mayores efectos adversos en la salud humana, es por ello que mundialmente se miden las concentraciones diariamente en distintas estaciones de monitoreo de la calidad del aire. Por ejemplo, en el Informe de la Calidad del Aire del Mundo en los datos para niveles de PM2 5 en el mundo, para el año 2021, se encontró que países de Asia oriental y meridional, presentaron niveles por encima de los 50 µg/m3, México tuvo un promedio anual de 19.4 µg/m3, valor que se encuentra por encima de los límites permisibles por la Organización Mundial de la Salud, es decir, entre 3 y 4 veces más que el valor de referencia (5 µg/m3).
¿Sabías que estos contaminantes podrían causarnos daño en nuestra salud?
La contaminación del aire tiene un gran impacto negativo en la salud humana, además que afecta a toda la población, por ello, se considera como un problema de Salud Pública. De acuerdo con el reporte de la carga global de la enfermedad del 2019, este tipo de contaminación se consideró como el cuarto factor de riesgo a la salud mundialmente, relacionándose con 6.67 millones de muertes; para el caso de México, se consideró como el sexto factor de riesgo y se estimó que se presentaron 48, 332 muertes relacionadas con la mala calidad del aire.
Además, el estar expuesto a corto plazo o de manera prolongada a este tipo de contaminantes se ha relacionado con el desarrollo o empeoramiento de algunos problemas en la salud humana. La exposición a corto plazo se relaciona con la irritación de ojos, de vías respiratorias y con dificultades para respirar. Asimismo, se ha visto que inducen un agravamiento de enfermedades respiratorias preexistentes, o también nos hacen más susceptibles a desarrollar asma. Mientras que la exposición prolongada a este tipo de contaminantes se ha asociado con el desarrollo de enfermedades de mayor importancia para la humanidad como lo son: las enfermedades cardiacas, enfermedades respiratorias infecciosas y no infecciosas, así como diferentes tipos de cáncer.
¿Cuáles son las principales enfermedades que se relacionan con mayor cantidad de muertes por la exposición a la contaminación del aire?
Diversos estudios han demostrado datos alarmantes con relación a las enfermedades que se asocian con la mortalidad
por la exposición a la contaminación del aire (6.67 millones de muertes anuales globalmente). Del total de muertes, tenemos que la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica se asocia con el 40 %, infecciones de vías respiratorias inferiores con el 30 %, accidente cerebrovascular con el 26 %, Diabetes mellitus, muertes neonatales y cardiopatía isquémica con el 20 % y finalmente cáncer de pulmón, con el 19 %. Es importante mencionar que para el año 2021, en México, la mayor cantidad de muertes para ambos sexos, se dieron debido a Diabetes mellitus, enfermedades del corazón, tumores malignos y finalmente enfermedades de vías respiratorias como influenza y neumonía.
¿Cómo podemos evitar la contaminación del aire y sus efectos?
Existen diversas medidas que nosotros podemos poner en práctica para poder reducir la exposición a la contaminación del aire, así como sus efectos en la salud. Entre ellas, podemos destacar: evitar prender fogatas, mantener los vehículos en buenas condiciones, compartir au-
tomóviles o bien, evitar usarlos en medida de lo posible. Además de estas medidas, podemos realizar en casa las siguientes: reciclar y evitar la quema de basura, mantener pinturas y solventes bien cerrados, dar mantenimiento a los electrodomésticos, evitar cocinar los alimentos con leña o carbón y reducir el consumo de electricidad.
Por otro lado, es importante mencionar que existen episodios de contaminación ambiental, en donde los niveles de los contaminantes son tan altos que se deben de tomar otras medidas extraordinarias tales como: evitar hacer ejercicio intenso para disminuir las posibilidades de inhalar mayor concentración de contaminantes, evitar realizar actividades cívicas, culturales y lúdicas al aire libre, proteger a personas mayores, así como a personas con enfermedades respiratorias con el uso de cubrebocas, mantenerse bien hidratados y finalmente, podría implementarse el uso de filtros de aire dentro de las casas, esto con el fin de disminuir la concentración de contaminantes que pudiesen entrar en nuestros hogares.
Referencias
Environmental Protection Agency, E. (Agosto de 2022). Healt effects of ozone in the general population. Obtenido de https://www. epa.gov/ozone-pollution-and-your-patientshealth/health-effects-ozone-general-population
Ho, T., & Hawrylowicz, C. (2020). Air pollution and its effects on the immune system. Free Radical Biology and Medicine, 151, 5668. doi:https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.01.179
Jiang, X., Mei, X., & Feng, D. (2016). Air pollution and chronic airwaydiseases: what should people know and do? Journal of thoracic disease, 8(1), 31-40. doi:10.3978/j.issn.20721439.2015.11.50
Manisalidis, I., Stavropoulou, E., & Bezirtzoglou, E. (2020). Environmental and health impacts of air pollution: A review. Frontiers in Public Health, 8. doi:10.3389/fpubh.2020.00014
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World Health Organization. (2022). Air quality and health. Obtenido de https://www.who. int/teams/environment-climate-change-andhealth/air-quality-and-health/health-impacts
Adscripción: LUMAT, Universidad Autónoma de Zacatecas.
que trabaja: Óptica y Fotónica.
Las metasuperficies son una tecnología revolucionaria en el campo de la óptica, la ciencia de la luz. Se trata de superficies artificiales planas, diseñadas para manipular las ondas electromagnéticas como la luz. Estas superficies están compuestas por estructuras pequeñísimas, como nano-antenas o nano-estructuras, que se organizan en patrones específicos para modificar la forma en que la luz se propaga. Esto permite controlar de manera precisa las propiedades de las ondas de luz, como su dirección, polarización y frecuencias, lo que abre un amplio abanico de aplicaciones en áreas como las telecomunicaciones, medicina, sistemas de seguridad y cámaras de celulares.
La historia de las metasuperficies en óptica se remonta a principios de la década del 2000, cuando los investigadores
comenzaron a explorar formas de manipular la luz a través de superficies ultra delgadas con patrones nanoestructurados.
Las metasuperficies son estructuras de dos dimensiones que se diseñan para interactuar con la luz en ciertas longitudes de onda. A diferencia de los materiales convencionales, que interactúan con la luz a través de sus propiedades atómicas, las metasuperficies interactúan con la luz a través de su estructura física. La idea de metasuperficies se inspiró en la estructura de las alas de las mariposas, que pueden producir colores intensos y brillantes sin utilizar pigmentos. Estas alas contienen nanoestructuras que interactúan con la luz de una manera muy específica, creando colores mediante la interferencia y difracción de la luz. Podría decirse que las metasuperficies son una evolución de los metamateriales, que
son materiales tridimensionales con propiedades físicas muy especiales. Las metasuperficies son patrones bidimensionales en la superficie de un material, también con propiedades físicas muy interesantes.
Estos patrones pueden ser creados mediante técnicas como la nano-litografía, pueden tener una variedad de formas y tamaños, y pueden ser diseñados para manipular la luz de maneras específicas. Por ejemplo, una metasuperficie podría ser diseñada para reflejar la luz en una dirección específica, o para enfocar la luz en un punto particular. También pueden ser utilizadas para crear hologramas y otras imágenes tridimensionales. Debido a que las metasuperficies son mucho más delgadas que las lentes convencionales, las metalentes son más ligeras y más fáciles de integrar en dispositivos electrónicos y otros sistemas.
Una de las propiedades más interesantes de las metasuperficies es su capacidad para concentrar y dirigir la luz. Esto dio origen a una de las aplicaciones más importantes de las metasuperficies, la creación de lentes planas ultradelgadas, conocidas como metalentes. Estas lentes utilizan patrones nanoestructurados para enfocar la luz, en lugar de la curvatura de lentes convencionales. La ventaja de las metalentes es que son mucho más delgadas que las lentes convencionales, lo que las hace ideales para su uso en dispositivos pequeños. Esto significa que pueden ser utilizadas para crear cámaras ultra ligeras y compactas para disminuir el peso y el grosor de los dispositivos móviles.
Además, las metasuperficies también pueden ser utilizadas para manipular la polarización de la luz, lo que permite su uso en sistemas de seguridad y cifrado de información. Estas superficies pueden cambiar la polarización de la luz de manera selectiva, lo que significa que pueden ser utilizadas como filtros de polarización en sistemas de transmisión de datos, lo que aumenta la seguridad y
la privacidad. Otra aplicación importante de las metasuperficies es en la creación de pantallas holográficas. Las metasuperficies pueden utilizarse para crear imágenes en 3D sin la necesidad de gafas especiales o proyectores voluminosos. En lugar de eso, la imagen se crea mediante la interferencia de la luz en una metasuperficie especialmente diseñada. De manera similar, las metasuperficies tienen gran potencial en dispositivos ópticos de realidad virtual y realidad aumentada por su pequeñez y ligereza.
En los últimos años, los investigadores han estado explorando nuevas aplicaciones de las metasuperficies en muchas áreas de la ciencia y la tecnología. Se espera que el desarrollo de nuevas técnicas de nanofabricación permita la producción de metasuperficies más grandes, eficientes, versátiles y baratas, lo que abrirá la puerta a una amplia variedad de nuevas aplicaciones en la física y la nanotecnología. Estas estructuras prometen revolucionar la forma en que utilizaremos la luz y abrir nuevas posibilidades para el ser humano.
Imagine las ondas de luz como un desfile de bailarines, todos formados en una fila caminando en una misma dirección, cada uno vibrando al mismo ritmo y moviendo piernas y brazos en diferentes direcciones. La polarización sería como la coreografía de la orientación de los movimientos de brazos y piernas de estos artistas luminosos. Es decir, la polarización, indica la dirección de vibración del campo electromagnético, vibración que es perpendicular a la dirección en la que viaja la luz. Piense en unas gafas de sol como un portón enrejado que sólo deja pasar la luz que vibra en una dirección, filtrando las ondas de luz deslumbrantes que provienen de lugares molestos, permitiendo disfrutar la visión sin resplandores no deseados.
La longitud de onda, en el escenario de este singular desfile, sería la separación entre bailarín y bailarín a lo largo de la fila en la que están desfilando.
Referencias
Es decir, la longitud de onda, indica la separación entre cresta y cresta de las ondas electromagnéticas. Es la distancia a la cual se repite la vibración del campo electromagnético a lo largo de dirección en la que viaja la luz. La longitud de onda está relacionada con la frecuencia de la luz, que está vinculada a la energía de estas ondas, es como el ritmo de la luz, que dicta cuán rápido vibran las ondas de luz. A la frecuencia se le asocia el color de la luz. Por ejemplo, la luz roja tiene ondas que oscilan más lento, como una melodía tranquila, mientras que el azul tiene ondas que vibran más agitadas, como una melodía más enérgica. En nuestra vida cotidiana, esto es evidente cuando observamos un arcoíris, donde las gotas de lluvia separan las diferentes frecuencias de la luz, que se despliegan en un hermoso espectáculo de colores. Las luces LED, por ejemplo, utilizan diferentes frecuencias para crear colores variados en pantallas y señales de tráfico.
1. D. Lin, P. Fan, E. Hasman, M. L. Brongersma, “Dielectric gradient metasurface optical Elements,” Science 345, 298 (2014).
2. I. Moreno, “Optics of the metalens,” European Journal of Physics 43, 065302 (2022).
3. I. Moreno, “Metalentes: Nanotecnología Óptica”, eek: Revista de divulgación científica, https://issuu.com/cozcyt/docs/eek46
Juan Ernesto López Ramos
Adscripción: Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 18 Zacatecas, Instituto Politécnico Nacional.de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Modelos computacionales de predicción de interacciones y búsqueda de biomarcadores en el diagnóstico de enfermedades infecciosas.
Proyecto principal: Búsqueda de fármacos aprobados por la FDA para el diagnóstico de tuberculosis.
Elsa Yamelie Aguayo Martínez ernesto.lopez92@hotmail.com
eyamelie.amtz@gmail.comAdscripción: Posgrado en ciencias farmacobiológicas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.
LGACs que trabaja: Investigación biomédica aplicada y Aplicaciones computacionales en el desarrollo de modelos de predicción.
Proyecto principal: Identificación de epitopes de células T potencialmente inmunogénicos contra el SARS-COV-2 mediante estudios de vacunología reversa.
Las computadoras juegan un papel muy importante en la vida cotidiana de las personas. Estas máquinas de computación son también de utilidad en el área de las ciencias de la salud, y uno de los usos que se le ha dado a la computación es para el diseño de medicamentos.
La obtención de nuevos medicamentos es de suma importancia para el tratamiento de diversas enfermedades que afectan a los seres humanos. Una de esas enfermedades es la tuberculosis (TB). Esta es una enfermedad infecciosa causada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis (Mtb), un bacilo gram positivo de muy lento crecimiento. Aunque la tuberculosis es una enfermedad infecciosa que generalmente afecta a los pulmones, también puede afectar a otros órganos [1]. Esta enfermedad se transmite cuando las personas infectadas con TB expulsan estas micobacterias al aire, contenidas en aerosoles o minúsculas gotas de saliva y llegan a ser inhaladas por individuos expuestos sin infección previa [2].
De acuerdo con un reporte de la Organización Mundial de la Salud (OMS), en 2016 se reportaron cerca de 10.4 millones de casos y 1.4 millones de muertes a causa de la TB, ubicándola como la primera causa de muerte por una enfermedad infecciosa en el mundo, superando al VIH-SIDA. Además, se estima que cerca de 2 a 3 mil millones de personas en el mundo, (aproximadamente una tercera parte de la población) [3], están infectadas con Mtb, pero sólo una proporción relativamente pequeña (5-10%) desarrollarán la enfermedad activa [4]. Es importante saber que la probabilidad de desarrollar TB es mucho más alta en personas inmunodeficientes o inmunocomprometidas; es decir, que su sistema inmune no funciona con la misma eficiencia que el de una persona sana, como es el caso de los infectados con VIH o aquellas personas con enfermedades metabólicas como la diabetes mellitus [5].
Un grave problema es la aparición de cepas de Mycobacterium tuberculosis que son
resistentes a los fármacos normalmente utilizados para su tratamiento, lo cual complica la recuperación de los pacientes, siendo más difíciles y tardados. Durante la última década, se ha vuelto más frecuente encontrar cepas resistentes a los fármacos antituberculosos. Un ejemplo de ello, son las altas frecuencias de infección por cepas resistentes de África, Asia y Norte de Europa [6].
Debido a que actualmente existen distintas cepas resistentes al tratamiento y continuamente surgen nuevas con esta característica, se necesitan nuevos medicamentos que sean eficaces. Para esto, el uso de las herramientas de computación, y en particular un método conocido como “docking molecular”, representa una solución novedosa, que además de ser una metodología rápida también es una alternativa que reduce costos y tiempo en el proceso de diseño y desarrollo de nuevos agentes terapéuticos.
El docking o acoplamiento molecular es una técnica utilizada para la predicción de interacciones químicas entre los medicamentos y blancos farmacológicos, (proteínas) que permite conocer características detalladas del comportamiento de interacción entre dichas estructuras. Este análisis puede sugerir interacciones entre las estructuras analizadas, por lo que resulta una herramienta ampliamente utilizada en la predicción de fármacos [7].
Como primer paso en el análisis de docking molecular, se consultan bases de datos que contienen la información que corresponde con la estructura de las proteínas de interés. Una de las más utilizadas es el Banco de Datos de Proteínas (PDB por sus siglas en inglés, Protein Data Bank), de la cual se obtienen archivos de texto que representan los cristales de las proteínas que funcionarán como receptores durante la simulación computacional de acoplamiento molecular. A su vez, para la visualización de estas proteínas se pueden utilizar softwares de libre acceso que permiten análisis de cristales de proteínas y sus interacciones químicas en tres dimensiones (Figura 1).
En conjunto, estas herramientas computacionales permiten estudiar la interacción entre el receptor y su ligando, para lo cual se obtienen las dimensiones y coordenadas de un cubo que sirve como espacio para delimitar los sitios de interacción entre el receptor y el ligando (Figura 2).
Una vez que se determinan las dimensiones del cubo y las coordenadas de interacción, se pueden probar distintos ligandos como, por ejemplo, algún fármaco (Figura 3).
Así, el docking molecular es una herramienta útil en la identificación y desarrollo de nuevos medicamentos contra un blanco terapéutico. Un ejemplo de blanco terapéutico contra la tuberculosis podría ser una proteína de importancia en la supervivencia de la bacteria Mtb (Figura 1), la cual, al inhibir su actividad impidiendo sus interacciones químicas con moléculas del hospedero, puede limitar su ciclo celular e impedir que pueda desarrollarse dentro del hospedero. El resultado obtenido a través de la metodología computacional sería una alternativa en el tratamiento de la tuberculosis.
En conclusión, el uso de herramientas computacionales, como el docking molecular, representa un gran apoyo en la optimización de recursos económicos en la búsqueda de nuevas estrategias terapéuticas para el tratamiento de diversas enfermedades, incluyendo la Tuberculosis.
Referencias
[1] W. Ketata, W. K. Rekik, H. Ayadi, and S. Kammoun, “[Extrapulmonary tuberculosis].,” Rev. Pneumol. Clin., vol. 71, no. 2–3, pp. 83–92, 2015, doi: 10.1016/j.pneumo.2014.04.001.
[2] R. van Crevel, T. H. M. Ottenhoff, and J. W. M. van der Meer, “Innate immunity to Mycobacterium tuberculosis.,” Clin. Microbiol. Rev., vol. 15, no. 2, pp. 294–309, Apr. 2002.
[3] World Health Organization, Global Tuberculosis report 2018. 2018.
[4] J.-W. Ai, Q.-L. Ruan, Q.-H. Liu, and W.-H. Zhang, “Updates on the risk factors for latent tuberculosis reactivation and their managements.,” Emerg. Microbes Infect., vol. 5, p. e10, Feb. 2016, doi: 10.1038/emi.2016.10.
[5] WHO, “WHO Global tuberculosis report 2016,” World Heal. Organ. Press, pp. 26–27, 2016, doi: ISBN 978 92 4 156539 4.
[6] V. N. Chihota et al., “Population Structure of Multi- and Extensively Drug-Resistant Mycobacterium tuberculosis Strains in South Africa,” J. Clin. Microbiol., vol. 50, no. 3, pp. 995–1002, Mar. 2012, doi: 10.1128/JCM.05832-11.
[7] M. Velásquez, J. Drosos, C. Gueto, J. Márquez, and R. Vivas-Reyes, “Método acoplado Autodock-PM6 para seleccionar la mejor pose en estudios de acoplamiento molecular ,” Revista Colombiana de Química , vol. 42. scieloco , pp. 101–124, 2013.
Carmen Judith Serrano Escobedo
Breve Semblanza carmenyuyu2000@yahoo.com.mx
Adscripción: Unidad de Investigación Biomédica Zacatecas (UIBMZ) Instituto Mexicano del Seguro Social LGACs que trabaja:Mecanismos de susceptibilidad de los pacientes con Diabetes mellitus tipo 2 al desarrollo de tuberculosis
Proyecto principal:Presentación de antígenos micobacterianos por células dendríticas de pacientes con Diabetes mellitus tipo 2
La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa que afecta en la mayoría de los casos los pulmones de una persona causando su destrucción. Se transmite por vía área de una persona con TB pulmonar a otra en la cercanía. Cuando el enfermo tose, habla o expectora, lanza al aire gotas de saliva que contienen a Mycobacterium tuberculosis (Mtb), la bacteria causante de la enfermedad y que al ser inhalada por personas cercanas viaja hasta sus pulmones donde puede establecerse y causar TB pulmonar o diseminarse a otros órganos. Por otro lado, la Diabetes mellitus tipo 2 (DM2), es una enfermedad metabólica que es la tercera causa de muerte en México y constituye una epidemia mundial que crece aceleradamente. Se caracteriza por la presencia de altos niveles de glucosa en la sangre de los pacientes, mientras que paradójicamente sus órganos carecen de
energía para realizar sus funciones de manera adecuada. Con el tiempo los pacientes con DM2 desarrollan complicaciones, que a la larga son mortales. Se calcula que las personas con DM2 tienen tres veces más riesgo para infectarse y desarrollar TB, por lo que se considera que TB y DM2 son dos epidemias que colisionaron y forman una tercera.
Las personas con DM2 que desarrollan TB tienen muy mal pronóstico, pues no responden adecuadamente al tratamiento antibiótico contra TB, por lo que tardan más tiempo en curarse, teniendo también más probabilidad de morir por TB o de tener recaídas.
El sistema inmune es la red de células que nos defiende contra la invasión de los agentes patógenos y tiene dos ramas, la inmunidad innata y la adaptativa. La línea
de investigación de la Dra. Serrano estudia los mecanismos celulares de la inmunidad innata que podrían ser responsables de la susceptibilidad de los pacientes con DM2 a desarrollar TB. Particularmente se enfoca en los macrófagos, que son células muy importantes del sistema inmune en la defensa contra Mtb. Los macrófagos fagocitan (engullen) a Mtb cuando la detectan en el pulmón y tienen la capacidad de eliminarla mediante la producción de moléculas tóxicas para la bacteria. Además, también tienen la capacidad de secretar citocinas y quimiocinas (sustancias solubles) que son la señal química para que otras células del sistema inmune migren al sitio de la infección y ayuden a controlarla.
En el primer trabajo de la Dra. Serrano, usando el usando el modelo ex vivo de macrófagos derivados de monocitos (MDM),
se evaluaron si las funciones primordiales del macrófago como fagocitosis, expresión de moléculas de presentación de antígeno y de activación, la eliminación de la micobacteria fagocitada y la producción de citocinas y quimiocinas están afectadas en las células de pacientes con DM2. Se aportó evidencia de que los macrófagos de pacientes con DM2 tienen una respuesta alterada, particularmente contra cepas virulentas de Mtb en términos de: a) Sus marcadores de activación (importantes para presentación de antígeno). b) Producción de señales inflamatorias (cruciales en la etiología de la TB). c) Asociación con el bacilo y la subsecuente actividad microbicida (doi: 10.1590/007402760170326). Sabiendo que DM2 influencia la actividad de los macrófagos contra Mtb, la siguiente pregunta en la investigación fue si impacta incluso los fenotipos de los monocitos (las células precursoras de los macrófagos) y de los MDM de los mismos pacientes. Sobre este trabajo se reportó que la DM2: a) Altera los subtipos de monocitos (clásicos y no clásicos), b) Disminuye la expresión de HLA-DR, CD86 y CD163 (moléculas muy importantes para presentación de antígeno y control de la inflamación), tanto en monocitos como en los macrófagos que se derivan de ellos (MDM), c) La expresión de las moléculas que disminuyeron durante la DM2, correlacionó inversamente con el grado de control metábolico/glicémico de los pacientes (doi: 10.1016/j.jdiacomp.2020.107708). Estos resultados sugieren que DM2 altera marcadores de superficie asociados con funciones primordiales del macrófago y su
comunicación con otras células del sistema inmune, lo que puede traducirse en desregulación inmune y la susceptibilidad a patógenos que se presenta en los pacientes con DM2. Es decir, que a medida que un paciente tiene peor controlada su DM2, es más baja la expresión de moléculas importantes para la inmunidad. En el trabajo más reciente, el equipo de investigación coordinado por la Dra. Serrano evaluó si la comunicación mediada por factores solubles (efecto bystander), entre los macrófagos infectados con Mtb y los monocitos en la cercanía es distinta en los individuos con DM2 comparado a personas que no cursan con DM2. Evaluaron la capacidad del secretoma (medio de cultivo de los MDM infectados in vitro con Mtb) para inducir la diferenciación de monocitos y afectar su capacidad para eliminar Mtb (doi: 10.1111/imcb.12497). En este reporte mostraron que la DM2 altera: a) La activación de los macrófagos y el efecto bystander, b) La expresión basal de moléculas implicadas en la interacción de los macrófagos con Mtb y en la presentación de antígeno, c) La secreción de señales pro y anti inflamatorias. No siendo por otro lado afectada, la fagocitosis y la eliminación de Mtb mediada por efecto bystander. Estos resultados implican que durante la DM2 la función anormal de monocitos y macrófagos podría influenciar la eficiencia de la respuesta inmune adaptativa (ej, presentación de antígeno), al tiempo que empeoraría la patología en el pulmón por el incremento de señales inflamatorias. El entendimiento de estas vías de interacción a nivel celular y molecular donde se
intersectan las patologías DM2 y TB, permitiría un mejor manejo de los pacientes con DM2 disminuyendo la probabilidad de que desarrollen TB y las complicaciones que se dan cuando las dos enfermedades se establecen simultáneamente en el mismo paciente. Esto tiene importancia a nivel global, pues en todo el planeta existen pacientes con DM2, lo que es un creciente obstáculo para el control mundial de la TB. Además, el entendimiento de cómo interaccionan DM2 y TB sugiere que hay que concientizar a los pacientes con DM2 sobre el autocontrol de su enfermedad y alertarlos sobre el posible desarrollo de TB, evitando la comorbilidad TB-DM2 que representa una doble carga para el paciente y para el sistema de salud.
Se tiene la disponibilidad para colaborar en proyectos de investigación biomédica, principalmente relacionados con los temas de tuberculosis y diabetes. La UIBMZ, IMSS cuenta con equipos de alta tecnología disponibles para ser utilizados por otros investigadores a través de colaboraciones. Tales equipos e instalaciones comprenden: citómetro de flujo, lector de microarreglos, equipo para fabricación de tiras reactivas, laboratorio de nivel de bioseguridad 3 (BSL-3).
Las vías a través de las que la Dra. Serrano puede colaborar son como tutor de estudiantes de servicio social del área biomédica, tutor de tesis de licenciatura, maestría y doctorado, así como asesor metodológico de tesis de residencia médica.
Biomarcadores provenientes de plaquetas para su uso en el diagnóstico de cáncer
Luis Alberto Burciaga Hernández
Adscripción: Maestría en Ciencias Biomédicas en la Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Biología Molecular. Proyecto principal: Análisis integral del proteoma y transcriptoma implicado en el desarrollo del cáncer de mama en la población femenina mexicana.
Gretel Mendoza Almanza luis.abhernandez94@hotmail.com grmendoza@conacyt.mx
Adscripción: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Biotecnología, Biología Molecular. Proyecto principal: Análisis integral del proteoma y transcriptoma implicado en el desarrollo del cáncer de mama en la población femenina mexicana.
El cáncer es una enfermedad capaz de producir el crecimiento descontrolado de células en cualquier tejido u órgano. Este crecimiento puede causar grandes daños si no se diagnostica y se trata a tiempo. Al ser la principal causa de muerte a nivel mundial, se vuelve imprescindible ampliar los métodos de detección temprana de la enfermedad e incrementar las probabilidades de éxito de los tratamientos. Los biomarcadores moleculares de cáncer, utilizados para la detección, pronóstico y diagnóstico de la enfermedad, han tomado gran interés debido a la precisión en el diagnóstico temprano de esta enfermedad. Recientemente se investiga la posibilidad de usar biomarcadores de cáncer presente en muestras como sangre. En particular, los biomarcadores provenientes de plaquetas pueden tener una excelente aplicación en la detección de enfermedades como el cáncer debido a la capacidad que tienen las plaquetas de recolectar infor-
lado y puede llevar incluso a la muerte si no se diagnostica y se trata a tiempo. Al ser la principal causa de muerte en el mundo [1] se vuelven imprescindibles los estudios enfocados al diagnóstico y tratamiento, y los biomarcadores moleculares son la principal herramienta actualmente en el diagnóstico. Los biomarcadores son biomoléculas que se encuentran en la sangre, líquidos, tejidos u órganos del cuerpo y cuya presencia es un signo de un proceso normal o anormal; los cuales han tomado gran relevancia en los últimos años debido a sus prometedoras aplicaciones en diagnóstico y pronóstico de distintas enfermedades, como: cardiopatías, infecciones, inflamaciones y cáncer, entre otras [2]. También pueden presentarse como respuesta a un tratamiento para una enfermedad o afección [3].
Biomarcadores en Cáncer
En los últimos años han surgido nuevos métodos de detección del cáncer, entre ellos se encuentran las tomografías computarizadas y mamografías, las cuales permiten detectar tumores en etapas más tempranas, es decir, cuando aún el paciente se encuentra
asintomático [4]. Sin embargo, el estándar de oro para diagnóstico y tratamiento, hasta ahora, sigue siendo la biopsia de tejido tumoral para el análisis de alteraciones genéticas relacionadas con tumores y otros biomarcadores de cáncer. A pesar de ello, la información obtenida de las biopsias solo permite detectar un punto del mapa, y al ser un método muy invasivo dificulta la recolección de más muestras para confirmación o futuros estudios [4].
Con base en estos antecedentes, se han buscado nuevos biomarcadores asociados a tumores provenientes de distintas fuentes biológicas, como la sangre [5].
Dentro de la sangre se encuentran distintas células que contienen biomarcadores asociados a tumores: células tumorales circulantes (CTC), células endoteliales circulantes (CEC), además de biomoléculas marcadoras dentro del plasma y suero que contienen vesículas extracelulares (EV), DNA libre circulante (cfDNA), RNA, proteínas plasmáticas, metabolitos y plaquetas educadas por tumores (TEP) [5]. Se ha demostrado que estas biomoléculas inmersas en la sangre tienen un potencial para el diagnóstico y pronostico del cáncer basado en sangre [5].
Biomarcadores Plaquetarios
En los últimos años se ha demostrado la contribución de las plaquetas en actividades inmunitarias e inflamatorias y en enfermedades como el cáncer [2]. Aquellas plaquetas que han tenido algún contacto con las células tumorales, ya sea directo por la unión célula-célula o por medio de intercambio de moléculas, sufren cambios denominados “educación” de las plaquetas, las cuales por diferentes mecanismos ayudan al crecimiento del tumor y aceleran la capacidad de metástasis de las células tumorales [5]. Actualmente se ha demostrado que las biomoléculas asociadas a tumores se transfieren a las plaquetas, lo que conduce a su “educación” [4]. Las plaquetas educadas por tumores (TEP) se consideran respondedoras locales y sistémicas en presencia de cáncer [5], secuestrando RNA derivado de vesículas extracelulares y proteínas [2], alterando su perfil de transcritos y brindando información sobre los nichos metastásicos donde han circulado [4], permitiendo utilizar esta información en diagnósticos tempranos y pronósticos de distintos tipos de cáncer.
En la Figura 1 se ilustran los principales biomarcadores evaluados
Aplicaciones
La aplicación de los biomarcadores plaquetarios está enfocada al desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico basados en plaquetas educadas por tumores, para detectar distintos tipos de cáncer, como: cáncer de páncreas, cáncer de pulmón de células no pequeñas, neuroblastomas, cáncer de mama; en los cuales la detección de la enfermedad se da en estudios avanzados por la falta de manifestaciones clínicas de dicha enfermedad, lo que reduce la probabilidad de éxito en las terapias. Al utilizar biomarcadores plaquetarios específicos para algún tipo de cáncer se podrá, en un futuro, detectar más fácilmente la enfermedad y, las posibilidades de éxito de las terapias aumentarán significativamente.
en plaquetas para detección y progresión de cáncer; se tienen reportes de proteínas y citocinas pro inflamatorias como la vimentina, que se encuentra en el microambiente tumoral, pero que se ha encontrado altamente expresada en plaquetas y que su evaluación en pacientes asintomáticos de cánceres podría ayudar en el diagnóstico de dichas enfermedades; otra biomolécula evaluada en plaquetas es el RNA. Las plaquetas tienen la capacidad de ingerir RNA proveniente de nichos metastásicos y almacenarlo [4] brindando una oportunidad para poder evaluar expresión de genes vinculados a distintos tipos de cáncer a partir de plaquetas. Dicha información puede utilizarse en diagnósticos tempranos basados en perfiles de expresión de genes en personas con desarrollo temprano del cáncer.
En la tabla 1 se enlistan distintos biomarcadores de cáncer en base a distintas investigaciones de distintos autores, recopilando información en distintos tipos de cáncer a nivel de plaquetas, información importante para la toma de decisiones respecto a futuras investigaciones relacionadas a biomarcadores plaquetarios.
Conclusiones
Los biomarcadores plaquetarios para cáncer son una prometedora fuente de información que se puede aplicar en el diagnóstico temprano de la enfermedad en el caso de los tipos de cáncer difíciles de diagnosticar hasta que se encuentra en una etapa avanzada. También pueden tener utilidad en el pronóstico de la enfermedad, analizando cómo está evolucionando el cáncer y si los tratamientos para contrarrestarlo están dando buenos resultados o si se debe de dar otro enfoque respecto al tratamiento del paciente.
Biomarcadores plaquetarios
Proteínas y citocinas Factores y moléculas asociadas
RNA
Nombre Naturaleza del biomarcador Tipo de cáncer en el que se ha evaluado Ref
VEGF bFGF TGF- β
Vimentina P- Selectina Trombina Twis Snail Slug TPM3
PF4 TAC1
PAF
PG
Factores proangiogénicos
Proteínas
Factores transcripcionales RNA Factor lipídico
Cáncer de ovario
Cáncer de mama
Cáncer pancreático
Cáncer de pulmón de células no pequeñas.
Cáncer de mama
Cáncer colorectal
Cáncer de ovario
Cáncer de próstata
Cáncer pancreático
Cáncer de mama
Cáncer de pulmón
Cáncer de próstata
Cáncer de mama
Cáncer de pulmón de células no pequeñas
Cáncer pancreático
Cáncer de mama
Cáncer de pulmón
VEGF: Factor de crecimiento endotelial vascular; Factor de crecimiento de fibroblastos Básicos (bFGF); TPM3 (Tropomiosina 3); PF4 (Factor plaquetario 4); TAC1 (Precursor de taquicina); Factor activador de plaquetas (PAF); Prostaglandina (PG); Factor de crecimiento transformante β (TGF-
Referencias
1.- World Health Organization. (2020). Global Cancer Observatory (GLOBOCAN). Obtenido de https://gco.iarc.fr/
2.- Institutos Nacionales de la Salud. (2021). Instituto Nacional del Cáncer. Obtenido de https://www.cancer.gov/
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Molecular Cell.
Leticia Robles Saucedo
Adscripción: Unidad Académica
Preparatoria Plantel 2.
LGACs que trabaja: Química y Ecología.Proyecto principal: Ecología y Estructura y funcionamiento de factores abióticos.
Luis Carlos Ortiz Dosal le_robles@uap.uaz.edu.mx ortiz.dosal.lc@uaz.edu.mx
Adscripción: Universidad Autónoma de Zacatecas, Maestría en Ingeniería y Ciencia de los Materiales.
LGACs que trabaja: Nanomateriales, caracterización de materiales, materia blanda. Proyecto principal: Inmunosensores ópticos y eléctricos.
¡Donde quiera que mires siempre habrá algo que ver!
Todos los días nos encontramos con materiales y sustancias con propiedades únicas e interesantes que tal vez por la cotidianidad las pasamos por alto. Un ejemplo de dichas sustancias son los fluidos no newtonianos. Sin duda el lector habrá observado que cuando destapa un envase de pasta dental dicha pasta no sale del envase a menos que uno lo apriete para ponerlo en el cepillo, o tal vez se haya preguntado mientras pintaba su casa o sus uñas porque la pintura fluye al ser aplicada con la brocha pero en la pared y las uñas se queda “quieta”. O el caso contrario, al preparar un pastel y utilizar fécula de maíz con agua esta se comporta como un sólido si se golpea rápidamente, pero fluye si se toca lentamente; tal como en algunas películas donde aparecen arenas movedizas estas parecen ser sólidas pero cuando se les aplica una fuerza, por ejemplo el peso de una persona que camine sobre ellas, se vuelven líquidas. La respuesta a estas observaciones es que se trata de fluidos no newtonianos. A continuación, explicaremos que son y porque se comportan de esta manera.
Primero algunos conceptos básicos.
Toda la materia que vemos a diario se encuentra en uno de los siguientes estados de agregación: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Existen también algunos que no se forman de manera natural en nuestro entorno como el condensado de Bose-Einstein. La diferencia entre estos estados es la fuerza con la que se atraen los átomos o moléculas que los componen (fuerzas de cohesión). De estos cuatro estados, tres, son fluidos: líquido, gas y plasma; es decir, cuando se aplica una fuerza sobre ellos las partículas que los componen pueden moverse. A este cambio de posición al ser sometidos a una fuerza, se le conoce como fluir. Pero entonces, ¿por qué la miel fluye con menos facilidad que el agua?
La respuesta, se debe a la fuerza de fricción entre las capas del fluido en movimiento, a la medida de esta fuerza de fricción es la viscosidad, es decir, la resistencia que opone una sustancia a fluir: mientras más viscosa sea una sustancia se requiere más energía para hacerla fluir, ya que una mayor cantidad de energía se perderá por fricción. A la ciencia que estudia cómo fluye la materia se le conoce como reología. Esta fricción se debe a las características estructurales de las partículas que componen a estos fluidos, compuestos por ejemplo de polímeros los cuales serán más viscosos ya que las cadenas que los constituyen tendrán más resistencia a fluir que un líquido más simple como el agua.
Fluidos newtonianos y no newtonianos
Ahora que hemos definido que es la viscosidad podemos clasificar a los fluidos entre newtonianos y no newtonianos. Los primeros tienen un valor constante de viscosidad y cuando se les aplica un esfuerzo de deformación, dicha viscosidad, es lineal, es decir, a medida que se aumente el esfuerzo, fluirán a mayor velocidad, tal y como se muestra en la Figura 1. La línea en rojo representa a un fluido newtoniano el cual tiene una relación lineal entre el esfuerzo o deformación, y la velocidad a la cual fluye. Un ejemplo de un fluido newtoniano es el agua, si pensamos en agua agitándose en un vaso la velocidad con la que fluye varía linealmente con la fuerza con la que se está agitando.
Otros ejemplos de fluidos que tienen este comportamiento son el aire, la gasolina y el alcohol etílico. Los fluidos no newtonianos en cambio, tienen una viscosidad que no es constante y esta varía con la temperatura y la fuerza que se les aplique. Algunos ejemplos de fluidos no newtonianos, son: la leche, el lodo, la plastilina y la masa para hacer pan. Es importante señalar que estos comportamientos tienen que ver con cómo se mueven las partículas que conforman el fluido bajo una fuerza mecánica. Los fluidos no newtonianos pueden clasificarse según su comportamiento como se explica a continuación.
Fluidos con viscosidad dependiente del esfuerzo aplicado
Existen fluidos cuya viscosidad no cambia con la duración del esfuerzo aplicado sino con la intensidad de este. Los fluidos dilatantes son aquellos cuya viscosidad aumenta al incrementar el esfuerzo que se les aplica, como se muestra en la curva verde de la Figura 1. Tal es el caso de la fécula de maíz en agua: una persona puede saltar sobre la fécula de maíz y parecerá que es sólida, pero si deja de saltar se hundirá como si estuviera parado en un líquido. El caso contrario son los fluidos cuya viscosidad disminuye al aumentar el esfuerzo. A estos fluidos se les conoce como pseudoplásticos, representados en la Figura 1 por la curva rosa. Algunos ejemplos, son: los ya mencionados barniz de uñas y pintura para casas, la salsa cátsup, la sangre. Entre los fluidos cuya viscosidad depende del esfuerzo aplicado, encontramos los plásticos y pseudoplásticos de Bingham (curva azul y línea morada en la Figura 1), que deben su nombre al matemático que propuso el modelo de su comportamiento, Eugene C. Bingham, los cuales no fluyen hasta que se alcanza un valor inicial de esfuerzo por lo que a bajos esfuerzos, se comportan como sólidos y a altos, como fluidos. El ejemplo más claro de un plástico de Bingham es, como ya se anotó, la pasta de dientes, la cual requiere que se apriete el envase con cierta fuerza para comenzar a fluir. Otros ejemplos son la mayonesa, la mostaza y el chocolate.
Figura 1. Viscosidades de fluidos newtonianos y no newtonianos de acuerdo al esfuerzo o deformación aplicada y a su velocidad para fluir. La línea roja representa un fluido newtoniano cuya viscosidad permanece constante a medida que aumentan el esfuerzo y la velocidad. La curva verde representa a un fluido no newtoniano dilatante cuya viscosidad aumenta al aumentar el esfuerzo que se le aplica. La curva rosa es la viscosidad de un fluido no newtoniano pesudoplástico que disminuye a medida que aumenta el esfuerzo de deformación. La línea morada y la curva azul representan las viscosidades de un plástico y pseudoplástico de Bingham, respectivamente, las cuales requieren un valor incial de esfuerzo para empezar a fluir.
Fluidos con viscosidad dependiente del tiempo
Como su nombre lo indica, en este tipo de fluidos no newtonianos la viscosidad cambia en función del tiempo. Se denominan fluidos tixotrópicos a los que mientras más tiempo estén sometidos a un esfuerzo, menor es su viscosidad aparente, como se muestra en la Figura 2 con la curva amarilla. Nos daremos cuenta que mientras más lo untemos, fluirá con mayor facilidad. Algunos ejemplos son: el yogurt, la gelatina y la crema de cacahuate. El caso contrario a este comportamiento es el de los fluidos reopécticos, los cuales son muy raros y su viscosidad aumenta a medida que aumenta el tiempo que están bajo un esfuerzo (curva naranja en la Figura 2). El ejemplo más común de este tipo de comportamiento, es la tinta de las impresoras y el yeso.
Figura 2. Fluidos no newtonianos tixotrópicos (curva amarilla) y reopécticos (curva naranja). Los primeros se caracterizan por disminuir su viscosidad mientras más tiempo estén sometidos a un esfuerzo. Los reopécticos por el contrario, su viscosidad aumenta al aumentar el tiempo de exposición al esfuerzo. La línea roja representa la viscosidad para un fluído newtoniano.
Además de la importancia que tienen comercialmente los ejemplos de fluidos no newtonianos descritos anteriormente, sus propiedades pueden ser aprovechadas de forma innovadora. A continuación, se describen algunas de estas aplicaciones. Los fluidos dilatantes permitieron el desarrollo de la armadura líquida [1] ya que se comportarán como un sólido al recibir el impacto de un proyectil. Esta tecnología se está utilizando para aplicaciones deportivas tales como cascos de futbol americano y otros deportes reduciendo el impacto a más de la mitad que la espuma utilizada hasta ahora en dichas aplicaciones [2]. También se utilizan en algunas fundas protectoras de teléfonos celulares, para reducir el daño que sufren al tirarlos. En general, los dilatantes admiten trabajar en diseños donde se permite la flexibilidad a baja velocidad y se eviten los impactos a alta velocidad. Es importante señalar que todos los polímeros que se pueden reciclar tienen un comportamiento no newtoniano cuando están fundidos, por lo que a nivel industrial se utilizan cotidianamente. Incluso en nuestros autos, el líquido de la transmisión disminuye su viscosidad si aumenta la temperatura y el etilenglicol, que es la base del líquido del radiador, cambia su viscosidad con la presión. Podemos concluir que muchos de los productos que utilizamos a diario son fluidos no newtonianos, estudiados en la actualidad para aprovechar su comportamiento sorprendente.
Referencias
1. Atherton K, D. (3 de abril de 2015). Poland developing liquid armor https://www.popsci.com/poland-developsbulletproof-liquid-armor/
2. Toran. D y Britton, B (4 de abril de 2017). ‘Orange goo’ is used in armor for soldiers and football players https:// edition.cnn.com/2017/03/27/tech/d3o-orange-gel/ index.html
El estrecho vínculo entre la enfermedad periodontal y la artritis reumatoide.
La prevalencia de la enfermedad periodontal (EP) en los últimos años se ha duplicado entre los pacientes que padecen artritis reumatoide (AR) en comparación con la población en general. La asociación entre la EP y el riesgo de desarrollar AR ha sido objeto de investigaciones epidemiológicas, clínicas y de ciencias básicas en los últimos tiempos [1].
Adscripción: Maestría en Ciencias Biomédicas, Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Inmunología
Proyecto principal: Evaluación de vías de señalización en Artritis Reumatoide
¿Qué es la artritis reumatoide?
¿Qué es la enfermedad periodontal?
Adscripción: Laboratorio de Inmunotoxicología y Terapéutica Experimental, Unidad Académica de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Zacatecas.
LGACs que trabaja: Ciencias ambientales con enfoque en Salud
Proyecto principal: Aspectos ambientales con incidencia en la Inmunotoxicología y Cáncer
La artritis reumatoide (AR) es una enfermedad crónica y sistémica que en general afecta a las articulaciones con mayor movimiento, es decir: rodillas, codos y manos; en esta enfermedad se conoce que el organismo de la persona reconoce como extraño componentes propios, lo que guía a un desgaste y destrucción de la articulación, produciendo dolor, inflamación y deformidad. A este tipo de enfermedades se les conoce como enfermedades autoinmunes. La AR puede desarrollarse por diversos factores tanto ambientales como genéticos. Sin embargo, aún se desconoce exactamente la causa de esta enfermedad. La AR es más común que aparezca en mujeres que en hombres [2].
La enfermedad periodontal (EP) es una condición inflamatoria del tejido de soporte dental, que provoca la pérdida de uno o varios dientes. La EP es provocada por microorganismos patógenos, los cuales, se acumulan entre los dientes y la encía. A esta acumulación se le conoce como biopelículas de microorganismos (biofilm en inglés). Se sabe que hay cerca de veinte tipos de microorganismos presentes en el biofilm. Sin embargo, una de las bacterias más comunes es la Porphyromona gingivalis (P. gingivalis). Existen diversos factores ambientales y genéticos que contribuyen al desarrollo de esta enfermedad.
Curiosamente, la EP predomina principalmente en hombres [3].
¿Cuál es la relación entre la AR y la EP?
Diferentes estudios muestran que EP puede afectar negativamente el proceso de AR y por el contrario la AR afectar la EP. Ambas enfermedades comparten características clínicas y patológicas similares. En este sentido, hay células, proteínas y estructuras que se comparten en los huesos de las articulaciones de las extremidades, así como en el hueso del área bucal. Los huesos de forma normal están en constante remodelación ósea, es decir, hay degradación y formación de hueso, pero, cuando ambas enfermedades se presentan de manera simultánea, la destrucción del hueso se acelera de manera progresiva e irreversible. Sin embargo, otros autores especulan que la destrucción ósea y del cartílago de las articulaciones podría ser condicionada por la presencia de P. gingivalis, denotando de manera implícita la relación entre la AR y EP [3,4].
Un vistazo más profundo: ¿Cómo se desencadena la AR por la EP?
En el humano, para que algunas proteínas realicen sus funcionen normales, es necesario que estén citrulinadas, es decir, se añada un grupo citrulina, el cual es agregado por la enzima Peptidil Arginina Deiminasa (PAD). En algunos casos, se ha observado que algunas personas reconocen como extrañas estás proteínas citrulinadas y empiezan a generar defensas conocidas como anticuerpos anti-péptidos citrulinados cíclicos (ACCP). Estos anticuerpos, participan en el desarrollo y la progresión de la AR. A menudo, los ACCP son empleados en el diagnóstico de la AR debido a su alta especificidad [5].
Por otro lado, es importante mencionar que, la bacteria P.gingivalis presente en la EP, produce una enzima muy similar a la enzima PAD del humano y puede citrulinar proteínas, condición que estaría contribuyendo al desarrollo de la AR debido al incremento de la citrulinación de proteínas. Por lo anterior, es importante tener una buena higiene bucal para evitar el desarrollo de estas bacterias, que podrían estar involucradas en enfermedades aún más complejas e incapacitantes [6].
Factores que contribuyen al avance de la EP y la AR [7]
1. Genes de susceptibilidad.
2. Consumo de tabaco.
3. Infecciones virales por Epstein-Barr y citomegalovirus.
4. Deficiente higiene bucal.
5. Estilo de vida sedentario.
¿Cómo podemos prevenir la EP y la AR?
1. Cepillar los dientes un mínimo de dos veces al día con cepillos de filamentos suaves de punta redondeada, usar seda dental y/o cepillos interproximales a diario.
2. Evitar el consumo de tabaco.
3. Realizar limpiezas bucales de forma periódica con un profesional.
4. Empleo de enjuagues bucales antisépticos en los pacientes con enfermedad periodontal.
Referencias
1. Berthelot, J.-M., & Le Goff, B. (2010). Rheumatoid arthritis and periodontal disease. Joint, Bone, Spine: Revue Du Rhumatisme, 77(6), 537–541. https:// doi.org/10.1016/j.jbspin.2010.04.015
2. Artrosis (A). (s/f). Manual MSD versión para profesionales. Recuperado el 8 de agosto de 2022, de https://www.msdmanuals.com/es-mx/professional/trastornos-de-los-tejidos-musculoesquelético-yconectivo/enfermedades-articulares/artrosis-a
3. Leech, M. T., & Bartold, P. M. (2015). The association between rheumatoid arthritis and periodontitis. Best Practice & Research. Clinical Rheumatology, 29(2), 189–201. https://doi.org/10.1016/j. berh.2015.03.001
4. Kaur, S., White, S., & Bartold, M. (2012). Periodontal disease as a risk factor for rheumatoid arthritis: A systematic review. JBI Library of Systematic Reviews, 10(42 Suppl), 1–12. https://doi.org/10.11124/jbisrir-2012-288
5. Li, R., Tian, C., Postlethwaite, A., Jiao, Y., Garcia-Godoy, F., Pattanaik, D., Wei, D., Gu, W., & Li, J. (2017). Rheumatoid arthritis and periodontal disease: What are the similarities and differences? International Journal of Rheumatic Diseases, 20(12), 1887–1901. https://doi.org/10.1111/1756-185x.13240
6. Artritis reumatoide: ¿cómo se relaciona con la enfermedad periodontal? (s/f). Perioexpertise.es. Recuperado el 8 de agosto de 2022, de https://www. perioexpertise.es/articulo/artritis-reumatoidecomo-se-relaciona-con-la-enfermedad-periodontal
7. Periodontitis y artritis reumatoide: una vinculación cada vez más clara : SEPA. (s/f). Sepa.Es. Recuperado el 8 de agosto de 2022, de https://www.sepa. es/web_update/periodontitis-y-artritis-reumatoideuna-vinculacion-cada-vez-mas-clara/
Introducción
La luz está presente durante toda nuestra vida. Nos encontramos inmersos en una atmósfera luminosa; por ejemplo, la luz del sol y los rayos eléctricos de una noche lluviosa son manifestaciones naturales que se generan de forma evidente e independiente de la acción humana. Aunque también podemos generar luz con el fuego, ya sea con una vela, una linterna de petróleo o una simple fogata, es hasta la época moderna cuando la tecnología comenzó a iluminarnos de forma artificial a partir de la invención del bulbo incandescente de Thomas Alba Edison. Los métodos artificiales para la generación de luz visible (luz que podemos ver) pueden clasificarse por el tipo de radiación, como fuentes incoherentes y coherentes. Las fuentes de luz incoherentes emiten un flujo luminoso que incluye un gran número de longitudes de onda (colores) de forma aleatoria y en todas direcciones, que se dice es luz blanca como la generada por el sol o los focos incandescentes [1]. Las fuentes de luz coherentes reciben este nombre debido a dos características principales. La primera es que emiten luz con un color bien definido, a lo que se conoce como monocromaticidad; o bien, se dice que poseen coherencia temporal. Además, las fuentes coherentes emiten su luz de forma concentrada en una dirección bien definida, generalmente en línea recta, por lo que se dice que poseen coherencia espacial. En el experimento propuesto en este artículo, describiremos cómo la luz coherente se puede polarizar y luego usarse con el fin de activar una señal eléctrica para controlar el encendido y apagado de una fuente de luz led, aplicando la Ley de Malus [2].
Luz polarizada y polarizadores
El láser es actualmente la fuente de luz coherente más popular por sus aplicaciones en la vida diaria, en la industria, en el sector médico y militar, por nombrar algunas áreas. La luz láser representa una onda electromagnética; si la onda que emite el láser oscila de forma constante dentro del plano generado por las coordenadas x − z (ver la Figura 1), en este caso se dice que la onda tiene polarización lineal vertical. A pesar de que el láser puede emitir luz polarizada linealmente, en diversas aplicaciones es necesario identificar la dirección de la polarización, pero esta no se puede identificar a simple vista. El método más práctico es mediante el empleo de un par de polarizadores dicroicos [3].
Representación
una onda de luz láser con dirección de propagación en dirección a lo largo del eje z. El vector de polarización se muestra como una flecha punteada, que oscila en el plano x − z. La amplitud del vector es cero en el origen de coordenadas, luego varía de un valor A hasta -A de manera periódica. (b) El punto al final de la onda, visto de frente en un periodo de tiempo, describe las posiciones del vector formando una línea recta que corresponde a la polarización lineal en dirección vertical.
Los polarizadores dicroicos, también llamados polarizadores de absorción selectiva, se fabrican utilizando hojas plásticas flexibles a las que les añaden una película delgada que permite el paso de la luz polarizada
Guillermo García Torales
garcia.torales@academicos.udg.mx
Adscripción: Departamento de Electro-fotónica, CUCEI. Universidad de Guadalajara.
LGACs que trabaja: Instrumentación Óptica, Electrónica y Fotónica. Cuerpo Académico
UDG-CA-499
Roberto Carlos Barragán Campos
roberto.barragan.c@academicos.udg.mx
Adscripción: Departamento de Electro-fotónica, CUCEI. Universidad de Guadalajara.
LGACs que trabaja: Instrumentación Óptica, Electrónica y Fotónica. Cuerpo Académico
UDG-CA-499
únicamente cuando esta coincide con el eje de transmisión del polarizador (ET-P).
La posición del eje de transmisión define la orientación de vibración de la luz polarizada. Así, se puede seleccionar indistintamente el eje en dirección horizontal, vertical o incluso definir un ángulo respecto del eje de propagación de la luz. Por ejemplo, si se utiliza un láser polarizado, al colocar el polarizador frente a su luz y al rotarlo sobre su eje de propagación, la intensidad de la luz variará, obteniendo la intensidad máxima cuando el ET-P sea paralelo al eje de polarización de la luz láser. Una vez que se conoce el eje de trasmisión del polarizador, si se coloca un segundo polarizador, llamado analizador, se puede mantener fijo el valor máximo de intensidad en el polarizador y modificarlo rotando ahora sólo el analizador. Al eje de transmisión del analizador lo llamamos ET-A. La rotación del analizador generará una secuencia de valores de intensidad luminosa definida por la ley de Malus, cuya ecuación es [4]:
La ley de Malus establece que la variación de la intensidad a la salida del analizador I es proporcional al producto de la intensidad de la luz incidente I0 por el coseno cuadrado del ángulo θ, formado entre el eje de transmisión del analizador y el eje de referencia horizontal. Por lo tanto, se puede controlar el valor máximo y mínimo de la luz colocando los ET-P y ET-A ya sean paralelos ( θ =0° ó θ =180°) o perpendiculares (θ =90° ó θ =270°).
A continuación, se describe un experimento en el cual se muestra como, a partir de un valor de referencia de la luz emitida por un láser, se puede controlar el encendido y apagado de un diodo led. Los materiales empleados para realizar este experimento son los siguientes:
1. Apuntador láser color rojo de 1mW.
2. Una hoja de película de polarización de 20×20 cm, 594A 0/90 grados, 0.25 mm.
3. Una fotorresistencia NTC.
4. Una fuente de voltaje de 12V.
5. Dos potenciómetros de precisión de 100 KΩ, ajustados a 60 KΩ.
6. Una resistencia de 2KΩ.
7. Una resistencia de 1 KΩ.
8. Un diodo led.
9. Un diodo rectificador.
La descripción del experimento se ha divido en dos etapas. La Figura 2(a) muestra los componentes de la primera etapa del experimento. La luz del apuntador láser se dirige al centro del polarizador y del analizador cuyos ejes de transmisión ET-P y ET-A se colocan de forma vertical. Los polarizares se recortan de la lámina de 20×20 cm para formar dos cuadrados de 5×5 cm por lado. La luz que proviene del analizador incide sobre el área de sensado de la fotorresistencia que está dentro del tubo que la protege de luz que provenga de cualquier otra dirección. La Figura 2 (b) muestra, del lado izquierdo, el caso cuando ET-P y ET-A son perpendiculares y por lo tanto, la luz no se transmite. Cuando el analizador se rota, la Figura 2(b) del lado derecho cuando ET-P y ET-A son paralelos, la luz del láser continua su camino hasta llegar a la fotorresistencia. El valor de la resistencia, que se mide a la salida de la fotorresistencia en los puntos marcados como p y q de la Figura 2(a), está determinado por la posición de los ejes de transmisión ET-P y ET-A. Se debe medir una resistencia máxima si ET-P y ET-A son perpendiculares y una resistencia mínima cuando ET-P y ET-A son paralelos. El resultado es un control del paso de la luz mediante la rotación del analizador. Es conveniente asegurar que sólo la luz del láser iluminará la fotorresistencia utilizando algún tubo oscuro, que puede ser un cartón enrollado o un plástico negro alrededor del área de detección.
En la segunda etapa, la luz polarizada a la salida del analizador es convertida a una señal eléctrica mediante un circuito eléctrico llamado puente de Wheatstone. La Figura 3 muestra el circuito que consta de cuatro resistencias, (R1, R2, R3 y RX) interconectadas a una fuente de voltaje (Vcd) en los puntos (r) y (p). El voltaje de salida (Vout) en los puntos (s) y (q), depende de los valores de las resistencias y se calcula mediante la siguiente ecuación:
Si los valores de todas las resistencias son iguales, el Vout es cero. Si el valor de una de las resistencias varia, por ejemplo, RX, el Vout también variará tomando valores positivos o negativos. Si RX aumenta, el Vout medido entre (s) y (q) es positivo. Si RX disminuye el Vout es negativo. Si en lugar de una RX se conecta una fotorresistencia en los puntos (p) y (q), las variaciones del Vout serán proporcionales a los cambios del valor de la fotorresistencia. Así, a mayor intensidad luminosa, menos voltaje, y viceversa. Los valores de resistencia mostrados en la Figura 3 generan 11 Volts cuando ET-P y ET-A están perpendiculares y 0 Volts cuando están paralelos, utilizando un voltaje de alimentación de 12V. Las resistencias con valor de 60 KΩ se deben ajustar utilizando potenciómetros (resistencias variables) de precisión. Para evaluar el dispositivo mediante la rotación del analizador, se conectan en serie un diodo rectificador, una resistencia y un led, los cuales están en ese orden entre los nodos (s) y (q). La resistencia es para limitar la corriente, y el diodo rectificador es para prevenir voltajes inversos en el led, que debe encender en una posición del analizador y apagarse en la otra. Debido a los voltajes de activación del led, este se enciende cuando el ángulo entre ET-P y ET-A es de 0°±40° y se apaga en 90±50°. El encendido del led se utilizó para mostrar que se puede controlar el voltaje por medio de la rotación del analizador cuando este se coloca en una posición definida por la polarización de la luz.
Figura 2: (a) Representación del paso de la luz láser por el polarizador y al analizador hasta la fotorresistencia. Se muestran los ejes de transmisión del polarizador y el analizador ET-P y ET-A respectivamente. (b) A la izquierda, la posición perpendicular de ET-P y ET-A no permite el paso de la luz. La posición paralela de ET-P y ET-A permite el paso máximo de intensidad de la luz, como se muestra a la derecha.
Figura 3: Configuración del circuito puente de Wheatstone. Las terminales marcadas con las letras p y q son para cambiar la resistencia marcada como RX por la fotorresistencia.
En este experimento se utiliza luz láser, ¿Qué pasaría si se utilizara otro tipo de luz? De acuerdo con la ley de Malus, ¿habrá alguna forma de obtener sólo los dos valores para tener sólo los máximos y mínimos? Aprovechando el puente de Wheatstone, ¿crees que pueda utilizarlo no sólo para encender un led, tal vez una lámpara? Espero que te des cuenta que los procesos de conversión de energía son parte de muchos dispositivos de uso común. Por esta razón, hay que analizarlos y estudiarlos para entenderlos con mayor detalle, de esta forma podrás crear dispositivos y proponer soluciones novedosas que resuelvan problemáticas más complejas.
Todos los experimentos implican un reto; requieren de paciencia y cuidado al conectar y energizar el circuito, así como la preparación minuciosa de los componentes y materiales a utilizar. Este experimento permite obtener luz linealmente polarizada emitida por un apuntador láser y aplicar la ley de Malus de forma intuitiva. Además, se hace una conversión de luz polarizada a señal eléctrica mediante el uso de una fotorresistencia dentro de un circuito formado sólo con elementos resistivos.
[1] Walker, J., Resnick, R., and Halliday, D., fundamentals of physics. Ed. Wiley.
[2] Malacara, D., Óptica básica. Fondo de cultura económica.
[3] Hecht,E.,Optics.Ed.Pearson.
[4] Pedrotti, F. L., Pedrotti, L. M., and Pe- drotti, L. S., Introduction to optics. Cambridge University Press. Referencias
