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TR10: Ingeniería de células madre

Imitando las enfermedades humanas en una placa.

CHIP que ambiciona funcionar como el cerebro

Chips de ese tipo podrían eventualmente ayudar a la comunicación entre partes corporales creadas artificialmente y el cerebro.

Una nueva vida para los neumáticos usados

300 millones de neumáticos desechados en los Estados Unidos cada año, más de la mitad terminan ya sea en vertederos o quemados...

¡La eterna juventud ya no es un mito!

Esta afirmación parece estar haciéndose realidad gracias a la introducción de nuevas técnicas de anti-envejecimiento...

TUNEL DE RUSIA A EE.UU

En una época en que los avances tecnológicos son más frecuentes que la actualización de moral y ética.

viernes, 21 de mayo de 2010

Científicos crean "célula artificial"

Investigadores dicen que es el primer paso hacia la creación de vida artificial a partir de un genoma sintético. El profesor J. Craig Venter (foto) dirigió la investigación.


 Científicos en Estados Unidos crearon lo que dicen es la primera célula controlada por un genoma sintético.

Qué supondrá la vida artificial?

Según los investigadores, éste es el primer paso hacia la creación de vida artificial y algún día se podrían crear bacterias para, por ejemplo, producir combustibles o ayudar a absorber gases contaminantes y resolver otros problemas ambientales.
Los científicos del Instituto J. Craig Venter, que ya habían creado el genoma sintético de una bacteria, ahora lograron trasplantarlo a otra y producir lo que dicen es una célula artificial.

Esta célula "programada" por su cromosoma sintético comenzó a replicarse y a producir una nueva serie de proteínas, expresan los investigadores en la revista Science.

"Hito"

Aunque algunos expertos describen el avance como un "hito en la historia de la biología y biotecnología", todavía, dicen, no se puede hablar de una forma de vida "verdaderamente artificial" porque el genoma sintético fue colocado en una célula natural.

"Ésta es la primera célula sintética que ha sido creada", afirma el profesor Craig Venter, quien dirigió la investigación.

"Y la llamamos sintética porque la célula se deriva totalmente de un cromosoma artificial, creado con cuatro botellas de compuestos químicos, un sintetizador químico y con información inicial de una computadora".

"Esto puede ser una herramienta poderosa para tratar de diseñar lo que queremos en biología. Tenemos una amplia variedad de aplicaciones en mente" señala el científico.

Hace más de una década el profesor Venter y su equipo comenzaron su proyecto para la creación de vida en el laboratorio determinando cuál era la información mínima necesaria para que un microbio pudiera existir.

La teoría era que a esa información se le podrían agregar genes capaces de convertir a ese microbio en una "fábrica" productora de compuestos útiles, como combustibles, fármacos y otras sustancias.

En 2007 los científicos informaron que habían logrado transferir el genoma natural de una bacteria, Mycoplasma mycoides, a otra bacteria, Mycoplasma capricolum, tomando el control de su funcionamiento celular.

Un año después, el equipo informó que había logrado crear un cromosoma sintético de la Mycoplasma mycoides utilizando bloques de material genético.

Ahora, los científicos combinaron ambos avances tomando el genoma sintético de la M. mycoides añadiéndole secuencias de ADN que sirvieran como "marcas" para distinguirlo del genoma natural.

Compuestos útiles

Los científicos insertaron secuencias cortas de ADN en levadura para modificar el genoma de la bacteria, posteriormente transfirieron cadenas medianas de ADN a una bacteria E. coli que nuevamente fueron insertadas en la levadura.

Eventualmente lograron producir un genoma con más de un millón de pares de bases de ADN.

 El paso siguiente de los investigadores fue trasplantar el genoma sintético de la M. mycoides a la M. capricolum.

El nuevo genoma, dicen los científicos, "puso en marcha" a las células recipientes. Y aunque 14 genes fueron eliminados o interrumpidos en la M. mycoides, ésta siguió siendo una bacteria normal y produciendo solo proteínas de M. mycoides.

En el laboratorio los científicos pudieron comprobarlo cuando apareció una colonia azul de bacterias que comenzó a reproducirse en la placa.

Cuando secuenciaron el ADN de la colonia confirmaron que la bacteria tenía el genoma sintético y que estaba produciendo proteínas de la M. mycoides y no de la M. capricolum.

"Fue claro que habíamos logrado transformar una célula en otra" expresa el profesor Venter.

"Pensamos que es un paso importante, tanto científica como filosóficamente. Ciertamente ha cambiado mi visión de la definición de lo que es vida y de cómo funciona la vida", agrega.

Otros expertos afirman sin embargo que aunque el avance es muy importante todavía es muy pronto para hablar de "vida artificial".

"Es un logro ciertamente asombroso" dice el doctor Anthony Forster, biólogo molecular de la Universidad de Vanderbilt, en Tennessee, Estados Unidos.

Pero subraya que "esta investigación ciertamente no creó una forma de vida verdaderamente sintética, porque el genoma sintético fue colocado en una célula que ya existía".

De cualquier forma, Craig Venter está ahora un poco más cerca de su objetivo final: la creación de microorganismos diseñados específicamente para producir compuestos útiles para la humanidad, como combustibles limpios como hidrógeno, sustancias absorbentes de gases de efecto invernadero, compuestos para purificar el agua y hasta limpiar derrames de petróleo.


jueves, 22 de abril de 2010

TR10: Ingeniería de células madre

Imitando las enfermedades humanas en una placa. 



El pequeño frasco de plástico en la mano de James Thomson contiene más de 1,5 mil millones de células del corazón cuidadosamente cultivadas en Cellular Dynamics, una startup con sede en Madison, Wisconsin. Derivan de un nuevo tipo de célula madre que Thomson, cofundador de la compañía, cree que mejorará nuestros modelos de enfermedades humanas y transformará la forma en que se los fármacos se desarrollan y se ponen a prueba.

Thomson, director de biología regenerativa en el Instituto Morgridge de la Universidad de Wisconsin, aisló por primera vez células madre embrionarias humanas en 1998. El aislamiento de estas células, que son capaces de madurar y convertirse en cualquier otro tipo de célula, marcó un hito dentro de la biología—pero también polémica, ya que el proceso destruye un embrión humano. Una década después, Thomson y Yu Junying, por aquel entonces postdoctorado en Wisconsin, alcanzaron otro hito: diseñaron una forma de crear células madre a partir de células adultas gracias a la adición de sólo cuatro genes que normalmente sólo están activos en los embriones. (El investigador japonés Shinya Yamanaka publicó simultáneamente un método similar.) Conocidas como células madre pluripotentes inducidas (células iPS), tienen las dos características definitorias de las células madre embrionarias: pueden reproducirse por sí mismas muchas veces, y pueden convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo humano. Debido a que no se utilizan embriones humanos para crearlas, las células iPS solucionan dos problemas que hasta entonces habían sido la plaga de los investigadores: la protesta política y la escasez de material. 

Gran parte del interés en torno a las células iPS, y las células madre en general, surge de la posibilidad de poder sustituir tejidos dañados o enfermos. Sin embargo, Thomson cree que su contribución más importante será la de proporcionar una ventana sin precedentes dentro del desarrollo humano y las enfermedades. Los científicos pueden crear células madre a partir de células adultas de personas con distintos trastornos, tales como la diabetes, e inducirlas a diferenciarse en los tipos de células dañadas por la enfermedad. Esto podría permitir a los investigadores observar la enfermedad al tiempo que se desarrolla y rastrear los procesos moleculares que han acabado estando fuera de control.

A plazo más corto, las células iPS podrían revolucionar las pruebas de toxicidad de los medicamentos. Las células son "la primera fuente ilimitada de cualquier tipo de tejido humano", afirma Thomson, que fundó Cellular Dynamics para dar a las células madre un uso práctico. La compañía vende células del músculo cardíaco derivadas de sus células iPS a gigantes farmacéuticos como Roche, que las están usando para analizar fármacos experimentales a la búsqueda de efectos secundarios dañinos. Thomson espera que estas células ayuden a descubrir de forma temprana los problemas que puedan darse en el proceso de elaboración de medicamentos, ahorrando así miles de millones de dólares en investigación y pruebas. Por ejemplo, puesto que las células del corazón derivadas de iPS laten en las placas, los científicos deberían ser capaces de detectar que los fármacos alteran el ritmo del corazón. Los científicos también pueden usar las células para estudiar cómo funciona el corazón a un nivel molecular. Además, la compañía está desarrollando otros tipos de células, entre las que se incluyen células cerebrales y células hepáticas. Estas últimas son de particular interés para los investigadores farmacéuticos, dado que la toxicidad de los medicamentos a menudo se manifiesta en el hígado. "Tener un modelo que pudiera predecir la toxicidad antes de pasar a los humanos es muy valioso", afirma Chris Parker, vicepresidente y director comercial de Cellular Dynamics.

Mediante la generación de células iPS a partir de personas con diversos orígenes étnicos y condiciones genéticas, y de aquellas que han reaccionado mal ante ciertos fármacos, los científicos también pueden hacerse una idea mejor de cómo afectarán los compuestos a las distintas personas. Thomson y otros expertos ya han creado células iPS a partir de personas con esclerosis lateral amiotrófica, síndrome de Down, y atrofia muscular espinal, entre otros trastornos. Si bien aún no está claro el grado de precisión con que esas células reflejan las enfermedades específicas, las primeras investigaciones son prometedoras. Si tienen éxito, los investigadores esperan usar las células iPS para estudiar otros trastornos y desarrollar fármacos para su tratamiento. "Eso es lo que cambiaría fundamentalmente el modo en que se desarrollan los fármacos", afirma Kyle Kolaja, director de seguridad temprana y toxicología de investigación de Roche, que además está asociado con Cellular Dynamics.

La última década fue muy complicada para Thomson. Su trabajo sobre las células madre embrionarias humanas fue todo un avance, pero también trajo una intensa polémica y atención de los medios, haciendo que se volviese un poco solitario. Con el ascenso de las células iPS y Cellular Dynamics, Thomson está comenzando a volver a los escenarios. "Creo que el legado de las células madre embrionarias será que dieron lugar a las células iPS", señala. "Estas células se utilizarán de maneras creativas que ni siquiera podemos imaginar."

Una nueva vida para los neumáticos usados

De los casi 300 millones de neumáticos desechados en los Estados Unidos cada año, más de la mitad terminan ya sea en vertederos o quemados como combustible en hornos de cemento y en otras industrias.
Lehigh Technologies con sede en Tucker, Georgia, ha desarrollado un proceso para rejuvenecer el caucho descartado que podría abrir nuevas oportunidades de reciclaje. Si la tecnología de la compañía gana popularidad, se podría crear un mercado de miles de millones de dólares para el caucho reciclado de alto rendimiento.

El caucho usado es difícil de reciclar porque está vulcanizado—endurecido y químicamente inerte—mediante la adición de azufre y de otros compuestos a las largas cadenas moleculares del material. Se pueden derretir parcialmente pequeños trozos de neumáticos usados y usarlos como relleno en el asfalto, pero devulcanizar el caucho involucra unos procesos químicos y térmicos caros.

En cambio, Lehig Technologies convierte el caucho en un polvo fino mediante un proceso que implica la congelación del caucho viejo y su ruptura en añicos. Esto comienza con neumáticos que han sido partidos en pedazos de media pulgada con un equipamiento de trituración convencional. Lehigh mezcla estas piezas de goma con nitrógeno líquido, enfriando criogénicamente el caucho a -100 ° C. El caucho se incorpora después a un “molino turbo” de alta velocidad que lo fragmenta en partículas de no más de 180 micras.
Al crear un polvo tan fino, el caucho se transforma de un material de relleno altamente inerte a uno que se puede enlazar con otros materiales. "Creamos un enorme aumento de la superficie en relación al tamaño, y eso permite una mezcla mucho más íntima con otros materiales", señala Alan Barton, director general de Lehigh Technologies.

En 2006, Lehigh Technologies abrió su primera instalación comercial, la cual tiene una capacidad para producir 100 millones de libras de polvo de caucho y procesar cuatro millones de neumáticos al año. Las ventas de productos de la compañía aumentaron en un 40 por ciento el año pasado, pero la instalación sigue funcionando a menos de la mitad de la capacidad. Barton afirma que su empresa ha vendido caucho reciclado a varios de los principales fabricantes de neumáticos. Él estima que 30 millones de neumáticos actualmente en las carreteras de los Estados Unidos se hacen en parte con caucho reciclado de su empresa, aunque sólo alrededor del 3 al 7 por ciento de todo el caucho de estos neumáticos sea su material reciclado.
Esto es así porque el caucho de Lehigh técnicamente aún está vulcanizado. Los átomos de carbono en el caucho siguen unidos a átomos de azufre, y estos enlaces les impiden formar enlaces covalentes con otros productos químicos.

La empresa inauguró recientemente un centro de investigación interno que está buscando cambiar las propiedades químicas de los polvos que produce, para que sus superficies sean más reactivas. La empresa también ha desarrollado maneras de hacer que el caucho reciclado se enlace a materiales cercanos mediante enlaces intermoleculares no covalentes.

Casi un tercio de la producción anual de Lehigh se debe también a aplicaciones especializadas, desde pinturas y revestimientos hasta plásticos de moldeo por inyección. El polvo PolyDyne y el polvo MicroDyne de Lehigh se pueden utilizar para sustituir hasta un 40 por ciento de los polímeros que normalmente van en un plástico.

El PolyDyne, el polvo más grande y menos costoso de los polvos de caucho de Lehigh, se vende por algo menos de 50 centavos de dólar por libra; el polvo de grano más fino MicroDyne requiere temperaturas más frías y una más alta velocidad de molido, por lo que es significativamente más caro. El PolyDyne cuesta la mitad que el caucho sintético no reciclado, un tercio del precio del caucho natural, y casi la mitad que el polipropileno, un polímero de uso común en moldes de plástico.

Ésta es un área en la que los inversores de Leigh están particularmente interesados.

"Escoja cualquier producto plástico que quiera hacer y verá que tiene unos requisitos técnicos de rendimiento específicos", afirma Ben Kortlang, socio de la empresa de capital riesgo Kleiner Perkins Caufield & Byers, que recientemente ha invertido en Lehigh Technologies. "Usando una mezcla de PolyDyne y materiales tradicionales, habrá normalmente un ahorro de costes y, en muchos casos, una mejora del rendimiento. Y muchos de estos mercados podrían ser muy, muy grandes."

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