Ciencia

Los investigadores de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich muestran que la luz emitida por una sola molécula se puede detectar con una configuración óptica de bajo costo. Su prototipo podría facilitar el diagnóstico médico.

Los biomarcadores juegan un papel central en el diagnóstico de la enfermedad y la evaluación de su curso. Entre los marcadores que se utilizan actualmente se encuentran genes, proteínas, hormonas, lípidos y otras clases de moléculas. Los biomarcadores se pueden encontrar en la sangre, el líquido cefalorraquídeo, la orina y varios tipos de tejidos, pero la mayoría de ellos tienen una cosa en común: ocurren en concentraciones extremadamente bajas y por lo tanto, son técnicamente difíciles de detectar y cuantificar.

Muchos procedimientos de detección utilizan sondas moleculares, como anticuerpos o secuencias cortas de ácido nucleico, que están diseñadas para unirse a biomarcadores específicos. Cuando una sonda reconoce y se une a su objetivo, las reacciones químicas o físicas dan lugar a señales de fluorescencia. Estos métodos funcionan bien, siempre que sean lo suficientemente sensibles como para reconocer el biomarcador relevante en un alto porcentaje de todos los pacientes que lo llevan en la sangre. Además, antes de que tales pruebas basadas en fluorescencia puedan usarse en la práctica, los propios biomarcadores o sus señales deben amplificarse. El objetivo final es permitir que el cribado médico se lleve a cabo directamente en los pacientes, sin tener que enviar las muestras a un laboratorio distante para su análisis.

Las antenas moleculares amplifican las señales de fluorescencia

Philip Tinnefeld, quien tiene una Cátedra de Química Física en LMU, ha desarrollado una estrategia para determinar los niveles de biomarcadores presentes en concentraciones bajas. Ha logrado acoplar sondas de ADN con pequeñas partículas de oro o plata. Los pares de partículas (‘dímeros’) actúan como nano antenas que amplifican las señales de fluorescencia. El truco funciona de la siguiente manera: las interacciones entre las nanopartículas y las ondas de luz entrantes intensifican los campos electromagnéticos locales y esto, a su vez, conduce a un aumento masivo de la amplitud de la fluorescencia. De esta forma, se pueden detectar específicamente bacterias que contienen genes de resistencia a antibióticos e incluso virus.

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“Las nano-antenas basadas en ADN se han estudiado durante los últimos años”, dice Kateryna Trofymchuk, primera autora conjunta del estudio. “Pero la fabricación de estas nanoestructuras presenta desafíos“. El grupo de investigación de Philip Tinnefeld ha logrado configurar con mayor precisión los componentes de sus nano antenas y posicionar las moléculas de ADN que sirven como sondas de captura en el sitio de amplificación de la señal. Juntas, estas modificaciones permiten que la señal de fluorescencia se amplifique de manera más eficaz. Además, en el minúsculo volumen involucrado, que es del orden de zeptolitros (un zeptolitro equivale a 10-21 de litro), se pueden capturar incluso más moléculas.

El alto grado de control de posicionamiento es posible gracias a la nanotecnología del ADN, que explota las propiedades estructurales del ADN para guiar el ensamblaje de todo tipo de objetos a nanoescala, en cantidades extremadamente grandes. “En una muestra, podemos producir simultáneamente miles de millones de estas nano-antenas, usando un procedimiento que básicamente consiste en pipetear algunas soluciones juntas“, dice Trofymchuk.

Diagnóstico de rutina en el teléfono inteligente

“En el futuro”, dice Viktorija Glembockyte, también primera autora conjunta de la publicación, “nuestra tecnología podría utilizarse para pruebas de diagnóstico incluso en áreas en las que el acceso a la electricidad o al equipo de laboratorio esté restringido. Hemos demostrado que podemos detectar directamente pequeños fragmentos de ADN en el suero sanguíneo, utilizando un microscopio portátil basado en un teléfono inteligente que funciona con una fuente de alimentación USB convencional para monitorear el ensayo “. Los teléfonos inteligentes más nuevos suelen estar equipados con cámaras bastante buenas. Aparte de eso, todo lo que se necesita es un láser y una lente, dos componentes baratos y fácilmente disponibles. Los investigadores de LMU utilizaron esta receta básica para construir sus prototipos.

Continuaron demostrando que los fragmentos de ADN que son específicos para genes de resistencia a antibióticos en bacterias podrían detectarse mediante esta configuración. Pero el ensayo podría modificarse fácilmente para detectar una amplia gama de tipos de objetivos interesantes, como los virus. Tinnefeld es optimista: “El año pasado ha demostrado que siempre hay una necesidad de métodos de diagnóstico nuevos e innovadores, y quizás nuestra tecnología pueda algún día contribuir al desarrollo de una prueba de diagnóstico económica y confiable que se pueda realizar en casa“.

Internet ha revolucionado nuestras vidas, ya sea en términos de trabajo, búsqueda de información o entretenimiento, conexión con otros o compras. El mundo en línea ha facilitado muchas cosas y ha abierto oportunidades antes inimaginables. Al mismo tiempo, presenta grandes desafíos tanto a los individuos como a las sociedades: las tecnologías subyacentes no necesariamente sirven a los mejores intereses de los usuarios.

“Nos interesan preguntas como: ¿Cómo podemos crear entornos en línea que respeten la autonomía humana y promuevan la verdad? ¿Y qué pueden hacer las personas mismas para evitar ser engañadas y manipuladas?” dice Anastasia Kozyreva, autora principal e investigadora del Centro de Racionalidad Adaptativa del Instituto Max Planck para el Desarrollo Humano. El equipo de investigación comenzó examinando las diferencias entre los mundos en línea y fuera de línea e identificó cuatro desafíos principales.

1 – El comportamiento del usuario está influenciado por arquitecturas de elección manipuladora. Estos “patrones oscuros” conducen a los usuarios hacia comportamientos no deseados; incluyen publicidad que se mezcla con el contenido o la navegación de una página para generar más clics, o configuraciones de privacidad confusas que incitan a las personas a compartir más información de la que realmente desean.

2 – La información presentada por las arquitecturas de información impulsadas por IA no es neutral; se personaliza sobre la base de los datos recopilados de los usuarios. Esto significa que a dos personas que ingresan el mismo término en un motor de búsqueda probablemente se les mostrarán resultados diferentes. Eso puede ser útil si, por ejemplo, queremos buscar un restaurante y el motor de búsqueda muestra los resultados de nuestro vecindario en la parte superior de la lista, en lugar de un restaurante con el mismo nombre en el otro lado del mundo. Pero si nos muestran noticias o contenido político únicamente sobre la base de nuestras preferencias, corremos el riesgo de encontrarnos en una burbuja de filtro donde ya no estamos expuestos a otras opiniones.

3 – El equipo de investigación ve la información falsa y engañosa como otro desafío para las personas en línea. Los videos y publicaciones que propagan teorías de conspiración y rumores no verificados pueden propagarse rápidamente a través de las redes sociales , causando daños reales. Por ejemplo, las personas pueden decidir no vacunarse debido a la información errónea sobre las vacunas, lo que los pone a ellos mismos y a los demás en riesgo.

4 – Los entornos en línea que distraen buscan constantemente atraer la atención de los usuarios, ya sea mediante notificaciones automáticas, pantallas parpadeantes, anuncios emergentes o contenido actualizado constantemente. El objetivo es captar y mantener la atención de los usuarios durante el mayor tiempo posible: esa es la base misma de los modelos de negocio de las plataformas de Internet. Nos encontramos pasando mucho más tiempo en nuestras pantallas de lo que pretendíamos, sin ningún beneficio real y a costa de nuestra atención para otras cosas.

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Tomando una perspectiva de la ciencia del comportamiento, los investigadores proponen intervenciones específicas para abordar estos cuatro desafíos. Sugieren que se pueden utilizar ‘herramientas de impulso’ para capacitar nuevas competencias y permitir decisiones mejores y más autónomas en el mundo en línea.

El auto-empujón es una de las herramientas cognitivas que las personas pueden utilizar para crear entornos de elección e información “más saludables” para ellos mismos. El auto empujón permite a las personas configurar su entorno digital de la manera que mejor les funcione. Esto podría implicar desactivar las notificaciones de las aplicaciones o reorganizar la pantalla de inicio del teléfono inteligente para que solo se muestren las aplicaciones útiles: el calendario, la cámara y los mapas, por ejemplo, junto con las aplicaciones de meditación y el tiempo. Todo lo que distrae demasiado, como las redes sociales y los juegos, se guarda mejor en carpetas. Los investigadores también recomiendan que los usuarios establezcan conscientemente límites de tiempo en el uso de las redes sociales.

“El mundo digital está lleno de trampas”, dice Ralph Hertwig, director del Centro de Racionalidad Adaptativa del Instituto Max Planck para el Desarrollo Humano. “Pero podemos tomar medidas para evitar caer en ellos. De la misma manera que podríamos esconder nuestro alijo de chocolate en la parte posterior del armario y poner un tazón de manzanas en la mesa, podemos desactivar las notificaciones de las aplicaciones que exigen permanentemente nuestro “Fuera de la vista está fuera de la mente, ya sea en la vida real o en el mundo digital”.

Y así como miramos a derecha e izquierda antes de cruzar una calle, deberíamos tener el hábito de hacer ciertas preguntas para evaluar el contenido que encontramos en línea. Preguntas como: ¿Cuál es el origen de la información? ¿Qué fuentes se citan? ¿Puedo encontrar contenido similar en sitios web de buena reputación? Este enfoque puede aumentar la competencia de los usuarios para evaluar la confiabilidad de la información en línea. Pero las plataformas de Internet también podrían ayudar a los usuarios a evaluar el contenido, por ejemplo, mostrando árboles de decisión que recuerden a los usuarios que deben verificar la fuente y los hechos antes de compartir contenido.

Sin embargo, de manera más general, los encargados de formular políticas también deben considerar la posibilidad de implementar medidas regulatorias más estrictas para garantizar que los usuarios de Internet mantengan el control sobre el entorno digital y sus datos personales, por ejemplo, a través de configuraciones de privacidad predeterminadas. Por último, pero no menos importante, el uso inteligente y autodeterminado de las tecnologías digitales debe enseñarse tanto en la escuela como en la educación de adultos. Cuanto antes mejor.

Los investigadores enfatizan que ninguna de las intervenciones que proponen puede contrarrestar por sí solo la manipulación en línea o prevenir la propagación de información errónea. “Se necesitará una combinación de herramientas cognitivas inteligentes, educación temprana en alfabetización mediática y un marco regulatorio que limite el poder de los intereses comerciales para secuestrar la atención de la gente y hacer del mundo en línea un lugar más democrático y veraz“, dice Stephan Lewandowsky, profesor de psicología cognitiva en la Universidad de Bristol.

Túneles cuánticos. Crédito: Daria Sokol / MIPT

Científicos del MIPT, la Universidad Estatal Pedagógica de Moscú y la Universidad de Manchester han creado un detector de terahercios de alta sensibilidad basado en el efecto del túnel mecánico cuántico en el grafeno. 

La sensibilidad del dispositivo ya es superior a los análogos disponibles comercialmente basados ​​en semiconductores y superconductores, lo que abre perspectivas para aplicaciones del detector de grafeno en comunicaciones inalámbricas, sistemas de seguridad, radioastronomía y diagnósticos médicos. Los resultados de la investigación se publican en Nature Communications.

La transferencia de información en redes inalámbricas se basa en la transformación de una onda electromagnética continua de alta frecuencia en una secuencia discreta de bits. Esta técnica se conoce como modulación de señal. Para transferir los bits más rápido, hay que aumentar la frecuencia de modulación. Sin embargo, esto requiere un aumento sincrónico de la frecuencia de la portadora. Una radio FM común transmite a frecuencias de cien megahercios, un receptor de Wi-Fi usa señales de aproximadamente cinco gigahercios de frecuencia, mientras que las redes móviles 5G pueden transmitir señales de hasta 20 gigahercios. Esto está lejos del límite, y un mayor aumento en la frecuencia de la portadora admite un aumento proporcional en las tasas de transferencia de datos. Desafortunadamente, captar señales con frecuencias de cien gigahercios o más es un problema cada vez más desafiante.

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Un receptor típico utilizado en comunicaciones inalámbricas consiste en un amplificador de señales débiles basado en transistores y un demodulador que rectifica la secuencia de bits de la señal modulada. Este esquema se originó en la era de la radio y la televisión y se vuelve ineficaz en frecuencias de cientos de gigahercios deseables para los sistemas móviles. El hecho es que la mayoría de los transistores existentes no son lo suficientemente rápidos para recargarse a una frecuencia tan alta.

Una forma evolutiva de resolver este problema es simplemente aumentar la frecuencia máxima de operación de un transistor. La mayoría de los especialistas en el área de la nanoelectrónica trabajan arduamente en esta dirección. Una forma revolucionaria de resolver el problema fue propuesta teóricamente a principios de la década de 1990 por los físicos Michael Dyakonov y Michael Shur, y realizada, entre otros, por el grupo de autores en 2018. Implica abandonar la amplificación activa por transistor y abandonar un demodulador separado. . Lo que queda en el circuito es un solo transistor, pero su función ahora es diferente. Transforma una señal modulada en secuencia de bits o señal de voz por sí misma, debido a la relación no lineal entre su corriente y caída de voltaje.

En el presente trabajo, los autores han demostrado que la detección de una señal de terahercios es muy eficiente en el llamado transistor de efecto de campo de efecto túnel. Para comprender su trabajo, uno puede recordar el principio de un relé electromecánico, donde el paso de la corriente a través de los contactos de control conduce a una conexión mecánica entre dos conductores y, por lo tanto, a la aparición de la corriente. En un transistor de efecto túnel, la aplicación de voltaje al contacto de control (denominado “puerta”) conduce a la alineación de los niveles de energía de la fuente y el canal. Esto también conduce al flujo de corriente. Una característica distintiva de un transistor de efecto túnel es su gran sensibilidad al voltaje de control. Incluso una pequeña “desafinación” de los niveles de energía es suficiente para interrumpir el sutil proceso de tunelización de la mecánica cuántica. 

“La idea de una fuerte reacción de un transistor tunelizado a bajos voltajes se conoce desde hace unos quince años“, dice el Dr. Dmitry Svintsov, uno de los autores del estudio, jefe del laboratorio de optoelectrónica de materiales bidimensionales en el centro MIPT. para fotónica y materiales 2-D. “Pero sólo se conoce en la comunidad de la electrónica de baja potencia. Nadie se dio cuenta antes que nosotros de que la misma propiedad de un transistor de efecto túnel se puede aplicar en la tecnología de detectores de terahercios. Georgy Alymov (coautor del estudio) y yo Tuvimos la suerte de trabajar en ambas áreas. Entonces nos dimos cuenta: si el transistor se abre y se cierra a una potencia baja de la señal de control, entonces también debería ser bueno para captar señales débiles del ambiente circundante”.

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El dispositivo creado se basa en grafeno bicapa, un material único en el que la posición de los niveles de energía (más estrictamente, la estructura de la banda) se puede controlar mediante un voltaje eléctrico. Esto permitió a los autores cambiar entre el transporte clásico y el transporte de túnel cuántico dentro de un solo dispositivo, con solo un cambio en las polaridades del voltaje en los contactos de control. Esta posibilidad es de extrema importancia para una comparación precisa de la capacidad de detección de un transistor de túnel clásico y cuántico.

El experimento mostró que la sensibilidad del dispositivo en el modo de túnel es unos órdenes de magnitud más alta que en el modo de transporte clásico. La señal mínima que puede distinguir el detector frente al ruido de fondo ya compite con la de los bolómetros superconductores y semiconductores disponibles comercialmente. Sin embargo, este no es el límite: la sensibilidad del detector se puede aumentar aún más en dispositivos “más limpios” con una baja concentración de impurezas residuales. La teoría de detección desarrollada, probada por el experimento, muestra que la sensibilidad del detector óptimo puede ser cien veces mayor.

“Las características actuales dan lugar a grandes esperanzas para la creación de detectores rápidos y sensibles para comunicaciones inalámbricas “, dice el autor del trabajo, Dr. Denis Bandurin. Y esta área no se limita al grafeno y no se limita a los transistores de túnel. Esperamos que, con el mismo éxito, se pueda crear un detector notable, por ejemplo, basado en una transición de fase controlada eléctricamente. El grafeno resultó ser solo una buena plataforma de lanzamiento aquí, solo una puerta, detrás de la cual hay todo un mundo de nuevas y emocionantes investigaciones”.

Los resultados presentados en este artículo son un ejemplo de una colaboración exitosa entre varios grupos de investigación. Los autores señalan que es este formato de trabajo el que les permite obtener resultados científicos de clase mundial. Por ejemplo, anteriormente, el mismo equipo de científicos demostró cómo las ondas en el mar de electrones del grafeno pueden contribuir al desarrollo de la tecnología de terahercios. “En una era de tecnología en rápida evolución, cada vez es más difícil lograr resultados competitivos”, comenta el Dr. Georgy Fedorov, subdirector del laboratorio de materiales de nanocarbono, MIPT, “Solo combinando los esfuerzos y la experiencia de varios grupos podemos lograr con éxito realizar las tareas más difíciles y lograr las metas más ambiciosas, que seguiremos haciendo“.

Investigadores de la Universidad de Australia Occidental han descubierto evidencia de un paso genético importante en la evolución del cerebro. El hallazgo destaca cómo los eventos genéticos que tuvieron lugar en nuestros antepasados ​​parecidos a los peces desempeñan un papel crucial en la biología del cerebro humano en la actualidad.

FOTO| Boca de una lamprea de mar, Petromyzon marinus.

En un nuevo estudio, publicado en Nature Ecology & Evolution, los investigadores encontraron que la metilación del ADN sin CG, un sistema de control epigenético que se encuentra abundantemente en el cerebro humano, apareció por primera vez en los primeros animales vertebrados.

La metilación sin CG tiene la capacidad de activar y desactivar el ADN de los genes que controlan aspectos del funcionamiento del cerebro. El descubrimiento de que la metilación sin CG se encuentra en los animales vertebrados sugiere que ha desempeñado un papel crucial en la habilitación de las capacidades cognitivas sofisticadas que se encuentran en los cerebros humanos y de otros vertebrados en la actualidad.

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El profesor Ryan Lister, de la Facultad de Ciencias Moleculares de la UWA, quien codirigió el estudio, dijo que los investigadores analizaron las muestras de cerebro de animales de todo el árbol de la vida.

“Queríamos determinar si la metilación no CG está restringida a las especies de mamíferos, que poseen capacidades cognitivas muy complejas , o si tiene orígenes evolutivos más profundos”, dijo el profesor Lister.

Los investigadores encontraron que la metilación sin CG se ve exclusivamente en animales vertebrados. Esto incluye lampreas, animales que provienen de un linaje de peces ancestrales sin mandíbula que comparten un ancestro común con los humanos.

Este hallazgo sugiere que la metilación no CG surgió en los primeros ancestros comunes de todos los vertebrados, organismos que vagaron por la tierra hace cientos de millones de años.

El co-investigador, el Dr. Alex de Mendoza, dijo que este resultado significa que la metilación sin CG puede haber jugado un papel crucial en el desarrollo de la sofisticación del cerebro.

“Buscamos metilación sin CG en el cerebro de todo lo que pudimos conseguir, desde marsupiales, ornitorrincos, pájaros, ranas, peces, tiburones y lampreas, lo que representa la gama completa de animales con columna vertebral. También buscamos en el cerebro de varios invertebrados como una abeja y un pulpo”, dijo el Dr. de Mendoza.

“Descubrimos que la metilación sin CG evolucionó en el origen de los vertebrados y, por lo tanto, puede haber sido un requisito importante para que el cerebro desarrolle funciones más complejas”.

El estudio también reveló que la evolución de todas las herramientas genéticas necesarias para que las células utilicen la metilación sin CG tuvo lugar aproximadamente al mismo tiempo.

Se descubrió que el gen responsable de escribir la metilación no CG, DNMT3A, y el gen responsable de leerlo, MeCP2, se originaron al inicio de la evolución de los vertebrados.

“Este estudio destaca cómo los eventos que tuvieron lugar en nuestros antepasados ​​parecidos a los peces todavía juegan un papel central en nuestra propia biología cerebral”, dijo el profesor Lister.

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Unos investigadores han visto que la utilización de andrógenos naturales o un nuevo medicamento androgénico demostraron tener una potente actividad antitumoral, incluso más efectiva que en tratamientos estándares.

Un grupo de científicos australianos y estadounidenses descubrió nuevas evidencias sobre el impacto positivo de los andrógenos -hormonas sexuales masculinas- en el tratamiento del cáncer de mama, resultado que puede suponer un avance en la cura de esta enfermedad.

“Este trabajo tiene implicaciones inmediatas para las mujeres con cáncer de mama metastásico con receptores de estrógeno positivo, incluyendo aquellos que son resistentes a las formas actuales de terapia endocrina“, dijo en un comunicado de la Universidad de Adelaida (Australia), Theresa Hickey, una de las líderes de la investigación.

Aunque los andrógenos son las hormonas sexuales masculinas, también se encuentran en niveles bajos en las mujeres, por lo que los científicos se centraron en analizar su papel como posible tratamiento de algunos tipos de cáncer de mama en los que la enfermedad se propaga usando los estrógenos, las hormonas femeninas, a través de los receptores de las células.

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Los andrógenos -que engloban varios tipos de hormonas masculinas, como la testosterona- estimulan el desarrollo de las características sexuales masculinas secundarias como la barba, mientras que los estrógenos inducen la aparición de rasgos sexuales secundarios femeninos, como las mamas y la primera menstruación.

En condiciones normales, el estrógeno estimula y el andrógeno inhibe el crecimiento del seno en la pubertad hasta la etapa adulta, pero una actividad anormal del primero provoca la mayoría de los tumores malignos de mama.

En el pasado se usaban los andrógenos para tratar el cáncer de mama sin conocerse mucho sobre su impacto en los receptores, pero fueron soslayados debido a sus efectos secundarios virilizantes y la aparición de tratamientos antiestrogénicos o endocrinos.

Si bien la terapia endrocrina es clave para tratar el cáncer de mama con receptores de estrógeno positivos (es decir, que usan los estrógenos para propagarse), la resistencia de algunas pacientes a estos fármacos es la causa principal de la mortalidad por esta enfermedad, según el comunicado.

Es en estas pacientes, con receptores de estrógenos positivos, en las que la utilización de andrógenos naturales o un nuevo medicamento androgénico han demostrado tener una potente actividad antitumoral, incluso en las resistentes a los actuales tratamientos estándar. En cambio, los inhibidores de los receptores de andrógenos no tenían ningún efecto, de acuerdo a este estudio publicado en la revista científica Nature Medicine.

“Hemos proporcionado nuevas y convincentes evidencias experimentales que apuntan a que los fármacos estimulantes de los receptores de andrógenos pueden ser más eficaces que los tratamientos estándar existentes (por ejemplo, el Tamoxifeno)“, indicó Wayne Tilley, de la Universidad de Adelaida, quien co-lideró el estudio con Hickey.

El científico también recalcó que parecen ser mejores que tratamientos nuevos como el Palbociclib, con el que además pueden combinarse para mejorar la inhibición del crecimiento, y no producen los efectos secundarios de los andrógenos naturales, según el comunicado de la Universidad de Adelaida.

Los científicos tienen previsto comenzar un ensayo clínico internacional de la fase 3 en el segundo trimestre de 2021 en el que se evaluará el impacto del Enobosarm, un agente activador de los receptores de andrógenos. En estas pruebas participarán pacientes con cáncer de mama metastásico con receptores de andrógenos y de estrógenos positivos que hayan fracasado en el tratamiento endocrino.

JU (efe, abc.es, nature.com)