Un medicamento anticoagulante reduce hasta un 70% la infección que provoca el SARS-CoV-2 en las células

Un estudio a cargo de investigadores brasileños ligados a la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) y colaboradores europeos revela un nuevo posible mecanismo de acción del fármaco heparina en el tratamiento del COVID-19. Aparte de combatir los trastornos de la coagulación que pueden afectar a los vasos de los pulmones y perjudicar la oxigenación, este medicamento parece poseer también la capacidad de dificultar la entrada del nuevo coronavirus (SARS-CoV-2) a las células.

En pruebas de laboratorio, realizadas en un linaje celular proveniente de un riñón de cercopiteco verde africano (Cercopithecus aethiops), la heparina redujo un 70% la invasión de las células producida por el nuevo coronavirus. Los resultados de este estudio, que cuenta con el apoyo por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP en el marco de un proyecto seleccionado en la convocatoria FAPESP intitulada “Suplementos de rápida implementación contra el COVID-19”, aparecen descritos en un artículo publicado en la plataforma bioRxiv, aún en versión de prepublicación (sin revisión por pares). La investigación contó con la participación de científicos de Inglaterra y de Italia.

“Existían indicios de que la heparina, que es un fármaco que cumple diversas funciones farmacológicas, también tenía la capacidad de prevenir infecciones virales, incluida la que produce el coronavirus, pero las evidencias no eran muy robustas. Logramos comprobar esa propiedad del medicamento en ensayos in vitro”, declaró Helena Bonciani Nader, docente de la Unifesp y coordinadora del proyecto por el lado brasileño.

El grupo de Bonciani Nader estudia hace más de 40 años los glucosaminoglucanos –un tipo de hidratos de carbono complejos al cual pertenece la heparina– y desarrolló las primeras heparinas de bajo peso molecular, utilizadas clínicamente como agentes anticoagulantes y antitrombóticos, incluso en pacientes con COVID-19.

Uno de los descubrimientos realizados por el grupo en el transcurso de este tiempo fue el que indica que la heparina es un medicamento multiblancos, pues, además de su efecto en la prevención de la coagulación de la sangre, puede unirse a diversas proteínas. Entre ellas, factores de crecimiento y citoquinas que se unen a su vez a receptores específicos en la superficie de células diana.

Heparina. (Foto: MarinaVladivostok/CC0)

Durante los últimos años, estudios a cargo de otros grupos sugirieron que las proteínas de superficie de otros coronavirus hasta ese momento conocidos podrían unirse a un glucosaminoglucano de las células de mamíferos llamado heparán sulfato para infectarlas.

Con el surgimiento del SARS-CoV-2, los investigadores de la Unifesp, en colaboración con pares ingleses e italianos, tuvieron la idea de evaluar si la proteína de superficie del nuevo coronavirus responsable de la infección de las células –denominada proteína spike– se une a la heparina, toda vez que la molécula del fármaco posee una estructura muy similar a la del heparán sulfato.

Los experimentos confirmaron esta hipótesis. Mediante la aplicación de técnicas de resonancia plasmónica de superficie y de espectroscopía de dicroísmo circular, se observó que la heparina, al unirse a las proteínas spike del SARS-CoV-2, provoca en esas moléculas una alteración en su conformación. De esta forma, avería la “cerradura” necesaria para que se concrete la entrada del virus a las células. “Si no entra en las células, el virus no logra multiplicarse y fracasa en la infección”, explica Bonciani Nader.

Los investigadores también evaluaron qué formas estructurales de la heparina exhiben una mejor interacción y son capaces de alterar la conformación de las proteínas spike del nuevo coronavirus con base en una biblioteca de derivados y en distintos fragmentos de la molécula, definidos según su tamaño.

“Los resultados de los análisis indicaron que la heparina que muestra la mejor interacción y la mayor actividad de alteración en la conformación de la proteína spike del SARS-CoV-2 es con ocho polisacáridos, es decir, un octosacárido”, afirma Bonciani Nader.

Los científicos están concretando ahora modificaciones estructurales en heparinas a los efectos de identificar una molécula que exhiba el mismo efecto de enlace y modificación conformacional de la proteína spike del nuevo coronavirus, pero que provoque menos sangrado, un potencial efecto colateral del fármaco.

Asimismo, también están testeando otros compuestos denominados heparinas miméticas, que mimetizan la acción de la heparina.“La idea es arribar a una molécula con un mejor efecto antiviral”, afirma Bonciani Nader, quien también integra el Consejo Superior de la FAPESP.

Según la investigadora, los estudios en marcha se llevan adelante mediante el empleo de tecnologías de biología estructural que comprenden la aplicación de técnicas de resonancia magnética nuclear, de cinética de interacción rápida por stop-flow, de microscopía confocal y de citometría de flujo, entre otras, con distintos modelos celulares. (Fuente: AGENCIA FAPESP/DICYT)

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Identificado un factor determinante en las células cancerígenas luminales, causantes del mayor número de cánceres de mama

El laboratorio de Control Translacional del Ciclo Celular y Diferenciación del IRB Barcelona (Catalunya, España), dirigido por el investigador ICREA Raúl Méndez, publica en la revista Science Advances, un trabajo que ha permitido identificar un factor clave en la formación de tumores luminales de mama. Los tumores luminales se caracterizan por expresar receptores de estrógeno y representan el subtipo más frecuente de cáncer de mama. La glándula mamaria es el único órgano de nuestro cuerpo que experimenta su mayor desarrollo tras el nacimiento, en función de fluctuaciones en los niveles de hormonas. Esto la convierte en un buen modelo para investigar el proceso de diferenciación celular, así como los mecanismos que gobiernan la progresión del cáncer de mama.

Como explica Raúl Méndez: “Históricamente se ha estudiado en gran profundidad cómo las hormonas regulan el desarrollo de la glándula mamaria a nivel transcripcional, es decir, la síntesis del ARN mensajero a partir del ADN. En trabajos previos de nuestro grupo habíamos descubierto que los factores denominados CPEBs regulan el siguiente paso, la traducción de ese ARN mensajero a proteína. Este proceso es esencial en el desarrollo del embrión y se desregula en la formación de otros tumores, como por ejemplo el de páncreas”.

El equipo investigador del IRB Barcelona ha constatado que CPEB2 es esencial para la síntesis de proteínas, tras la estimulación hormonal, que controlan tanto el correcto desarrollo de la glándula mamaria como la formación de tumores luminales de mama.

Para ello, en el estudio se generaron nuevos modelos de ratón en los que se ha inactivado cada uno de los cuatro miembros de la familia de las CPEBs. Estos modelos han permitido entender que CPEB2 es una pieza clave en la vía de señalización de estrógeno. Sin este factor, los mediadores más importantes activados a través del receptor de estrógeno no se sintetizan y, por tanto, la respuesta a receptores de hormonas queda menguada.

(Foto: IRB Barcelona)

“El estudio nos permite afirmar que sin CPEB2 las células proliferan menos. Hemos visto in vivo que ratones manipulados genéticamente para no expresar CPEB2 están protegidos ante el cáncer de mama luminal” explica Rosa Pascual, primera autora del artículo.

Asimismo, la investigación revela con datos en humanos que aquellos pacientes de cáncer de mama luminal con baja expresión de CPEB2 presentan un mejor pronóstico. En este sentido, si los efectos detectados en ratones se replicaran en ensayos con humanos y los efectos secundarios fueran mínimos, CPEB2 podría ser una nueva diana terapéutica.

De esta forma, un inhibidor de CPEB2 podría ser un buen candidato en combinación con terapias actuales que bloquean la vía de señalización de estrógeno, o como alternativa para aquellos pacientes con tumores luminales resistentes a los tratamientos basados en receptores hormonales a nivel transcripcional. (Fuente: IRB Barcelona)

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Avances en las células de la próxima generación de paneles solares

Las perovskitas, con sus estructuras cristalinas y sus prometedoras propiedades electro-ópticas, podrían ser el ingrediente activo que haga posible la próxima generación de células solares de bajo coste, eficientes, ligeras y flexibles, dando lugar a paneles solares más rentables y económicos, democratizando así la energía solar para todos los potenciales usuarios.

Un problema de la actual generación de células solares de silicio es su relativamente baja eficiencia en la conversión de la energía solar en electricidad, afirmó Vikram Dalal, profesor de la Universidad Estatal de Iowa, y director del Centro de Investigación de Microelectrónica del Estado de Iowa.

Las mejores células solares de silicio en el laboratorio tienen una eficiencia de alrededor del 26%, mientras que las células comerciales alcanzan alrededor del 15%. Eso significa que se necesitan sistemas más grandes para producir una determinada cantidad de electricidad, y sistemas más grandes significan mayores costos.

Eso tiene a los investigadores buscando nuevas formas de aumentar la eficiencia y disminuir los costos. Una idea que podría aumentar la eficiencia hasta en un 50% es una estructura en tándem que apila dos tipos de células una encima de la otra, cada una usando partes diferentes y complementarias del espectro solar para producir energía.

Los investigadores han comenzado recientemente a buscar materiales híbridos de perovskita orgánico-inorgánicos, como buenos compañeros para el tándem con las células de silicio. Las llamadas perovskitas tienen tasas de eficiencia cercanas al 25%, tienen una banda prohibida complementaria, pueden ser muy delgadas (sólo una millonésima parte de un metro) y pueden ser fácilmente depositadas sobre el silicio.

Pero Dalal dijo que los investigadores han averiguado que esas células solares híbridas de perovskita se descomponen cuando son expuestas a altas temperaturas.

Célula solar de perovskita ideada por ingenieros de la universidad estatal de Iowa. (Foto: Harshavardhan Gaonkar/Iowa State University)

Eso es un problema cuando tratas de orientar paneles solares hacia donde está el sol en desiertos calientes y secos en lugares como el suroeste americano, Australia, el Medio Oriente y la India. Las temperaturas ambientales en estos lugares pueden alcanzar los 49 a 54 grados Celsius y las temperaturas de las células solares pueden alcanzar los 93 grados Celsius.

Los ingenieros de la Universidad Estatal de Iowa, en un proyecto parcialmente apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, han encontrado una forma de aprovechar las útiles propiedades de la perovskita y al mismo tiempo estabilizar las células a altas temperaturas. Describen su descubrimiento en un artículo recientemente publicado en la revista científica Applied Energy Materials, de la American Chemical Society.

“Son resultados prometedores en la búsqueda de la comercialización de materiales para células solares de perovskita en paneles solares, y un futuro más limpio y verde”, dijo Harshavardhan Gaonkar, el primer autor del artículo que recientemente obtuvo su doctorado en ingeniería eléctrica e informática en el estado de Iowa y que ahora trabaja en Boise, Idaho, como ingeniero de la empresa ON Semiconductor.

Dalal, el autor del artículo, dijo que hay dos desarrollos clave en la nueva tecnología de células solares:

Primero, que los ingenieros hicieron algunos ajustes en la composición del material de la perovskita. Eliminaron los componentes orgánicos del material, en particular los cationes, los materiales con protones adicionales y una carga positiva, y sustituyeron los materiales inorgánicos como el cesio. Eso hizo que el material fuera estable a temperaturas más altas.

Y en segundo lugar, desarrollaron una técnica de fabricación que construye el material de la perovskita de fina capa – solo unas mil millonésimas de metro – en fina capa. Esta técnica de deposición de vapor es consistente, no deja contaminantes, y ya se utiliza en otras industrias, por lo que se puede ampliar para la producción comercial.

“Nuestras células solares de perovskita no muestran degradación térmica incluso a 200 grados centígrados durante más de tres días, temperaturas muy superiores a las que la célula solar tendría que soportar en entornos del mundo real”, dijo Gaonkar.

Y luego Dalal hizo un poco de comparación y contraste: “Eso es mucho mejor que las células de perovskita orgánicas-inorgánicas, que se habrían descompuesto totalmente a esta temperatura. Así que esto es un gran avance en el campo”.

El documento informa que las nuevas células solares inorgánicas de perovskita tienen una eficiencia de fotoconversión del 11,8%. Eso significa que queda más trabajo por delante para los ingenieros.

“Ahora estamos tratando de optimizar esta célula, queremos hacerla más eficiente en la conversión de la energía solar en electricidad”, dijo Dalal. “Todavía tenemos mucha investigación por hacer, pero creemos que podemos llegar allí utilizando nuevas combinaciones de materiales”. Ello permitiría obtener paneles solares de gran rendimiento.

Los ingenieros, por ejemplo, sustituyeron el yodo común en los materiales de perovskita por bromo. Eso hizo que las células fueran mucho menos sensibles a la humedad, resolviendo otro problema con las perovskitas híbridas estándar. Pero, esa sustitución cambió las propiedades de las células, reduciendo la eficiencia y lo bien que funcionan en conjunto con las células de silicio.

Así que los ajustes y pruebas continuarán.

A medida que avanzan, los ingenieros creen que están en el camino adecuado: “Este estudio demuestra una estabilidad térmica más robusta de los materiales inorgánicos de la perovskita y de las células solares a temperaturas más altas y durante períodos de tiempo más largos que lo que se ha informado en otros lugares”, escribieron en su artículo. “Son resultados prometedores en la búsqueda de la comercialización de materiales de células solares de perovskita para paneles solares”. (Fuente: NCYT Amazings)

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Se ensayan nuevos tipos de células solares en el espacio

Cinco tipos diferentes de células solares fabricadas por equipos de investigación del Instituto de Tecnología de Georgia llegaron hace algunas semanas a la Estación Espacial Internacional (ISS) para ser probadas en cuanto a su tasa de conversión de energía y su capacidad para funcionar en el duro entorno espacial, todo ello formando parte de la misión MISSE-12. Un tipo de célula, hecha de materiales orgánicos de bajo costo, no ha sido probada extensamente en el espacio antes, y se muestra muy prometedora para ser incorporada a futuros paneles solares de alto rendimiento.

Células fotovoltaicas texturizadas basadas en nanotubos de carbono, diseñadas para capturar la luz desde cualquier ángulo, serán evaluadas por su capacidad de producir energía de manera eficiente, independientemente de su orientación hacia el Sol. Otras células hechas de materiales de perovskita y un material de bajo costo de cobre-zinc-estaño-sulfuro (CZTS) – junto con un grupo de control de células tradicionales basadas en silicio, se hallan entre los 20 dispositivos fotovoltaicos (PV) colocados en la plataforma MISSE situada en el exterior de la ISS para una evaluación de seis meses. Para dos de las células, el lanzamiento marcó su segundo viaje al espacio.

“Para todas las células fotovoltaicas se hará la misma pregunta: en particular, ¿pueden estos foto-absorbedores ser usados de forma efectiva en el espacio?”, dijo Jud Ready, ingeniero principal de investigación en el Instituto de Investigación del Georgia Tech (GTRI), director asociado del Centro de Tecnología e Investigación Espacial del Georgia Tech, y subdirector del Instituto de Materiales del Georgia Tech. “Con esta prueba, obtendremos conocimientos sobre los mecanismos de degradación de estos materiales y podremos comparar su producción de energía en diferentes condiciones”. Se espera de esta información poder diseñar mejores paneles solares para su uso espacial.

Las células solares orgánicas desarrolladas en el laboratorio del Profesor Bernard Kippelen en el Georgia Tech se procesan a bajas temperaturas utilizando procesos basados en soluciones sobre grandes superficies, para producir células con un absorbente que puede ser unas 200 veces más delgado que el ancho de un cabello humano.

Jud Ready sostiene una célula solar de perovskita. (Foto: Branden Camp, Georgia Tech)

“Con un peso muy bajo y valores de eficiencia de conversión de potencia de hasta el 16%, las células solares orgánicas podrían producir valores de potencia de cientos de miles de vatios por kilogramo de material activo, lo que resulta muy atractivo para las aplicaciones de paneles solares espaciales”, dijo Kippelen. “Sin embargo, los efectos de la exposición continua de estos dispositivos en un entorno espacial no han sido explorados a fondo. Nuestro interés es investigar la robustez de las interfaces formadas en estos dispositivos en un entorno espacial, así como mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de degradación de las células solares orgánicas en el espacio”.

Las células solares planas tradicionales son más eficientes cuando la luz del Sol está directamente sobre ellas. Debido a que la dirección del flujo solar varía con la órbita, los grandes vehículos espaciales como la ISS utilizan mecanismos mecánicos de apuntamiento para mantener las células correctamente orientadas. Sin embargo, esos complejos mecanismos crean problemas de mantenimiento y son demasiado pesados para su uso en naves espaciales muy pequeñas como los CubeSats.

Para superar el problema de la orientación hacia el Sol, el equipo de Ready desarrolló células solares con textura 3D que pueden capturar eficientemente la luz solar que llega con diferentes ángulos. Las células utilizan “torres” hechas de nanotubos de carbono y cubiertas con material fotovoltaico para atrapar la luz que rebotaría en las células estándar cuando no están inclinadas hacia el Sol.

“Con nuestra estructura para atrapar la luz, nos da igual el ángulo del Sol”, dijo Ready. “Nuestras células en realidad trabajan mejor en ángulos rasantes. En los CubeSats, eso permitirá una captura eficiente sin importar la orientación del Sol”.

Las células de perovskita producidas en el laboratorio de Zhiqun Lin, profesor de la Escuela de Ciencia de Materiales e Ingeniería, también serán probadas. Estos materiales tienen conocidos mecanismos que propician su fallo, causados por la absorción de humedad y de oxígeno. “Estos dos mecanismos de falla no estarán presentes en el exterior de la Estación Espacial Internacional, por lo que esta prueba nos permitirá ver el rendimiento de estos materiales sin esos problemas. Deberíamos ser capaces de determinar si estos problemas conocidos podrían estar enmascarando otras causas de degradación”, dijo Ready.

Los materiales CZTS podrían potencialmente convertirse en las celdas solares de próxima generación, células hechas de materiales de bajo costo y abundantes en la Tierra: cobre, zinc, estaño y azufre. Los materiales tienen un alto coeficiente de absorción y pueden ser resistentes a la radiación – útiles para aplicaciones espaciales – y ofrecen un atractivo compromiso entre costo y rendimiento, dijo Ready.

Las células solares de silicio producidas por el Centro Universitario de Excelencia en Investigación y Educación Fotovoltaica del Georgia Tech proporcionarán una forma de comparar el rendimiento de las otras células. El laboratorio, dirigido por el profesor Ajeet Rohatgi de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computacional, proporcionó este tipo de células de control.

“Estas células foto-absorbentes de silicio servirán como controles para comparar el rendimiento de otros materiales foto-absorbentes en el espacio”, dijo Rohatgi.

Las 20 células fotovoltaicas se unirán brevemente a otras tres células fabricadas por los investigadores del Georgia Tech que ya están en la ISS. Esas tres, y dos en la misión más reciente, formaban parte de un experimento de 2016 que no pudo registrar datos, aunque sí proporcionó información sobre los efectos del entorno espacial en las células solares.

Las células fotovoltaicas del Georgia Tech fueron lanzadas a la ISS el 2 de noviembre de 2019, a bordo de la S.S. Alan Bean, una nave espacial Cygnus que partió desde las instalaciones de la NASA en Wallops Island, como parte de una misión de reabastecimiento de rutina. Para su ensayo, las células fueron integradas en un paquete de pruebas por la empresa Alpha Space Test & Research Alliance de Houston.

Además de los ya mencionados, el proyecto también incluyó a Canek Fuentes-Hernández, Matthew Rager, Hunter Chan, Christopher Tran, Christopher Blancher, Zhitao Kang y Conner Awald y Brian Rounsaville, todos del Georgia Tech. (Fuente: NCYT Amazings)

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Células humanas en un embrión de ratón

La ciencia es capaz de abrir puertas de la biología que traspasan límites naturales que en el pasado se consideraban infranqueables.

Durante décadas, el enorme potencial de curación de enfermedades presente en las células madre humanas se ha visto frustrado por la incapacidad de producir cantidades suficientes de células humanas maduras en un organismo vivo. Ahora, un equipo dirigido desde la Universidad en Búfalo (Universidad Estatal de Nueva York) en Estados Unidos, ha desarrollado un método que aumenta espectacularmente la producción de células humanas maduras en embriones de ratones. La producción de células humanas in vivo es muy importante porque las células obtenidas en una caja de Petri a menudo no se comportan de la misma manera que las células en el cuerpo.

Si se perfecciona lo suficiente, la tecnología ensayada por Jian Feng, Zhixing Hu y sus colegas podría permitir la generación de cantidades aún mayores de tipos específicos de células humanas maduras para permitir la creación de modelos de ratón más eficaces con los cuales estudiar enfermedades que afectan gravemente a los seres humanos, como el paludismo o la COVID-19. Y debido a que este método produce tantas células humanas maduras, podría potencialmente generar tejidos vivos con los cuales tratar enfermedades crónicas, como la diabetes o la insuficiencia renal, reemplazando las células dañadas de un paciente por células sanas, y reconstruyendo así secciones enteras de tejidos.

En intentos anteriores para producir células humanas en embriones de ratón, solo se consiguió generar pequeñas cantidades de células inmaduras que son difíciles de cuantificar. En cambio, el método de la Universidad en Búfalo ha dado como resultado millones de células humanas maduras en un embrión de ratón, y ello en tan solo 17 días.

Una gran cantidad de células humanas (marcadas en verde) en un embrión de ratón de 17 días (marcado en azul). La mayoría de las células humanas aquí presentes son glóbulos rojos, que se acumulan en el hígado en construcción del embrión de ratón. (Imagen: Zhixing Hu)

En los experimentos, los investigadores inyectaron entre 10 y 12 células madre humanas en un blastocisto de ratón cuando tenía 3,5 días de edad. El embrión de ratón generó entonces millones de células humanas maduras, incluyendo glóbulos rojos, células oculares y células hepáticas, a medida que se desarrollaba.

Un aspecto importante de líneas de investigación como la seguida por el equipo de Feng y Hu es que el uso de embriones de animales para experimentación no choca con las limitaciones legales impuestas a la investigación con embriones humanos. (Fuente: NCYT Amazings)

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Células orgánicas ultradelgadas para paneles solares

Los paneles solares comerciales están formados por células solares efectivas pero que aún está lejos de la perfección y el máximo rendimiento teórico. Los investigadores estudian alternativas más eficaces y que puedan durar más tiempo.

Unos científicos de RIKEN han logrado, en colaboración con socios internacionales, crear una célula solar orgánica ultrafina que es a la vez altamente eficiente y duradera. Utilizando un simple proceso de post-recocción, crearon una célula orgánica flexible que se degrada en menos del 5 por ciento a lo largo de 3.000 horas en condiciones atmosféricas y que simultáneamente tiene un ratio de conversión de energía -un indicador clave del rendimiento de la célula solar- del 13 por ciento.

La energía fotovoltaica orgánica se considera una alternativa prometedora a las películas convencionales a base de silicio, ya que es más respetuosa con el medio ambiente y su producción es más barata. Las células solares flexibles ultrafinas son particularmente atractivas, ya que podrían proporcionar una gran potencia por peso y ser utilizadas en una variedad de aplicaciones útiles, como alimentar la electrónica ponible y sensores y actuadores en la robótica blanda. Sin embargo, las películas orgánicas ultrafinas tienden a ser relativamente eficientes, y suelen tener una relación de conversión de energía de alrededor del 10 al 12%, significativamente inferior a la relación de las células de silicio, que puede llegar al 25%, o de las células orgánicas rígidas, que puede llegar hasta alrededor del 17%. Las películas ultrafinas también tienden a degradarse rápidamente bajo la influencia de la luz solar, el calor y el oxígeno. Los investigadores están tratando de crear películas ultrafinas que sean a la vez energéticamente eficientes y duraderas, pero a menudo es un equilibrio difícil.

Célula solar orgánica ultradelgada. (Foto: RIKEN)

En una investigación publicada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, el grupo logró demostrar que una célula ultrafina puede ser tanto duradera como eficiente. El grupo comenzó con un polímero semiconductor para la capa donante, desarrollado por Toray Industries, Inc. y experimentó con una nueva idea para aumentar la estabilidad térmica. Además de esto, experimentaron con un simple proceso de post-recocido, en el que el material se calentaba a 150 grados centígrados después de un recocido inicial a 90 grados. Este paso resultó ser crítico para aumentar la durabilidad del dispositivo creando una interfaz estable entre las capas.

Según Kenjiro Fukuda, uno de los autores del estudio, “Al combinar una nueva capa de generación de energía con un simple tratamiento post-recocido, hemos logrado tanto una alta eficiencia de conversión de energía como una estabilidad de almacenamiento a largo plazo en células solares orgánicas ultra delgadas”. Nuestra investigación muestra que las células solares orgánicas ultrafinas pueden utilizarse para suministrar alta energía de forma estable durante largos períodos de tiempo, y pueden utilizarse incluso en condiciones severas como alta temperatura y humedad”. Espero que esta investigación contribuya al desarrollo de dispositivos de suministro de energía estable a largo plazo que puedan ser utilizados en aparatos electrónicos que se puedan llevar puestos, como sensores conectados a la ropa”. Sus otras aplicaciones, como su uso en paneles solares, serán consideradas posteriormente. (Fuente: NCYT Amazings)

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Nanoestimuladores para potenciar la reparación de músculos por células madre

La isquemia muscular, o el daño a los músculos por la limitación del suministro de oxígeno o de sangre, puede ser el resultado de múltiples causas, como una lesión en una extremidad o una enfermedad arterial periférica. Se sabe que las células madre derivadas del tejido adiposo del propio paciente producen factores que impulsan el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos en el músculo dañado, restaurando el oxígeno y los nutrientes, y haciendo que se module debidamente la inflamación en los tejidos dañados. Sin embargo, los experimentos in vivo han mostrado beneficios limitados, ya que la actividad de las células madre parece disminuir después de ser inyectadas en el músculo.

Una sustancia producida de manera natural en el cuerpo, llamada factor de necrosis tumoral alfa, puede estimular a las células madre a que produzcan un aumento de los factores deseados. En otros estudios se ha intentado incubar las células con factor de necrosis tumoral alfa antes de la inyección, pero los efectos se desvanecen rápidamente.

El equipo de Hyunjoon Kong, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, ha demostrado ahora que los “nanoestimuladores” (nanopartículas con una molécula que el cuerpo produce de modo natural para estimular a las células madre a curar heridas) pueden ampliar los poderes regenerativos de las células madre en extremidades de ratones.

Los nanoestimuladores se unen a la superficie de las células madre, entregando sustancias que estimulan a las células a liberar factores que promueven el crecimiento de los vasos sanguíneos y posibilitan una modulación correcta de la inflamación en el músculo dañado. (Imagen: Janet Sinn-Hanlon, Veterinary Medicine, University of Illinois Urbana-Champaign)

“Queríamos utilizar las funciones naturales de las células madre y los factores de estimulación para tratar la isquemia muscular localmente”, explica Kong.

Específicamente, el equipo decidió intentar conectar el factor de necrosis tumoral alfa directamente a las células madre, creando nanoestimuladores (nanopartículas cargadas con factor de necrosis tumoral alfa). Las nanopartículas se unen a un receptor en la superficie de las células madre, proporcionando una entrega localizada, controlable y prolongada de factor de necrosis tumoral alfa.

Los investigadores probaron su método en ratones con isquemia en una de sus patas traseras. Aislaron las células madre del tejido graso, las mezclaron con los nanoestimuladores y las inyectaron localmente en la pierna afectada de cada ratón.

Kong y sus colaboradores vieron un aumento del flujo sanguíneo y de los niveles de oxígeno en las patas con isquemia. También fueron testigos de mejoras en la movilidad: los ratones tratados podían caminar distancias más largas y sus patas afectadas eran más fuertes.

El equipo de Kong advierte que es necesario seguir trabajando en esta línea de investigación y desarrollo para optimizar las condiciones en las que recolectar y preparar las células madre, y para estudiar los efectos a largo plazo, antes de poder determinar si esta técnica servirá para pacientes humanos. (Fuente: NCYT Amazings)

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Identifican los tipos de células humanas más vulnerables al coronavirus

Un equipo internacional de especialistas ha identificado las clases de células humanas que parecen ser las más vulnerables a la infección por el coronavirus SARS-CoV-2, el culpable de la enfermedad pandémica COVID-19.

Estos científicos, entre quienes figura Alex K. Shalek, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge (Estados Unidos), buscaron células que expresan las dos proteínas que ayudan al virus SARS-CoV-19 a entrar en células humanas. Encontraron subconjuntos de células en el pulmón, las vías nasales y los intestinos que expresan ARN para ambas proteínas mucho más que otras células. Por lo tanto, estas células son las más susceptibles a la infección por el SARS-CoV-2.

En los pasajes nasales, los investigadores encontraron que las células caliciformes, que producen mucosidad, expresan ARN para las dos proteínas que el SARS-CoV-2 utiliza para infectar las células. En los pulmones, encontraron los ARNs de estas proteínas principalmente en las células llamadas neumocitos tipo II. Estas células recubren los alvéolos (sacos de aire) de los pulmones y son responsables de mantenerlos abiertos.

En los intestinos, encontraron que las células llamadas enterocitos de absorción, que son responsables de la absorción de algunos nutrientes, expresan los ARNs de estas dos proteínas más que cualquier otro tipo de células intestinales.

Esta imagen, captada mediante microscopio electrónico de barrido, muestra coronavirus SARS-CoV-2 (los objetos redondeados de color naranja) asomando de la superficie de células (marcadas en verde). (Foto: NIAID-RML)

Los investigadores esperan que sus hallazgos ayuden a guiar a los científicos que están trabajando en el desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos contra la COVID-19 o que están probando si algunos medicamentos ya disponibles para otras enfermedades podrían ser utilizados también para el tratamiento de la COVID-19. (Fuente: NCYT Amazings)

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Un equipo de la UB y del IBUB describe una ruta desconocida de ensamblado y tráfico de canales iónicos en células cardíacas

Los canales iónicos -unas proteínas integrales que se encuentrran en la membrana celular- son esenciales en múltiples procesos, como la actividad cardíaca, la transmisión nerviosa, la proliferación celular o la regulación de la presión sanguínea. Un estudio publicado ahora en la revista Science Advances describe por primera vez los mecanismos de asociación y tráfico de membrana de la corriente cardíaca IKs, un flujo de iones de potasio a través de canales iónicos en la membrana celular que es decisivo para la correcta función cardiovascular.

Estos mecanismos moleculares relacionados con la fisiología cardíaca han sido caracterizados por un equipo de expertos del Laboratorio de Fisiología Molecular de la Facultad de Biología y del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona (IBUB) (Catalunya, España), bajo la dirección del catedrático Antonio Felipe, del Departamento de Bioquímica y Biomedicina Molecular.

También participan en el estudio expertos de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud y del Instituto de Neurociencias (UBNeuro) de la UB; el Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (IDIBAPS); el Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols (CSIC-UAM); el Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Cardiovasculares (CIBERCV); la Universidad de Exeter (Reino Unido), y el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos en Bethesda (NHI).

Los canales de potasio dependientes de voltaje (Kv) regulan la transmisión del impulso nervioso y el potencial de acción cardíaco mediante el paso de iones K+ a través de la membrana plasmática que envuelve las células.

La actividad de estos canales de potasio es fundamental en los procesos relacionados con la transmisión sináptica, la fisiología cerebral y el potencial de acción cardíaco. Aunque su función fisiológica parece estar clara en células de naturaleza eléctrica, «su papel es todavía incierto en otros tipos celulares en los que se han podido detectar», detalla el catedrático Antonio Felipe.

(Foto: U. Barcelona)

En concreto, el canal Kv7.1 (KCNQ1) y su subunidad reguladora KCNE1 generan la corriente IKs del corazón, un flujo eléctrico que participa en la repolarización del miocardio y que interviene en el intervalo QT del potencial de acción cardíaco. Cuando este intervalo se muestra alterado -QT largo o QT corto-, se se pueden originar importantes patologías cardíacas (arritmias cardíacas, muerte súbita, etc.).

«Conocer la naturaleza y el funcionamiento de estas proteínas es esencial para entender, diagnosticar y tratar este tipo de patologías, que tienen un gran impacto social», subraya Antonio Felipe.

El nuevo estudio describe cómo el canal Kv7.1 se emplaza en la membrana celular mediante un mecanismo no convencional desconocido hasta ahora. Dicho mecanismo implica una ruta alternativa que evita la ruta clásica del aparato de Golgi, un orgánulo integrado por un sistema de cisternas aplanadas y vesículas en el citoplasma celular. Por su parte, la subunidad reguladora KCNE1 sigue un mecanismo tradicional de procesado a través de este orgánulo, que está relacionado con la biosíntesis y el transporte de moléculas esenciales para la fisiología celular.  

El nuevo estudio describe cómo el canal Kv7.1 (KCNQ1) y su subunidad reguladora KCNE1 se asocian en dominios muy específicos del retículo endoplasmático, un sistema formado por una compleja red de membranas y relacionado también con la síntesis y el transporte de proteínas.

Estos dominios especializados se localizan muy cerca de la superficie celular y son proyecciones de contacto entre el retículo endoplasmático y la membrana celular (endoplasmic reticulum-plasma membrane junctions, ER-PM). Estas regiones celulares son zonas de ensamblaje del canal Kv7.1 (KCNQ1) con su subunidad reguladora KCNE1 y se utilizan como paso previo a la translocación de este complejo proteico a la membrana plasmática para que este canal iónico desarrolle su función fisiológica esencial.

«Este exclusivo mecanismo no convencional descrito en el nuevo trabajo explica la localización de este importante canal iónico en regiones específicas de las células del músculo cardíaco -por ejemmplo, los túbulos T o transversales-  y su función en las rutas de señalización del calcio durante el potencial de acción cardíaco», concluye el catedrático Antonio Felipe. (Fuente: U. Barcelona)

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