Modelo Matemático ayuda a conocer los cuatro dirigentes en Teotihuacán

Modelo Matemático ayuda a conocer los cuatro dirigentes en Teotihuacán
Por Patricia López en la UNAM Núm. 4, 647

Con un modelo matemático y computacional, Tom Froese y Carlos Gershenson, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas (IIMAS), expusieron desde las ciencias exactas la tesis de Linda Manzanilla Naim, del Instituto de Investigaciones Antropológicas, quien planteó que en Teotihuacán pudo haber existido un sistema de gobierno compartido por cuatro líderes de diferentes grupos locales.

Especialista en esa civilización mesoamericana, Manzanilla afirmó que en un inicio su hipótesis no fue bien aceptada por la comunidad académica, pero actualmente comienza a tomarse en cuenta.

“En Teotihuacán no se ha encontrado evidencia de la presencia de un solo gobernante ni de golpes de Estado, que serían comunes al ejercer una sola persona el poder”, destacó la arqueóloga.

En esa urbe multiétnica, dividida en barrios con élites intermedias y una clase media competitiva y dinámica, sobresalieron cuatro grupos identificados por sus propios símbolos: serpiente, coyote, ave de rapiña y felino (a veces representado por el tocado de tres borlas); cada uno aportó un líder para el cogobierno, señaló.

Interesado por esta postura, Froese, experto en cibernética que conoció Teotihuacán como turista, se adentró en las indagaciones de Manzanilla hasta que logró conocerla y convencerla de expresar su tesis en una plataforma novedosa, en la que las matemáticas sintetizan los elementos más relevantes de la arqueología en busca de sus propios resultados.

Sociedad corporativa y multiétnica

En tanto, Manzanilla indicó que antes de su planteamiento historiadores del arte como Esther Pasztory y Zoltán Paulinyi destacaron que esa ciudad prehispánica fue distinta en su conformación a las sociedades mayas, pues mientras las del sur tuvieron una estructura social piramidal, donde el gobernante estaba a la cabeza y era una deidad, en la urbe del centro del país predominó una colectividad corporativa y multiétnica, construida por varias pirámides sociales pequeñas, regidas por oficio, jerarquía y etnicidad.

Se dividió en cuatro partes. “Supuse que había un sistema de cogobierno de cuatro señores, provenientes de cada sector de la urbe, que participaban juntos en el mando. Ésa es mi tesis”, señaló Manzanilla, quien destacó que en excavaciones de Sigvald Linné se encontró una vasija de cuatro individuos que hacen rituales de siembra, cada uno con emblemas distintos.

Froese se dedica a estudiar los sistemas distributivos y auto organizado que se presentan lo mismo en el cerebro que entre dos personas que interactúan y comparten una experiencia, e incluso, como muestra la investigación de Gershenson, entre grupos de semáforos que pueden reprogramarse para funcionar con más eficiencia.

En su modelo, convirtió la estructura política de Teotihuacán en una red booleana de 66 nodos, en donde cada uno de éstos hipotéticamente representa a las élites intermedias de los 22 “complejos de tres templos”, que es probable fueron los centros de los primeros barrios de la antigua urbe.

“Demuestra que un cogobierno distribuido –formado por 66 individuos egoístas del mismo nivel social, divididos en 22 barrios y en cuatro distritos– podría haber exhibido una autogestión óptima, incluso en ausencia de un control centralizado por gobernantes poderosos o un extenso aparato burocrático”, indicó Froese.

Rituales, cohesión colectiva

En el modelo matemático se encontró que los rituales de la comunidad tuvieron una labor importante para crear cohesión colectiva entre los cuatro distritos y, sobre todo, en sus agrupaciones.

“El ritual favorece lo óptimo en la colectividad y dentro de ese proceso el comportamiento y el aprendizaje se auto optimiza socialmente”, destacó. Una sorpresa de esta singular investigación multidisciplinaria fue que las herramientas matemáticas fundaron formalmente la tesis del cogobierno planteada desde la arqueología y significaron el desarrollo del primer modelo matemático de la coalición política de Teotihuacán, la primera civilización urbana de Mesoamérica.

Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista científica PLOS ONE: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0109966

La memoria en los monos capuchinos

La memoria en los monos capuchinos
Por Patricia López en la UNAM Núm. 4, 644

Los  monos  capuchinos ,  que viven en selvas y bosques de varias naciones de América del Sur, realizan en su hábitat natural movimientos muy variados, más de la mitad destinados a buscar alimento y el resto para viajar y descansar.

Interesado en la “ecología del movimiento”, Denis Boyer, del Instituto de Física, desarrolló con su alumna de doctorado Citlali Solís Salas un modelo matemático propio para estudiar el movimiento animal, en este caso de un grupo de monos capuchinos libres en la isla de Barro Colorado, Panamá, para indagar si lo hacen al azar o siguen algún patrón.

Con datos de campo que le compartió la primatóloga Meg Crofoot, de la Universidad de California en Davis, Boyer y Solís efectuaron un trabajo de abstracción que les permitió seleccionar algunas variables, elegir las más relevantes y reducir las caminatas a ecuaciones matemáticas.

Azar o memoria

La pregunta inicial de los investigadores fue si los monos capuchinos se mueven o no al azar. “En física hay una gran tradición en procesos markovianos (llamados así por el matemático ruso Andréi Markov), que son aleatorios y carentes de memoria.

En estos eventos, la probabilidad de que ocurra un suceso no depende de otros anteriores”, explicó el doctor en Física. Pese a que las caminatas de los primates en general eran lentas y no muy lejanas de un territorio común, el modelo reveló que, analizados a largo plazo, son movimientos no-markovianos, pues no son independientes entre sí y están correlacionados con el tiempo.

“Encontramos que los monos utilizan la memoria y el aprendizaje para trasladarse a sitios conocidos que no están en su rango de percepción inmediata. Ello depende de hechos guardados en su memoria por mucho tiempo, que rescatan y usan para desplazarse y buscar alimento”, detalló Denis Boyer.

Auto-organización

Los resultados, publicados en junio pasado en la revista Physical Review Letters, ubicaron una tasa de 0.4 por ciento de uso de memoria en un minuto de tiempo. “Aunque parece poco, tiene importancia, pues después de cuatro a seis meses determina patrones espaciales de ocupación”, comentó.

Datos del estudio de Boyer “proporcionan evidencia adicional de que ésta es un factor clave para la organización de los territorios o hábitos hogareños de los ani-males”. Es cierto que el instinto los guía para cubrir sus necesidades básicas, pero la retentiva también influye al efectuar sus actividades cotidianas.

Actualmente el universitario trabaja en  un nuevo modelo matemático en el que considera el decaimiento de la memoria.

Descubren exoplaneta del tamaño de Júpiter

Descubren exoplaneta del tamaño de Júpiter
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 641

Un exoplaneta del tamaño de Júpiter, pero mucho más lejano de la Tierra, que orbita alrededor de una estrella gigante roja, es el primero localizado con el instrumento español CAFE (Calar Alto Fiber – fed Èchelle spectrograph), en cuyo diseño y puesta en marcha participó Sebastián Sánchez, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM.

Experto en instrumentación y adscrito a la mencionad a instancia universitaria desde enero de 2014, Sánchez y sus colegas han concretado, con el hallazgo del objeto Kepler 91b, su primer gran éxito desde que iniciaron el proyecto de instrumentación y búsqueda de exoplanetas en el Observatorio Astronómico Hispano Alemán (CAHA) de Calar Alto, ubicado en Almería, España.

El objeto celeste podría encontrarse en los últimos estadios de su vida antes de ser engullido por su estrella. Es de gran tamaño, mayor al que aspiran encontrar los astrónomos, cuya meta última es ubicar astros de tal la semejante a la Tierra; no obstante, significa un gran logro, y los resultados han sido difundidos en línea por la revista Astronomy & Astrophysics Letters.

El universitario trabaja en este proyecto desde 2008, primero como investigador del CAHA, luego del Instituto de Astrofísica de Andalucía y ahora del Instituto de Astronomía de la UNAM. “Ha sido un proceso de desarrollo largo, nació en el CAHA en colaboración con el Instituto de Astrobiología, que está dedicado específicamente a buscar estos objetos. Mi intervención ha consistido en la construcción y el desarrollo de las técnicas de análisis, un nodo más técnico que se ha venido a México conmigo”, señaló.

Con su reciente incorporación a la Universidad Nacional, espera formar a nuevos científicos interesados en la instrumentación y la búsqueda de este tipo de objetos.

Jalón de planeta a estrella

Para encontrar planetas fuera del sistema solar, los astrónomos recurren a métodos indirectos, cuyo éxito depende de mejorar las técnicas y desarrollar una instrumentación superior.

El utilizado en este caso es la velocidad radial, que se basa en medir cómo la presencia del planeta mueve a la estrella en una determinada dirección. Al ser un objeto masivo, el primero tira de la segunda y causa un desplazamiento en el centro de la masa de ésta, lo que genera un efecto Doppler, que es una diferencia de velocidad en función de la distancia. “Esa discrepancia es lo que medimos, pues la masa de la estrella la conocemos relativamente bien, por varios modelos de evolución estelar, así como por su luminosidad y distancia”, explicó.

Por lo tanto, al saber cómo jala el planeta a la estrella, los expertos pueden inferir la órbita de éste que se ve a través del periodo que tarda en volver a la misma posición.

Otra técnica es la de los tránsitos, que mide el descenso en el brillo de la estrella cuando el planeta pasa delante de ella, algo parecido a lo que sucede en el sistema solar si Venus o Mercurio transitan proyectados por el disco solar.

Este método es más rudimentario y también más económico; el satélite Kepler de la NASA (lanzado en 2009 para buscar planetas semejantes a la Tierra) lo utiliza para observar continuamente multitud de estrellas y tratar de identificar descensos periódicos en su brillo.

Afinar la técnica

“La mayoría de los planetas que descubrimos son similares a Júpiter, masivos y fáciles de detectar por su gran tamaño. El objetivo que intentamos alcanzar es detectar otros que sean lo más parecidos a la Tierra y que estén a distancias semejantes a la que está nuestro mundo del Sol, con soles parecidos al nuestro”, apuntó.

Este propósito requiere afinar las técnicas para hallar masas más pequeñas. “Con el instrumento CAFE comenzamos a descubrir unas menores a Júpiter.  Esperamos que en un futuro, con modificaciones, pueda llegarse a captar planetas de tipo solar”.

Ahora, Sánchez comienza a probar su técnica de localización de exoplanetas en el Observatorio Astrofísico Guillermo Haro, ubicado en Cananea, Sonora. “No es un observatorio con muy buena calidad de imagen, mas sí de espectroscopia, y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, que lo tiene a su cargo, ha comenzado a utilizar ese tipo de instrumentos, así que es una buena oportunidad para conjuntar esfuerzos y experiencias”.

Estudian bacterias para fertilizar leguminosas

Estudian bacterias para fertilizar leguminosas
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 618

Leguminosas ricas en proteínas, y no leguminosas, asociadas a bacterias que las fertilizan sin necesidad de usar productos químicos costosos y contaminantes, son estudiadas por Esperanza Martínez Romero, en el Centro de Ciencias Genómicas.

En el campus Morelos de la UNAM, donde por más de 30 años se ha estudiado y caracterizado a múltiples bacterias que fijan nitrógeno en las plantas para fertilizarlas, la doctora en Investigación Biomédica Básica ha indagado la relación entre la bacteria Rhizobium y el huaje o guaje (Leucaena leucocephala), leguminosa casi en desuso pero con arraigo en la cocina tradicional mexicana, donde se come en el huaxmole (platillo tradicional de la cocina mixteca poblana).

“Se utiliza el huaje, un árbol maravilloso de rápido crecimiento que fija de forma fácil 240 kilogramos de nitrógeno por hectárea al año, para una fertilización considerable”, afirmó Martínez Romero.

Le llaman planta que fertiliza porque puede asociarse con otras especies, y al tirar sus hojas, nutre la tierra de manera notable. “Tiene hojas pequeñas que se degradan sencillamente y se incorporan al suelo como materia orgánica”, detalló. Además de crecer rápido, desarrolla raíces profundas y se abastece de agua de los mantos freáticos, sin competir por el líquido de la superficie consumido por otros cultivos agrícolas.

El uso de biofertilizantes es una opción ecológica y sustentable, pero la clave está en cómo hacer crecer esos cultivos. “Visto desde lo económico, si uno añade productos químicos el proceso es poco o nada rentable, pues éstos se llevan gran parte del costo de producción. Y desde lo ecológico, los biofertilizantes constituyen una opción limpia, que sustituye a los químicos, contaminantes y difíciles de degradar”, explicó.

Avances

Martínez Romero indicó que los avances en las ciencias genómicas han permitido descifrar los genomas de varias bacterias fijadoras de nitrógeno y emplearlas con mayor eficiencia.

Durante sus pruebas en laboratorio e invernadero, identificó a las bacterias que promueven un mayor desarrollo del huaje. Encontró que mientras las plantas sin la bacteria crecen poco y son amarillas, las inoculadas con Rhizobium crecen grandes, verdes y con tallos fuertes que se vuelven troncos.

En su proyecto combina las mejores bacterias fijadoras con los huajes sin necesidad de transgénicos.

Nutre al ganado y al suelo

Actualmente la universitaria y su equipo colaboran con la Fundación Produce de San Luis Potosí, donde se interesaron por utilizar al huaje para dotar de proteína a los pastizales con los que se alimenta al ganado. “Todas las leguminosas que fijan nitrógeno tienen alto nivel de proteína, como frijol, haba, lenteja y soya, pero han sido desplazadas en la alimentación moderna por carne roja y pollo, tanto en América como en Europa”, destacó la investigadora, y recomendó consumir aquéllas por ser nutritivas y poseer propiedades anticancerígenas.

Martínez Romero también colabora en el análisis de biofertilizantes para impulsar cultivos que sirvan como biocombustibles. “Las plantas pueden usarse como biomasa, degradarse y generar etanol para mover vehículos, y las oleaginosas pueden producir aceites que sustituyan al diésel o la bioturbosina. Sin biofertilización estos procesos son menos redituables”, comentó.

Los procesos a partir de plantas constituyen una opción para sustituir gasolinas o diésel. “Independientemente de cuándo se acabe el petróleo, pueden ayudar a que el crudo dure más tiempo y se emplee para lo más necesario, como los plásticos derivados que tienen muchas aplicaciones”, subrayó.

Proyecto sobre bioturbosina

La investigadora fue invitada a un proyecto estatal para crear bioturbosina con una planta nativa del país y Centroamérica, el piñoncillo mexicano (Jatropha curcas), del que hay algunas variedades inocuas y otras tóxicas que pueden causar cáncer.

“De México y Mesoamérica se llevaron variedades de Jatropha a la India y África, donde las han sembrado durante 50 años con una producción exitosa, pero son tóxicas. Ahora que en nuestro país se desea elaborar biocombustibles, es prioritario reglamentar el uso de las variedades y evitar que se importen y siembren las que contienen esas sustancias nocivas. Las inocuas son nativas y su uso ayudará a la preservación del germoplasma, riqueza de nuestro territorio”, finalizó Martínez Romero.

Transgénicos, instrumento para mejorar cultivos

Transgénicos, instrumento para mejorar cultivos
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 602

Los organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos son una herramienta útil para contender con plagas y mejorar cultivos en el campo sin utilizar insecticidas ni fertilizantes contaminantes, afirmó Francisco Bolívar Zapata, investigador emérito y fundador del Instituto de Biotecnología.

Durante tres décadas, los OGM han mostrado su eficiencia para crear medicamentos como la insulina sintética, el interferón y algunos anticoagulantes sanguíneos; además, por siglos se han usado para fabricar alimentos y bebidas como el queso y la cerveza, y más recientemente para mejorar la producción de huevo y vino, ejemplificó.

El universitario aclaró que no hay evidencias científicas de posibles daños a la salud y al medio ambiente debido a los transgénicos que, en cambio, pueden considerarse de bajo riesgo, pues la integración de un gen de un organismo a otro ocurre en la naturaleza durante la transferencia horizontal, porque todos los seres vivos compartimos dentro de nuestras células la estructura de la doble hélice del ADN, explicó en el auditorio A de la Facultad de Química.

Coordinador de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Oficina de la Presidencia de la República e integrante de El Colegio Nacional, Bolívar Zapata ofreció la conferencia Ciencia Genómica, Biotecnología y Bioseguridad, organizada entre esa entidad y la Facultad de Química, donde cursó la licenciatura en Ingeniería Química y el doctorado en Bioquímica.

Actualmente, detalló, más de 134 millones de hectáreas son ocupadas en el cultivo de plantas transgénicas en 27 naciones, y sus productos son consumidos por más de 300 millones de personas en más de 50 países.

“La polémica sobre su uso se centra, en especial, en el área agrícola, en su uso en semillas y plantas como el maíz; pero en las áreas de la salud y los alimentos han sido mucho más aceptados”, reconoció el científico galardonado con los premios Príncipe de Asturias 1991 y Nacional de Ciencias y Artes 1992.

Aunque hasta ahora no hay pruebas contundentes de daño por utilizarlos o consumirlos, existe una legislación mundial y nacional para regularlos que debe conservarse, opinó.

México es firmante del Protocolo de Cartagena, que establece el marco para el manejo transfronterizo con la idea de comercializar estos organismos y sus productos. Con base en este compromiso fue elaborada la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados, para garantizar la protección de la salud humana, el medio ambiente, la diversidad biológica y la sanidad animal, vegetal y acuícola.

Reconocimiento internacional a biofungicida de la UNAM

Reconocimiento internacional a biofungicida de la UNAM
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 587

Fungifree ABMR, biofungi­cida creado por Enrique Galindo Fentanes y Leo­bardo Serrano Carreón en el Instituto de Biotecnología, para evitar la antracnosis en los mangos, fue reconocido por el Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA) como uno de los tres principales logros biotecnológi­cos de América Latina desarrollados en 2012.

El organismo público, con sede en Costa Rica, ponderó las venta­jas del biofungicida biológico, que inhibe –con el uso de una bacteria proveniente del follaje de la planta de mango– el desarrollo de un hongo que genera manchas ne­gras y acelera la descomposición de los frutos.

Con la bacteria Bacillus subtilis, que actúa como antagonista del hongo Colletotrichum gloeospo­rioides, se impide que éste genere en los mangos las manchas negras características de la antracnosis. Así, se sustituye el uso de productos quí­micos altamente tóxicos y dañinos para el ambiente, que dejan residuos en el fruto y limitan su capacidad de exportación.

El producto orgánico y sustentable es el primero en su tipo desarrollado totalmente en el país y desde noviembre de 2012 se comercializa en el campo nacional, mediante una alian­za estratégica entre Agro&Biotecnia y la empresa FMC Agroquímica de México, principalmente en los estados de la costa del Pacífico mexicano.

Otros cultivos

Patentado en México y con presencia ampliada, Fungifree ABMR también previene y controla la antracnosis en los cultivos de aguacate, papaya, limón, naranja y toronja, cuyos principales productores son los esta­dos de Michoacán, Yucatán, Veracruz y Colima.

Recientemente, el biofungicida también ha sido aprobado para su uso en el control de la enfermedad llamada cenicilla en solanáceas (be­renjena, chile, jitomate, tomate) y en cucurbitáceas (calabaza, calabacita, melón, pepino, sandía), lo que lo hace ser el producto biológico de mayor espectro en el mercado.

“El reconocimiento es del IICA, que realiza una evaluación anual de las tendencias tecnológicas internacionales y en su reunión periódica determina los aportes que, a su juicio, son los más importantes. Éste correspondió a 2012 porque el producto salió al mercado en no­viembre de ese año”, relató Galindo.

Amplían su mercado

En el campo mexicano, el biofungi­cida ha logrado aumentar tanto el volumen de ventas entre los agri­cultores como el número de cultivos en que se aplica, comentó Serrano.

“Contábamos en 2012 con regis­tro y permiso de comercialización sólo para el control de antracnosis en mango. De entonces a la fecha hemos obtenido el registro para su uso también en el control de la misma enfermedad en aguacate, papaya y cítricos, lo que permitió que el producto tuviera un primer año fiscal (2013) que cumplió con las expectativas de la empresa Agro&Biotecnia, que establecimos para pasar del laboratorio al merca­do”, destacó.

Desde hace un par de años, Ga­lindo y Serrano tramitan patentes internacionales para proteger el producto en Brasil, Estados Unidos y Ecuador.

“En la nación carioca tenemos muchas expectativas, es un mercado inmenso, de un orden de magnitud más grande que el mexicano. Sus registros son muy rigurosos; nos tomará dos o tres años conseguirlos, pero nos abrirá un gran potencial”, apuntó Galindo.

Científicos y empresarios

Tras 12 años de trabajo en labora­torio, los universitarios iniciaron en 2008 su aventura empresarial (al fundar Agro&Biotecnia) para llevar su producto científico (cuya comercialización inició en 2012) a la solución de problemas reales en el campo.

“Ser científico y empresario ha sido una experiencia enriquece­dora. Permite no sólo quedarse en la parte técnica, sino además entrar de lleno en la regulatoria y comercial, donde uno adquiere una perspectiva global del desarro­llo de un producto”, dijo Serrano.

La ciencia básica es esencial para que un producto sea exitoso, pero es parte de un proceso en el que, si las demás fases se minimizan, ocurre un problema para llevar el avance tecnológico al mercado. “Esta ex­periencia nos da una capacidad de respuesta y de desarrollo más rápida, estamos conscientes de los criterios y cuellos de botella que hay en el camino, más allá de las dificultades técnicas”, consideró.

Por su parte, Galindo señaló que ser científico y empresario ofrece una visión más amplia. “Ha sido especialmente reconfortante recibir noticias como ésta. Fue algo inesperado y estimulante saber que nuestro producto es evaluado por terceros”.

Mencionó que una gran satisfacción de su experiencia empresarial es dar respuesta a contratiempos reales. “Nos llaman los productores para usar un biofungicida y es muy satisfactorio responder que tenemos uno en el mercado para resolver su asunto”.

Hoy en día, Galindo y Serrano, junto con Carlos Roberto Gutiérrez, su otro socio en Agro&Biotecnia, combinan su labor en el Instituto de Biotecnología y en la empresa en torno al desarrollo de nueve prototi­pos para productos que podrían ser comercializables en un año.

“Actualmente en proceso, están ideados para el control de enfer­medades en cultivos agrícolas, que son de gran impacto económico y social. Son nueve candidatos con potencial de convertirse en productos, pero aún no sabemos si todos llegarán al mercado”, ade­lantó Serrano.

Nueva generación

Lo importante, concluyó Galindo, es que se trabaja en una nueva ge­neración de productos de control biológico de fitopatógenos, que son biológicos, orgánicos y sustentables, y permitirán controlar enfermeda­des agrícolas de distinta índole desde una perspectiva ambiental.

Crean biofibras de polímeros para regenerar cartílago

Crean biofibras de polímeros para regenerar cartílago
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 585

Para sustituir y/o rege­nerar los cartílagos de los meniscos de las rodillas, sistemas de amortiguación que se dañan por sobrepeso, ejercicio excesivo y enfermedades como la artri­tis, un grupo de investigadores del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) desarrolla biofibras de políme­ros para crear implantes.

Los tejidos, que se producen en laboratorio a escala nanomé­trica, están formados por una mezcla de cuatro polímeros –po­liácido láctico, policaprolactona, colágeno y poliuretano– y son biocompatibles con el organismo humano, explicó Miriam Estévez González, titular del proyecto que se desarrolla en el campus Ju­riquilla de esta casa de estudios.

Estos cartílagos se encuen­tran en muchas articulaciones para protegerlas del contacto y fricción con los huesos. Dentro de las rodillas se ubican los me­niscos, trozos de cartílago fibroso que amortiguan y lubrican las articulaciones, además de limi­tar su capacidad para flexionarse o extenderse.

Si alguien se daña los me­niscos en la parte más interna, donde no hay vascularización, lo más probable es que requiera una cirugía llamada meniscectomía total o parcial. Sin embargo, las consecuencias de ésta ahora son conocidas y se ha demostrado que, 21 años después de efectuar­la, el riesgo de artrosis de rodilla aumenta de manera significati­va. Es para estos pacientes que las nuevas técnicas de trasplante o regeneración meniscal presen­tan una posible solución.

“En nuestro país no se reali­zan trasplantes, sólo se recurre a la meniscectomía parcial o total, es por ello que propo­nemos crear una plataforma polimérica con la morfología similar a la que presentan los meniscos, para que sirva no sólo de sustituto, sino también para ayudar a regenerarlo.”

 

Morfología de media luna o cuña

Con forma de media luna o cuña, los meniscos son porosos en las orillas o partes más externas, donde tienen vascularización y bue­na irrigación sanguínea, no así en la parte interna. ‘‘Para lograr esa morfología com­pleja, cerrada al interior y abierta en las orillas, que sea biocompatible y tenga la resistencia mecánica nece­saria para usarse como implante o plataforama con la idea de regene­rar el tejido, empleamos la técnica de electrospinning o electrotejido’’, indicó Estévez González.

En el Departamento de Inge­niería Molecular de Materiales del CFATA, la investigadora y su grupo, conformado por estudiantes de licen­ciatura y posgrado, hacen la síntesis polimérica y las nanofibras dentro de un equipo de electrotejido.

Los cuatro polímeros en solu­ción son colocados en un capilar a través del cual se expulsan a una velocidad controlada. Además, te­ner una fuente de alto voltaje que posee dos electrodos que deben conectarse, uno, a la salida de la solución polimérica y otro, al pla­to colector (molde con la forma de un menisco para obtener desde un inicio la forma deseada) donde se depositarán las fibras.

En el proceso se varía el volta-je, la distancia de la jeringa a la placa, la concentración de los polímeros y la temperatura, pues todo eso afecta el tamaño y la morfología del pro­ducto final, detalló.

Actualmente ya se ha carac­terizado el material obtenido por microscopía electrónica de barrido para observar la morfología. “Tene­mos pruebas mecánicas de tensión y compresión y hacemos estudios de citotoxicidad y biocompatibilidad en ratas”.

Este proyecto lo financian el Consejo de Ciencia y Tecnología del estado de Querétaro y el CFATA, dentro de la convocatoria 2013 de apoyo a los investigadores de es-te último.

 

Modelo mecatrónico de rodilla

El siguiente paso del proceso implica someter los meniscos artificiales a todas las pruebas, ejercicios y esfuerzos que realiza una real. Para lograrlo, Domingo Ran­gel Miranda, técnico académico responsable del Laboratorio de Instrumentación del CFATA, des-arrolla con sus alumnos un modelo mecatrónico de rodilla, en el que representa todos sus movimientos.

Los científicos miden y evalúan los esfuerzos que debe resistir el artificial para saber si es factible usarlo como implante en pacientes humanos. ‘‘Con el propósito de hacer via­bles los implantes en la articulación, estos biomateriales están caracterizados con estudios tanto de físico-química como de mecáni­ca. Pretendemos mejorar la parte biomecánica, para que cada uno se ajuste a las necesidades del pacien­te y pueda tener las características biomecánicas personalizadas’’, abundó el universitario.

El material obtenido a partir de las biofibras es flexible, adaptable y resistente a la carga que recibe, algo fundamental para un pacien­te. ‘‘En el prototipo buscamos que el biomaterial pueda soportar todas las pruebas. En dos años ten­dríamos algunos resultados más establecidos e iniciar pruebas en personas’’, adelantó.

Proyección del prototipo

A futuro, los investigadores del CFATA podrán patentar el proto­tipo mecatrónico de rodilla, un equipo totalmente automatizado, con movimientos inteligentes que simulan la flexión de la rodilla, la actividad al correr e, incluso, un tropezón. ‘‘Puede servir para la enseñanza (pues reproduce todas las funciones biomecánicas de la rodilla) e interesar a sectores aca­démicos’’, finalizó Rangel.

Método para cambiar material biomédico

Método para cambiar material biomédico
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 586

Con la idea de evitar las infecciones que muchos pacientes adquieren al insertárseles sondas, válvulas o cualquier material implantable en su cuerpo, Franklin David Muñoz Muñoz desarrolló, durante su estudio de doctorado en la UNAM, una metodología con el objetivo de modificar o funcionalizar materiales de uso biomédico como el poliuretano.

Para ello, utilizó radiación de alta energía, de tal manera que sus paráme­tros de biocompatibilidad y citotoxicidad se alteraran de forma negativa. Un punto específico era incluir funcionalidades que permitieran interaccionar con un antibiótico para, posteriormente, lograr una liberación controlada, en especial sobre los sitios de implante.

Con la tutoría de Emilio Bucio Carri­llo, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares, Muñoz Muñoz, químico colom­biano (quien cursó maestría y doctorado en Ciencias Químicas en esta casa de estu­dios) mejoró un poliuretano comercial, de marca registrada Tecoflex®, al modificar su estructura interna para conferirle sen­sibilidad a estímulos como temperatura y pH.

Por este desarrollo, ya patentado, ganó la edición 2013 del Premio IIM-UNAM a la Mejor Tesis Doctoral en el Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales, que desde hace 18 años otorga el Instituto de Investiga­ciones en Materiales de esta Universidad.

El trabajo se realizó en el Laboratorio de Macromoléculas del Departamento de Química de Radiaciones y Radioquímica del Instituto de Ciencias Nucleares, en colaboración con el Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la Facultad de Farmacia de la Universidad Santiago de Compostela, de España.

Situación frecuente

Frecuentemente, los polímeros conven­cionales con los que están hechos varios dispositivos de uso biomédico se relacio­nan con la generación de infecciones en pacientes durante un proceso quirúrgico, una estancia hospitalaria y otros espacios, pues son colonizados con facilidad por bacterias presentes en ese medio, como Staphylococcus aureus, que como la mayo­ría, tienen la capacidad de poblar de manera rápida la superficie de los materiales y for­mar biocapas o biopelículas, mecanismos que las hace impermeables a la acción de los antibióticos.

Esto conduce a un problema de salud pública que abarca no sólo los altos niveles de mortalidad y morbilidad, sino también el incremento de los costos del tratamien­to (debido al reemplazo inmediato del dispositivo infectado) y de la estancia hos­pitalaria, así como la necesidad de una nueva administración de antibióticos con un aumento en sus dosis, explicó Muñoz en entrevista.

Irradiar para modificar la estructura

Para modificar e incorporar nuevas funcio­nalidades en el poliuretano comercial, ese material fue sometido al irradiador Gam­mabeam 651-PT del Instituto de Ciencias Nucleares. Con ese proceso se promovieron reacciones de injerto y entrecruzamiento para formar sistemas de redes interpene­trantes con respuesta dual a los cambios de temperatura y pH en medios fisiológicos.

Las modificaciones fueron optimiza­das para maximizar la interacción entre el material y los fármacos, como la vancomicina (antibiótico usado para combatir bacterias gran-positivas); con ello se logra liberar la sustancia de manera controlada y localizada específicamente en los sitios de inserción. Con este método se pudo inhibir el crecimiento bacteriano sobre ca­téteres y láminas del material propuesto.

«Escogimos Tecoflex® por sus ventajas frente a otros polímeros en aplicaciones biomédicas, como son su alta biocompatibilidad y baja toxicidad, para comprobar que un uso adecuado de la radiación gam­ma sirve como herramienta para dotar de nuevas y múltiples funciones espe­cializadas a estos materiales, sin alterar negativamente sus parámetros.

«Además, hemos avanzado en la meta de reinsertar el uso en aplicaciones biomé­dicas, de otros polímeros que actualmente son descartados por su susceptibilidad a la colonización bacteriana, como son el polipropileno y el polietile­no», detalló.

Las infecciones bacterianas se adquieren con frecuencia en procesos quirúrgicos, posoperatorios o por una asepsia inadecuada sobre las puntas del implante expuesto al medio, lo que implica un riesgo para los pacientes que necesitan convivir a diario con esta clase de dispositivos. “Con estos nuevos materiales buscamos que un sistema implantable, como un catéter, extienda su vida útil después del proceso de inserción y así atravesar con éxito las primeras 24 horas de aplicación, periodo de alta vulnerabilidad”, precisó.

Con el nuevo insumo, en las primeras horas de uso los dispositivos empiezan a liberar las sustancias bioactivas, para evitar la colonización durante el proceso quirúrgico.

Tras la irradiación, el material fue modificado con componentes quími­cos sensibles a estímulos, que liberan o absorben sustancias farmacológicas en respuesta a las condiciones del medio. “Fue optimizado para que según los valores de temperatura o pH del pacien­te la sustancia sea liberada de forma local en el organismo, al migrar desde su superficie. Por otro lado, el uso de radiación implica que otros precursores e iniciadores de reacción, considerados contaminantes en muchos materiales diseñados para aplicaciones biomédicas, sea omitido”, concluyó.

Diseñan máquina para reciclar unicel

Diseñan máquina para reciclar unicel
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 584

Dos alumnos de la Facultad de Ingeniería presentaron el prototipo de la primera máquina mexicana que recicla poliestireno expandido (EPS, por sus siglas en inglés), también conocido como unicel, uno de los materiales plásticos más utilizados para elaborar vasos, platos y charolas desechables, así como empaques de productos.

El prototipo REPS-01 (que significa Reciclaje de EPS prototipo 01) es una tecnología nacional que convierte de manera eficaz cualquier presentación del material, previamente usado, en pequeñas esferas reutilizables en la fabricación de reglas, plumas o marcos.

La máquina representó un reto para sus creadores porque no había antecedentes de una herramienta para reciclar el material e, incluso, el diseño de una de las piezas, llamada husillo, requirió más de seis meses de trabajo, reveló el alumno y coautor del modelo, Héctor Ortiz Chávez, quien acaba de concluir el último semestre de la licenciatura en Ingeniería Mecánica y hace actualmente su tesis con este proyecto.

En conferencia de medios efectuada en el Centro de Ingeniería Avanzada de la Facultad de Ingeniería, Jorge Luis Hinojosa Magaña, también coautor de la máquina y estudiante de la misma carrera, consideró que es un paso importante al combinar un proyecto universitario con la aventura de ser emprendedores. “Llegamos a este momento luego de realizar, como integrantes de la Sociedad de Energía y Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniería, un estudio sobre el reciclaje en Ciudad Universitaria y una campaña para promover una cultura para impulsar el correcto manejo de los residuos sólidos”, destacó.

“Descubrimos que este material tiene un potencial de reciclaje muy alto, el problema es que no hay prácticas formales para su acopio ni tecnología mexicana para este propósito. Con apoyo de la empresa Dart de México decidimos este desarrollo, que hoy en día puede convertirse en una herramienta útil para empresas y gobiernos que hacen uso intensivo de este material”, añadió Ortiz.

Su construcción fue posible con el apoyo de esa empresa y de la Sociedad de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería.

Actualmente, Ortiz e Hinojosa trabajan en un plan de negocios para avanzar en su propia microempresa, Rennueva, que se especializará en tecnologías sustentables.

Termodensificado 

La REPS-01 utiliza un proceso a base de calor conocido como termodensificado, que extrae la materia prima de los productos desechables, integrados 95 por ciento de aire y cinco por ciento de poliestireno.

Tras calentar y comprimir el material, se desecha el aire y se obtiene una pasta, con la que se hacen tiras y luego pequeñas perlas o bolitas milimétricas (conocidas como pellets), disponibles para la creación de nuevos artículos plásticos.

En 2011, Ortiz e Hinojosa efectuaron su investigación en la UNAM para ver el impacto real que tiene el material en aspectos sociales, económicos y técnicos. Los resultados mostraron la importancia del poliestireno expandido en la sociedad mexicana y el potencial para generar empleos con un programa de reciclaje.

A partir de este incentivo, iniciaron el diseño del prototipo y reintroducir el unicel a la cadena de valor; como objetivo principal decidieron crear un producto de costo, consumo energético y mantenimiento bajos, hecho con partes cien por ciento nacionales.

Con la innovación y compromiso de los jóvenes estudiantes se ha desarrollado esta tecnología en México que permite, por primera vez, que el tratamiento del  unicel sea procesado con un equipo elaborado en su totalidad en el país, expuso José Gonzalo Guerrero Zepeda, director de la Facultad de Ingeniería.

En favor de la sociedad

En tanto, Rafael Vargas, presidente de la Comisión de la Industria del Plástico, Responsabilidad y Desarrollo Sustentable de la Cámara Nacional de la Industria Química, externó que este proyecto nacido en la UNAM une visiones sobre el manejo de residuos sólidos en favor de la sociedad y el medio ambiente.

Por su parte, José del Cueto, presidente de la Asociación Nacional de la Industria del Plástico, comentó que trabajos como éste ayudarán a incrementar el reciclaje de poliestireno en el país, que apenas llega a 11 por ciento.

Este producto tiene importantes ventajas: es un aislante térmico, ligero, resiste la humedad y no se pudre ni sirve de sustrato a microorganismos; sin embargo, como otros derivados del petróleo, es altamente contaminante, de difícil degradación, inflamable y de compleja transportación debido a su volumen.

Contra el tráfico vehicular, semáforos auto-organizantes

Contra el tráfico vehicular, semáforos auto-organizantes
Por Patricia López en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 581

Para agilizar el tráfico vehicular en zonas densamente pobladas como la Ciudad de México, un investigador de la UNAM ha des-arrollado un programa que se basa en el uso de semáforos auto-organizantes, es decir, capaces de decidir si marcan el alto o el siga en un crucero, según el flujo de automóviles en un área determinada.

El trabajo de Carlos Gershenson Gar­cía, doctor en Ciencias de la Computación y académico del Instituto de Investiga­ciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas (IIMAS), en colaboración con Darío Zubillaga Martín y Jorge Zapotécatl López, alumnos del posgrado en Ciencias e Ingeniería en Computación, propone soluciones que consideran las condicio­nes locales de una calle o crucero, entre ellas el número de vehículos (públicos y privados) y su velocidad.

“Funcionan de manera semejante a una parvada, que no tiene un líder y depende de las interacciones locales que se dan entre las aves; además, consideran la adaptación, pues los fenómenos vivos enfrentan entornos cambiantes”, explicó.

El proyecto descarta las centrales de control vehicular que hay en muchas ciu­dades y opta por priorizar las condiciones de una zona pequeña (como una colonia) para disponer los semáforos de acuerdo con los elementos inmediatos y así evitar aglomeraciones en calles posteriores y nudos viales en cruceros.

Incluyen cámaras

La idea, dijo Gershenson en entrevista, es dotar a los semáforos de cámaras que funcionan como sensores, para que pue­dan tomar decisiones locales.

“Se requiere una cámara-sensor por cada dirección, así que algunas intersec­ciones necesitarán hasta cuatro o seis sensores, pero son dispositivos que ya existen en el mercado”, señaló.

Además de la cámara, hay un meca­nismo que procesa el video para detectar a los automóviles. “Es fácil de programar porque es un método sencillo en el que se toma en consideración la cantidad de co­ches para determinar el tiempo de espera y cambiar el semáforo. Esa información se envía al controlador, pero todo es local, así que no se requiere de una central”, aclaró.

Se llaman semáforos auto-organizan­tes porque no dependen de un control central, sino que ellos mismos, con sus condiciones locales, encuentran una so­lución adaptativa al problema del tráfico.

Inteligencia distribuida

Los semáforos inteligentes utilizan una habilidad distribuida que favorece el flujo de vehículos, mantiene cierta velocidad constante y es flexible ante fenómenos cambiantes, como una acumulación de autos repentina.

Con casi una década de desarrollar diferentes etapas, Gershenson inició una primera versión como proyecto de su doctorado en Bruselas, luego lo continuó en un posdoctorado en Boston y más tarde lo mejoró en el IIMAS, donde es investigador desde 2008.

El sistema se basa en un algoritmo de seis reglas y simulaciones por computado­ra. “Ahora falta probarlo en un proyecto piloto, que iniciaríamos a mediados de este año en Ciudad Universitaria, donde se tomará en cuenta el transporte público (Pumabús) y privado, así como el flujo peatonal y de ciclistas”, apuntó.

En su simulación, Gershenson estima ahorro en el tiempo de traslado y de gaso­lina para los autos de la red primaria de la Ciudad de México.

“Se economizaría cerca de un millón de toneladas de dióxido de carbono al año, que equivale al ahorro de más de 10 líneas del Metrobús de la urbe, pero el costo para implementarlo es mucho menor que una sola línea”, destacó.

El universitario busca interesar con este proyecto a las autoridades de la me­trópoli para probar su sistema en una delegación o zona conflictiva de la capital, como el Centro Histórico o Polanco.