Más de 415 millones de personas en todo el mundo están viviendo con diabetes, y con frecuencia necesitan inyectarse insulina para controlar sus azúcares en sangre. Las células humanas pueden ser manipuladas genéticamente en fábricas vivas que fabrican y entregan de manera eficiente hormonas y moléculas de señalización, pero la mayoría de los circuitos biológicos sintéticos no ofrecen el mismo grado de sensibilidad y precisión que los sensores digitales.

El control de la insulina y su administración a los diabéticos, constituye todo un reto en la investigación actual. En medicina, como en las otras ciencias, es necesario trabajar e investigar formando equipos interdisciplinares que den, cada uno de ellos, su granito de arena. Este es el caso del control de la insulina y la inteligencia artificial, a través de los smartphones.

Utilizando un principio de diseño multidisciplinario que combina ingeniería eléctrica, desarrollo de software y biología sintética, han diseñado una infraestructura tecnológica que permite el tratamiento semiautomático asistido por smartphone de la diabetes en ratones. Se diseñó un servidor doméstico SmartController para procesar señales inalámbricas, lo que permite a un teléfono inteligente regular la producción de hormonas por células ópticamente implantadas en ratones diabéticos a través de una interface optogenética que responde a luz roja (FRL). Para desarrollar esta red de control inalámbrico, se ha diseñado e implantado unas cápsulas de hidrogel con células de ingeniería y diodos emisores de luz (FRL LEDs) sin cables.

La producción in vivo de una variante corta del péptido 1 similar al glucagón humano (shGLP-1) o de la insulina del ratón por las células manipuladas en el hidrogel que podría controlarse de forma remota mediante apps de los teléfonos inteligentes o un glucómetro Bluetooth activo en glucosa. Mediante la combinación de señales digitales generadas por dispositivos electrónicos con células manipuladas ópticamente, este estudio proporciona un paso hacia la introducción de terapias basadas en células para el estudio clínico.

Un equipo de investigadores afiliados a varias instituciones en China, entre los que hemos de destacar también investigadores suizos, ha desarrollado una forma de combinar un teléfono inteligente con un monitor de glucosa y células de ingeniería para controlar automáticamente los niveles de insulina en ratones de laboratorio. En su artículo publicado en la revista Science Translational Medicine el equipo describe su técnica y lo bien que funcionó en los ratones.

Como hemos dicho en el principio de este artículo, millones de personas en todo el mundo tienen diabetes, y muchos de ellos tienen que inyectar insulina para mantener sus niveles de glucosa bajo control. Esto generalmente implica tomar muestras de sangre periódicas para las pruebas para determinar si y cuándo se necesitan las inyecciones. Aunque este enfoque funciona, no es el óptimo, ya que las pruebas y la inyección pueden ser inconvenientes y porque pueden producirse picos imprevistos de glucosa debido a una variedad de factores como los tipos o la cantidad de alimentos consumidos o participando en el ejercicio. En este nuevo esfuerzo, los investigadores informan del desarrollo de un sistema de bucle cerrado que ofrece una forma de producir insulina en el cuerpo y distribuirla según sea necesario.

El nuevo sistema del equipo chino-suizo implicó la ingeniería de células productoras de insulina para hacer su trabajo cuando se iluminan con luz infrarroja. Los investigadores colocaron las células en una cápsula aislada que también contenía luces LED rojas, luego colocaron la cápsula bajo la piel de los ratones de prueba. Controlaron las luces de forma remota a través de la aplicación de teléfono inteligente, enviando señales a una caja de control que contenía una bobina que activaba las luces. El teléfono inteligente recibió datos de un medidor de glucosa en sangre incorporado. El resultado fue un sistema de circuito cerrado en el que el medidor de glucosa realizaba de forma periódica pruebas de glucosa. La aplicación de smartphone analizó los datos para determinar cuándo y cuánta insulina se necesitaba producir. A continuación, envió una señal a la caja de control, activando las luces LED, haciendo que las células para producir y liberar la insulina en los cuerpos de los ratones.

Que se planea una vida fuera del planeta Tierra no es novedad, pero que se fabrique un ladrillo que pueda estar en la Luna es algo nuevo. La Agencia Espacial Europea (ESA) ha logrado fabricar este ladrillo a través de una impresora 3D en el Centro Aeroespacial Alemán, que está situado en la ciudad de Colonia.

Para crear este ladrillo espacial, los científicos de la ESA han usado polvo lunar simulado y luz solar, que la han conseguido concentrada por medio de un sistema de espejos. Advenit Makaya, un investigador de la Agencia Espacial Europea, ha explicado que para hacer este ladrillo «cogieron material lunar simulado y lo calentaron en un horno solar». «Esto se hizo en una tabla 3D de impresión. Cocimos sucesivamente capas de 0,1 milímetros de grosor a una temperatura de 1.000 grados centígrados».

Un ladrillo para establecerse en la Luna

Establecer una base permanente en la Luna es uno de los objetivos de la ESA ya que les permitiría explotar minerales, metales y agua helada que solo encontramos allí. Además, también podría permitir perfeccionar alguna que otra tecnología para viajar por el Sistema Solar.

Ahora bien, ¿Permitirá este tipo de ladrillo construir una casa u edificio en la Luna? No lo sabemos. Por ahora, la tecnología creada solo puede crear una pieza con unas dimensiones de 20 x 10 x 3 centímetros en cinco horas. Según comentan, es solo una prueba, pero se demuestra que dentro de no demasiado tiempo será posible edificar en la Luna con esta especie de ladrillo.

Por el momento solo está previsto que este tipo de nuevo ladrillo comience a realizar pruebas de resistencia mecánica. Esto se hará para que dentro de un tiempo se pueda abaratar el proceso y sea más ligero. También han informado que uno de los próximos pasos, sino el siguiente, será el de probar este método en condiciones de vacío y de temperaturas extremas, muy parecidas a las lunares.

Asimismo, los científicos de la ESA han declarado que deben trabajar más para que la construcción de estos ladrillos sea más eficaz. Esto se debe a que algún que otro ladrillo ha sido construido con algunas deformaciones por el tiempo que tarda en formarse. Para evitar estas deformaciones, que se producen porque el material se enfría antes en los bordes que en el centro, están estudiando cómo pueden acelerar la impresión para evitar la acumulación de calor.

La elaboración del ladrillo lunar

Para crear esta especie de ladrillo espacial, los científicos de la ESA usaron un sucedáneo de polvo lunar que está hecho de material volcánico procesado y un sistema de 147 espejos que concentran la luz del Sol para poder fundir los granos del material volcánico procesado. Después la fundición, el material se usa en una impresora 3D para crear el ladrillo mágico.

Los científicos de la ESA siguen investigando codo con codo para sacar lo antes posible este ladrillo y poder trabajar con él. Aún así, no es el único proyecto tecnológico en el que están trabajando los chicos de la ESA ya que se encuentran inmersos en la investigación de nuevas tecnologías para poder usar los recursos lunares en la construcción de nuevas infraestructuras.

Por el momento no sabemos qué rumbo llevan en las investigaciones, pero estamos seguros de que muy pronto lo sabremos.

Históricamente, el término quimeras se ha utilizado para describir a unas criaturas míticas que poseían rasgos anatómicos de más de un animal. En la mitología griega, la quimera era un híbrido fantástico que era parte león, parte cabra y parte serpiente. Esta versión helénica era un monstruo que respiraba fuego, creían que era de género femenino y encontrar uno era considerado un mal presagio.

Actualmente definimos con el término de quimera a un organismo que posee dos conjuntos genéticamente distintos de ADN. El primer caso documentado de una quimera humana se produjo en una mujer en el norte de Inglaterra en 1953. Mientras se realizaban las pruebas rutinarias de una donación de sangre, los médicos se sorprendieron al descubrir que parecía contener muestras de dos personas diferentes. Consciente de la posibilidad que se da en los animales de poder llevar dos conjuntos de ADN, los médicos suponían que el donante podría haber sido un gemelo. La investigación posterior reveló que la mujer había sido, de hecho, gemela, y que su hermano había muerto cuando era pequeño.

Como sucede, el fenómeno quimérico no es tan raro, y varias son las cosas que causan que ocurra regularmente. Si, por ejemplo, un feto absorbe material genético de su gemelo durante la gestación, dos conjuntos de ADN pueden estar presentes en el gemelo restante. (Esto solo puede ocurrir con gemelos bivitelinos, porque los gemelos univitelinos poseen el mismo ADN). A menudo, estos individuos viven parte de sus vidas sin darse cuenta de que llevan perfiles genéticos secundarios distintos, y solo lo averiguan cuándo surge una situación médica que lo hace evidente. De hecho, el ocho por ciento de gemelos no idénticos son quimeras porque comparten el mismo suministro de sangre en el útero. Las células madre pasan de un lado a otro, entre ellos durante este período y esto puede dar lugar a dos conjuntos de ADN, dando lugar a quimeras.

Las personas que llevan dos códigos genéticos en su sangre se llaman quimeras de tipo sanguíneo y las personas que reciben trasplantes de médula ósea se convierten en quimeras también. El microchimerismo ocurre comúnmente durante el embarazo cuando las madres y sus fetos comparten células entre sí. Las células fetales pueden permanecer en sus madres indefinidamente, y se han encontrado en autopsias en cerebros de mujeres ancianas, incluyendo una que tenía noventa y cuatro años de edad.

La cantidad de aplicaciones científicas y médicas de las quimeras han animado a los investigadores a determinar muchos usos potenciales para ellos. El principal de ellos es la teoría de que un día se crearán quimeras humanas/animales para satisfacer las demandas de la comunidad de trasplantes, de hecho, esto ya se da en los cerdos. Con ese fin, los científicos del Instituto Salk en California se esforzaron por crear un híbrido humano-animal en el laboratorio. Dadas las similitudes anatómicas entre órganos humanos y órganos de cerdo, esta combinación específica fue perseguida. Las células humanas se inyectaron en embriones de cerdo, y en enero de este año, los investigadores anunciaron que habían tenido éxito en el cultivo de híbridos. Y nosotros nos hicimos eco de la noticia dando detallada información sobre el tema. Los embriones se les permitió desarrollar hasta veintiocho semanas antes de ser removido para que puedan ser estudiados y también para evitar cualquier posibilidad de nacimiento vivo. Se había logrado una proporción de una célula humana por cada diez mil células de cerdo en los fetos de cerdo. Los investigadores también quieren utilizar quimeras para estudiar las enfermedades y los tratamientos potenciales de drogas para ellos, pero el objetivo final es el crecimiento de órganos específicos para los pacientes de trasplante individuales.

La capacidad de incubar los órganos según las necesidades es todavía muy lejana y presenta numerosos desafíos. Para empezar, la ingeniería genética necesitará avanzar hasta el punto en el que ciertos genes porcinos puedan ser «apagados» para evitar su contribución al producto final. Además, las obvias controversias éticas y religiosas serán sin duda un factor.

A pesar de estos obstáculos, ya han sido creadas en el laboratorio quimeras animal / animal muy exitosas combinando el ADN de ratas y ratones. Cabe destacar que los páncreas de ratón producidos en ratas se han utilizado para tratar la diabetes en ratones y las ratas han desarrollado vesículas biliares (un órgano que ha estado ausente en ellas durante dieciocho millones de años). Con veintidós personas en la lista de espera muriendo cada día en este país, los médicos consideran estos avances prometedores como el santo grial cuando se trata de la medicina de trasplante.

Investigadores de la Universidad de Michigan (USA) han creado dos androides o seres humanos virtuales, Robin y Delmy que tienen la capacidad de interactuar utilizando una amplia gama de amplia gama de registros de comunicación para el típico diálogo cara a cara.

En un primer momento, los científicos usaron los androides para entrenar a médicos sobre cómo encarar las malas noticias y expresar empatía a los pacientes y sus familiares. Los investigadores, para ello y como ya hemos dicho, crearon dos seres androides, Robin y Delmy, que son inteligentes y con mucha labia, y tienen la capacidad de interactuar utilizando una amplia gama de registros de comunicación para el típico diálogo cara a cara.

Estas interacciones intuitivas podrían ayudar a los aspirantes a médicos a prepararse mejor para los encuentros difíciles y emocionalmente cargados, con pacientes y colegas del hospital, según han informado los investigadores.

«La comunicación es la parte más importante de la relación médico-paciente», dijo Frederick Kron, de la Universidad de Michigan en Estados Unidos.

Hemos visto que la simulación humana virtual con androides era una herramienta atractiva y eficaz, para enseñar a los estudiantes de medicina avanzadas habilidades de comunicación y, muy importante, que las habilidades en la simulación transferidos a una situación clínica más realista«, dijo Kron, que es también el fundador de Medical Cyberworlds y, además, desarrollador del programa de realidad virtual.

Las investigaciones demuestran que las malas habilidades de comunicación de los profesionales clínicos pueden contribuir a niveles más bajos de satisfacción del paciente, peores resultados en los tratamientos de salud y un mayor riesgo de quejas y reclamos por mala praxis.

La comunicación deficiente es una de las causas más frecuentemente identificadas para los eventos que pueden conducir al daño prevenible del paciente o incluso a la muerte.

«Encontrar una manera eficaz de evaluar y enseñar habilidades avanzadas de comunicación en la atención sanitaria ha sido un desafío desde hace mucho tiempo«, dijo Michael Fetters, también de la Universidad de Michigan.

«Los estudiantes de medicina tienen una gran necesidad de métodos prácticos e innovadores para ayudarles a dominar las complejidades de la comunicación en la atención de la salud y necesitan desarrollar excelentes habilidades de comunicación, tanto en lenguaje verbal como no verbal», dijo Fetters.

«La nuestra es la primera investigación que muestra que se puede hacer efectivamente con realidad virtual, mediante los androides», dijo.

Los investigadores abordaron este desafío utilizando la revolucionaria tecnología humana virtual llamada MPathic-VR.

Esta aplicación permite a los estudiantes hablar con androides emocionales, controlados por un ordenador, que pueden ver, oír y reaccionar ante ellos en tiempo real. Los androides utilizan una gama completa de comportamientos esperados entre dos personas que están manteniendo un diálogo, gracia a una serie compleja de algoritmos, que emulan el comportamiento humano y algo muy parecido a los sentimientos y, lógicamente la empatía.

El sistema evalúa el lenguaje corporal de los estudiantes, las expresiones faciales y las estrategias de comunicación, y luego usa esta información para producir respuestas en tiempo real en los humanos virtuales y ofrecer sugerencias personalizadas basadas en las fortalezas o debilidades de los estudiantes.

Mejorar los resultados

Como parte del estudio, los estudiantes también pueden practicar la comunicación interprofesional para aprender la importancia del diálogo efectivo en los equipos de salud.

En este escenario, los estudiantes tenían que dar respuestas en una interacción con una enfermera de oncología virtual, que estaba indignada ya que el estudiante inadvertidamente omitió una reunión familiar con un paciente que estaba a su cuidado.

El sistema virtual de comunicación humana subraya el valor de un diálogo claro entre los equipos de atención de la salud para una mejor y eficaz atención al paciente, afirman los autores.

«En el cuidado de la salud, hace ya tiempo que se ha observado que se necesitan métodos de aprendizaje innovadores para involucrar mejor a los estudiantes en la construcción de conocimientos y producir mejores resultados en el aprendizaje«, dice el investigador Tim Guetterman, Ph.D., de U-M Family Medicine. «Tenemos la esperanza de que, a través de nuestro trabajo, hemos dado un paso significativo en esa dirección».

Los estudiantes también ven sus interacciones con el androide en el video y luego tienen la oportunidad de aplicar lo que han aprendido. La investigación fue publicada en la revista Patient Education and Counseling.

El Jewish Hospital de Cincinnati – Mercy Health, está ayudando a sus pacientes y visitantes a “navegar” por su hospital, consultorios médicos y zona de aparcamiento con una aplicación wayfinding que emplea Bluetooth Low Energy balizas (BLE). La tecnología, proporcionada por Connexient, está ayudando a los pacientes a llegar a su destino más rápido y con menos ansiedad, dice Craig Schmidt, vicepresidente y Director de Operaciones del hospital. Según Schmidt, el hospital espera agregar otras características a corto plazo, tales como notificaciones del turno y tiempo de espera aproximado, además de marketing.

«Los hospitales de todo el país comparten un desafío común en la búsqueda de una manera de lograr que los pacientes y familiares a sus destinos sin ansiedad», dice Schmidt. En este esfuerzo, el Jewish Hospital emplea trabajadores ubicados en las entradas principales que pueden proporcionar instrucciones a los visitantes y de escolta a los departamentos específicos que buscan. Pero el hospital quería algo que estuviera ya disponible para cualquier persona que entrara, incluyendo aquellos que prefieren utilizar su propia tecnología para encontrar el camino a su destino. Dado que muchos ya están cómodos con el uso de datos GPS para navegar por los espacios exteriores, The Jewish Hospital en virtud de facilitar y extender el servicio hizo para el interior una aplicación que facilitara las cosas a los pacientes o visitantes.

El centro hospitalario buscó múltiples proveedores de tecnología que trabajan en una solución, dice Schmidt. Se seleccionó el sistema basado en la aplicación de Connexient porque proporcionó una aplicación que era algo más que un simple mapa. Con esta aplicación se puede guiar a la persona por el interior del hospital si necesidad de personal a cada dos pasos.

El centro de salud ha instalado 280 balizas BLE a lo largo de su instalación, incluidas en su torre de nueva construcción y en tres edificios de oficinas fuera del mismo. Así mismo, las balizas fueron desplegadas en el garaje de estacionamiento, para ayudar a los visitantes a encontrar su camino a la entrada adecuada del hospital desde el garaje, y en la localización de sus coches cuando regresen a buscarlo. También Connexient proporcionó tres quioscos, uno en la entrada principal, una en frente de la sala de urgencias y una tercera en un concurrido vestíbulo a nivel inferior.

La mejor solución no es solo la aplicación wayfinding y los quioscos, que no es más que un mapa basado en la Web que muestra las ubicaciones de oficinas y áreas de tratamiento en un mapa del hospital y de los diferentes offices. Aquellos que deseen utilizar la aplicación la pueden descargar en el dispositivo Android o iOS. Entonces, tan pronto como llegan al hospital, recibirán un aviso de bienvenida y les ayudará a seleccionar su destino. El teléfono inteligente captará las transmisiones de radiobalizas y la aplicación, a continuación, determinará la ubicación del teléfono, en base a los datos contenidos en la aplicación. En un tiempo medio la aplicación va a almacenar los datos relativos a cada acción, por lo que Connexient puede proporcionar datos de análisis del Jewish Hospital sobre el movimiento de las personas que han pasado por el hospital. Todos los datos de actividad de la ubicación del dispositivo de usuario son anónimos.

Cuando un visitante ha llegado al garaje de estacionamiento del hospital y ha aparcado su coche, la aplicación le preguntará si desea guardar la ubicación del vehículo. Si él o ella indica «sí», la aplicación la almacenará, en base a la baliza específica se transmite al teléfono (cada baliza tiene un alcance de aproximadamente de 9 a 12 metros).

¿Quién no ha vivido la experiencia de la frustración de no tener un teléfono después de olvidarse de cargarlo y no llevar encima el cargador de batería? Esto podría ser cosa del pasado gracias a la tecnología que está siendo desarrollado por Hydro-Québec y la Universidad McGill que pretende que olvidemos el cargador de batería.

Las baterías de litio han permitido la rápida proliferación de todo tipo de dispositivos móviles, tales como: teléfonos, tabletas y computadoras. Estas herramientas, sin embargo, requiere ser recargadas con cierta frecuencia debido a la densidad de energía limitada de sus baterías.

«Con los teléfonos inteligentes ahora, puedes llevar básicamente toda tu oficina encima allá donde vayas. Los smartphones están llenos de todo tipo de aplicaciones por lo que necesitan una gran cantidad de energía para usarlo todos los días y, a veces, no tienes acceso a un enchufe para poder enchufar el cargador de energía» explica el profesor George P. Demopoulos, Catedrático de Minería e Ingeniería de Materiales de la Universidad McGill.

Esto ha llevado al desarrollo de cargadores de batería solares portátiles, pero la síntesis híbrida de los dispositivos es difícil de miniaturizar debido a sus complejos problemas de circuitos y envasado.

Para resolver este problema, los científicos de la Universidad McGill y el instituto de investigación de Hydro-Québec están trabajando en un único dispositivo capaz de recolección y almacenamiento de energía utilizando la luz. En otras palabras, una batería de autocargable.

Un primer hito

Un nuevo concepto presentado en un artículo de Nature Communications por el profesor Demopoulos y los investigadores de Hydro-Québec allana el camino a la síntesis de las denominadas baterías cargadas de luz (light-charged batteries).

El estudio muestra un cátodo estándar a partir de una batería de iones de litio que puede ser «sensibilizado» a través de la luz por la incorporación de moléculas de colorante foto-recolección. «En otras palabras,» dice el Dr. Andrea Paolella, autor principal del estudio e investigador de Hydro-Québec, «nuestro equipo de investigación, que puede simular un proceso de carga utilizando la luz como fuente de energía.»

Ahora, los científicos tendrán que construir en el ánodo, el componente de almacenamiento y poder cerrar el circuito del dispositivo, permitiendo que la energía producida por el cátodo pueda ser transferida y almacenada. Si tienen éxito, se construirá primera batería de iones de litio 100% autocargable del mundo.

El potencial de los dispositivos móviles

El equipo de investigación ya está trabajando en la segunda fase de este proyecto, gracias a una subvención de 564.000 dólares del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

«Hemos realizado ya la mitad del trabajo«, dice el profesor Demopoulos, autor del artículo conjuntamente con el Dr. Karim Zaghib de Hydro-Québec, experto en baterías. «Nosotros sabíamos que podíamos diseñar el electrodo hace que la luz se absorba. Esta donación nos dará la oportunidad de cerrar la brecha y demostrar este nuevo concepto de una batería recargable con la simple luz.»

«Soy optimista y creo que podemos conseguir un dispositivo completamente operativo,» dice Paolella, un ex estudiante postdoctoral de McGill. «Teóricamente hablando, nuestro objetivo es desarrollar un nuevo sistema de batería solar híbrido, pero dependiendo de la potencia que puede generar. Cuando lo podamos miniaturizar, podremos pensar en aplicaciones para dispositivos portátiles: como teléfonos».

«Hydro-Québec tiene una fuerte posición global en relación con el desarrollo en el campo de la innovación, de alto rendimiento y materiales de batería de seguridad,» dice Karim director Zaghib.

Esto llevará a «unos cuantos años» para completar la segunda fase del proyecto, que Demopoulos espera dará paso finalmente a poder integrar estas baterías en los teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles, y no tener que llevar siempre el cargador de batería.

Aunque el desarrollo de la técnica puede tardar un par de años para terminar la segunda fase de la investigación, el profesor Demopoulos ve que esta «forma pasiva de carga» podría ser clave para dispositivos portátiles y móviles del futuro.

Así pues, en el futuro inmediato, olvidarse del cargador de batería ya no será un problema ya que no será necesario y pasará a ser un producto obsoleto.