Inicia revolución bio-cibernética
Una empresa de semiconductores ha demostrado la eficacia de la electrónica en el desarrollo de implantes protésicos humanos y equipo médico avanzado portable.
(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)
La era en que la rehabilitación muscular a base de nano-robots y de otra circuitería integrada en prótesis bio-cibernéticas parece estar tocando la puerta de la realidad industrial.
Además de los implantes electrónicos protésicos, los avances tecnológicos han sembrado semillas para la creación de novedosos dispositivos médicos totalmente compatibles para el entorno biológico de los seres humanos, en pocas palabras afines a trabajar sin problemas dentro del cuerpo de las personas.
Eso es en lo que precisamente ha centrado sus esfuerzos el personal científico del Centro de Tecnología bio-Inspirada del Imperial Colegio de Londres, a cargo del investigador Dr. Timothy Constandinou, con el objetivo de suministrar mayores recursos opcionales de rehabilitación y calidad de vida a los pacientes médicos que sean atendidos con dispositivos electrónicos portátiles para tratar sus enfermedades crónicas.
“Hemos llegado a un gran camino desde los días de los humildes marcapasos. Los avances en la biomedicina, la informática y las comunicaciones han permitido a la industria de la salud migrar hacia soluciones tecnológicas más inteligentes, descentralizadas y no centrados en los físicos, sino en el paciente”, comentó el Dr. Constandinou. “Nuestra investigación involucra una combinación fuerte de sensado integrado en miniatura con procesamiento inteligente, dando paso al estado de arte en tecnología de semiconductores. Nos enfocamos a la fabricación de electrónica de trabajo con procesos biológicos, y al mismo tiempo pequeños y con un nivel mínimo de consumo de energía”, puntualizó.
Para el equipo del doctor Constandinou y su equipo, cada vez que se enfrentan a la resolución de algún conflicto a través de modelos de ingeniería o matemáticas, el cuerpo humanos es sin duda su más confiable fuente de inspiración, pues a través de su estudio biológico han logrado reproducir las reacciones que han dado como resultado final la creación de propuestas tecnológicas vanguardistas.
“Esto significa que, en lugar de llevar un problema y sacar provecho de la ingeniería para resolverlo, nos decimos a nosotros mismos: ‘¿Cómo hace el cuerpo humano para hacer eso?’ y entonces modelamos algunos circuitos entorno a lo investigado”, dijo el investigador quien reconoció que la mayoría de los avances tecnológicos cosechados en la industria de alta tecnología son objeto de inspiración en muchos casos a partir de la reacción anatómica humana.
A raíz de la apreciación de la estructura anatómica humana, el grupo de bioingenieros liderado por el Dr. Constandinou han logrado completar desarrollos para la fabricación de órganos pequeños como el páncreas, el cual ya ha sido reproducido bioelectrónicamente, lo que según sus expectativas logrará reducir la tasa de mortalidad provocada por la diabetes del tipo 1.
El páncreas biónico consta de un sensor electromecánico que monitorea constantemente los niveles de azúcar en la sangre, mientras que un chip emula las características eléctricas de las células Alfa y Beta al interior del páncreas; por su parte, dos pequeñas bombas realizan reproducen el trabajo biológico de la zona pancreática.
“En un paciente con diabetes del tipo 1, el sistema inmunológico ataca y aniquila la insulina, secretando células beta que causan un incremento en la glucosa”, explicó a manera de detalle Constandinou. “A medida que avanza, el glucagón (hormona de 29 aminoácidos que actúa en el metabolismo) secreta células Alfa que también tienden a fallar, así que la gente con diabetes del tipo 1 se vuelven propensas a experimentar episodios de extremados niveles de azúcar en su sangre”. El chip que realiza las funciones de liberación celular Alfa/Beta fue diseñado por el instituto británico y posee algoritmos de cómputo embebidos que ayudan a simular los diferentes comportamientos de las dos poblaciones celulares pancreáticas.
Una célula Alfa tiende a reaccionar rápidamente a eventos de picos eléctricos, mientras que la célula Beta reacciona ante golpes eléctricos de voltaje que salpican literalmente las áreas mediante un flujo voltáico periódico que pueden durar segundos o minutos.
De acuerdo a la información del grupo investigador, cuando las concentraciones de glucosa incrementan, las células Beta permanecen en los disparos de voltajes altos más tiempo, secretando más insulina como resultado.
Una empresa de semiconductores ha demostrado la eficacia de la electrónica en el desarrollo de implantes protésicos humanos y equipo médico avanzado portable.
(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)
La era en que la rehabilitación muscular a base de nano-robots y de otra circuitería integrada en prótesis bio-cibernéticas parece estar tocando la puerta de la realidad industrial.
Además de los implantes electrónicos protésicos, los avances tecnológicos han sembrado semillas para la creación de novedosos dispositivos médicos totalmente compatibles para el entorno biológico de los seres humanos, en pocas palabras afines a trabajar sin problemas dentro del cuerpo de las personas.
Eso es en lo que precisamente ha centrado sus esfuerzos el personal científico del Centro de Tecnología bio-Inspirada del Imperial Colegio de Londres, a cargo del investigador Dr. Timothy Constandinou, con el objetivo de suministrar mayores recursos opcionales de rehabilitación y calidad de vida a los pacientes médicos que sean atendidos con dispositivos electrónicos portátiles para tratar sus enfermedades crónicas.
“Hemos llegado a un gran camino desde los días de los humildes marcapasos. Los avances en la biomedicina, la informática y las comunicaciones han permitido a la industria de la salud migrar hacia soluciones tecnológicas más inteligentes, descentralizadas y no centrados en los físicos, sino en el paciente”, comentó el Dr. Constandinou. “Nuestra investigación involucra una combinación fuerte de sensado integrado en miniatura con procesamiento inteligente, dando paso al estado de arte en tecnología de semiconductores. Nos enfocamos a la fabricación de electrónica de trabajo con procesos biológicos, y al mismo tiempo pequeños y con un nivel mínimo de consumo de energía”, puntualizó.
Para el equipo del doctor Constandinou y su equipo, cada vez que se enfrentan a la resolución de algún conflicto a través de modelos de ingeniería o matemáticas, el cuerpo humanos es sin duda su más confiable fuente de inspiración, pues a través de su estudio biológico han logrado reproducir las reacciones que han dado como resultado final la creación de propuestas tecnológicas vanguardistas.
“Esto significa que, en lugar de llevar un problema y sacar provecho de la ingeniería para resolverlo, nos decimos a nosotros mismos: ‘¿Cómo hace el cuerpo humano para hacer eso?’ y entonces modelamos algunos circuitos entorno a lo investigado”, dijo el investigador quien reconoció que la mayoría de los avances tecnológicos cosechados en la industria de alta tecnología son objeto de inspiración en muchos casos a partir de la reacción anatómica humana.
A raíz de la apreciación de la estructura anatómica humana, el grupo de bioingenieros liderado por el Dr. Constandinou han logrado completar desarrollos para la fabricación de órganos pequeños como el páncreas, el cual ya ha sido reproducido bioelectrónicamente, lo que según sus expectativas logrará reducir la tasa de mortalidad provocada por la diabetes del tipo 1.
El páncreas biónico consta de un sensor electromecánico que monitorea constantemente los niveles de azúcar en la sangre, mientras que un chip emula las características eléctricas de las células Alfa y Beta al interior del páncreas; por su parte, dos pequeñas bombas realizan reproducen el trabajo biológico de la zona pancreática.
“En un paciente con diabetes del tipo 1, el sistema inmunológico ataca y aniquila la insulina, secretando células beta que causan un incremento en la glucosa”, explicó a manera de detalle Constandinou. “A medida que avanza, el glucagón (hormona de 29 aminoácidos que actúa en el metabolismo) secreta células Alfa que también tienden a fallar, así que la gente con diabetes del tipo 1 se vuelven propensas a experimentar episodios de extremados niveles de azúcar en su sangre”. El chip que realiza las funciones de liberación celular Alfa/Beta fue diseñado por el instituto británico y posee algoritmos de cómputo embebidos que ayudan a simular los diferentes comportamientos de las dos poblaciones celulares pancreáticas.
Una célula Alfa tiende a reaccionar rápidamente a eventos de picos eléctricos, mientras que la célula Beta reacciona ante golpes eléctricos de voltaje que salpican literalmente las áreas mediante un flujo voltáico periódico que pueden durar segundos o minutos.
De acuerdo a la información del grupo investigador, cuando las concentraciones de glucosa incrementan, las células Beta permanecen en los disparos de voltajes altos más tiempo, secretando más insulina como resultado.
NOTICIAS / REPORTAJESRedacción: www.cursosypostgrados.com
Fecha de Publicación: 04/06/2009AVANCES BIOTECNOLÓGICOSLa bioingeniería estudia la manera de regenerar los tejidos en un avanze para sustituir los órganos deteriorados. Sin embargo lo más comercializado y mejor estudiado hasta ahora son los órganos biónicos.
$publi El concepto de biónica es muy antiguo, explica Josep Planell, catedrático de Ciencia de los Materiales de la UPC y director del IBEC. La novedad es que la compenetración entre el cuerpo y sus complementos es cada vez más profunda. A principios del siglo pasado se buscaba que los implantes fueran inertes para evitar los rechazos. En los años 50 y 60 se introdujeron los conceptos de biocompatibilidad, es decir, que el implante se integrara en el cuerpo sin producir rechazo, y de biodegradabilidad, que desapareciera tras haber llevado a cabo su tarea, explica Engel: 'Hoy perseguimos una tercera generación de biomateriales: sustancias capaces de enviar señales al cuerpo para estimular la regeneración de tejidos'.
Dientes artificiales, marcapasos, implantes cocleares y de rodilla e incluso lentes de contacto son aplicaciones de la ingeniería biónica ampliamente extendidas, pero las posibilidades parecen infinitas. En los últimos años, por ejemplo, han aparecido implantes capaces de estimular la regeneración de los tejidos y desaparecer dejando atrás un órgano nuevo. Estos biomateriales de tercera generación, que anticipan lo que podría ser el futuro cuerpo biónico, fueron los protagonistas de BioBCN 2008, un congreso organizado en Barcelona por la Sociedad Ibérica de Biomecánica y Biomateriales, la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
El IBEC está trabajando en una especie de andamio para propiciar el crecimiento de huesos artificiales. Las aplicaciones abarcarían desde tratamientos para el cáncer óseo hasta la recuperación de fracturas especialmente complicadas, aunque de momento los implantes experimentales se limitan a conejos y ovejas. Los andamios son cilindros de diversas dimensiones hechos de un material inteligente poroso. Cuando se implantan en sustitución del tramo de hueso dañado, atraen y estimulan el crecimiento de células en los poros y propician la regeneración de la parte ausente. Los investigadores están experimentando también con moléculas enlazadas a la superficie artificial que envíen señales a las células de la médula.
'El interfaz entre la superficie artificial y el tejido sano es muy importante -explica Planell-. Por ejemplo, una superficie rugosa e hidrofílica puede facilitar la regeneración'. En el centro se están llevando a cabo estudios con superficies tratadas con técnicas de nanotecnología y neuronas. Los investigadores producen pequeñas placas capaces de dirigir el crecimiento de las neuronas y las siembran de moléculas que potencian y conducen el proceso.
'Uno de los logros más impactantes es la reconstrucción de la vejiga humana', explica Elisabeth Engel, investigadora de la UPC y el IBEC. En el 2006, los científicos norteamericanos Robert Langer y Anthony Atala consiguieron por primera vez sustituir una vejiga afectada por cáncer: combinando un biomaterial hecho de polímeros con células del paciente, consiguieron que un órgano sano creciera en su cuerpo a partir de los restos sanos de vejiga.
'Aún no existen sustitutos biónicos para cada órgano y es probable que en algunos casos nunca se logre -comenta Engel-. Pero no hace falta aventurarse en la dificilísima empresa de fabricar un ojo cuando en muchos casos es suficiente con una lentilla para resolver los problemas'. Asimismo, no será fácil sustituir los transplantes de riñón, hígado, pulmón y corazón. Finalmente, es posible que la biónica se complemente con la medicina regenerativa, que apunta , quizá con demasiada ambición de momento, a estimular la regeneración de un órgano a partir del único ingrediente de las células madre. 'Hay más que una empresa en España que desarrolla aplicaciones a implantes dentales o cardiovasculares -concluye Engel-. La biónica parece viable también comercialmente'.
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Fecha de Publicación: 04/06/2009AVANCES BIOTECNOLÓGICOSLa bioingeniería estudia la manera de regenerar los tejidos en un avanze para sustituir los órganos deteriorados. Sin embargo lo más comercializado y mejor estudiado hasta ahora son los órganos biónicos.
$publi El concepto de biónica es muy antiguo, explica Josep Planell, catedrático de Ciencia de los Materiales de la UPC y director del IBEC. La novedad es que la compenetración entre el cuerpo y sus complementos es cada vez más profunda. A principios del siglo pasado se buscaba que los implantes fueran inertes para evitar los rechazos. En los años 50 y 60 se introdujeron los conceptos de biocompatibilidad, es decir, que el implante se integrara en el cuerpo sin producir rechazo, y de biodegradabilidad, que desapareciera tras haber llevado a cabo su tarea, explica Engel: 'Hoy perseguimos una tercera generación de biomateriales: sustancias capaces de enviar señales al cuerpo para estimular la regeneración de tejidos'.
Dientes artificiales, marcapasos, implantes cocleares y de rodilla e incluso lentes de contacto son aplicaciones de la ingeniería biónica ampliamente extendidas, pero las posibilidades parecen infinitas. En los últimos años, por ejemplo, han aparecido implantes capaces de estimular la regeneración de los tejidos y desaparecer dejando atrás un órgano nuevo. Estos biomateriales de tercera generación, que anticipan lo que podría ser el futuro cuerpo biónico, fueron los protagonistas de BioBCN 2008, un congreso organizado en Barcelona por la Sociedad Ibérica de Biomecánica y Biomateriales, la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
El IBEC está trabajando en una especie de andamio para propiciar el crecimiento de huesos artificiales. Las aplicaciones abarcarían desde tratamientos para el cáncer óseo hasta la recuperación de fracturas especialmente complicadas, aunque de momento los implantes experimentales se limitan a conejos y ovejas. Los andamios son cilindros de diversas dimensiones hechos de un material inteligente poroso. Cuando se implantan en sustitución del tramo de hueso dañado, atraen y estimulan el crecimiento de células en los poros y propician la regeneración de la parte ausente. Los investigadores están experimentando también con moléculas enlazadas a la superficie artificial que envíen señales a las células de la médula.
'El interfaz entre la superficie artificial y el tejido sano es muy importante -explica Planell-. Por ejemplo, una superficie rugosa e hidrofílica puede facilitar la regeneración'. En el centro se están llevando a cabo estudios con superficies tratadas con técnicas de nanotecnología y neuronas. Los investigadores producen pequeñas placas capaces de dirigir el crecimiento de las neuronas y las siembran de moléculas que potencian y conducen el proceso.
'Uno de los logros más impactantes es la reconstrucción de la vejiga humana', explica Elisabeth Engel, investigadora de la UPC y el IBEC. En el 2006, los científicos norteamericanos Robert Langer y Anthony Atala consiguieron por primera vez sustituir una vejiga afectada por cáncer: combinando un biomaterial hecho de polímeros con células del paciente, consiguieron que un órgano sano creciera en su cuerpo a partir de los restos sanos de vejiga.
'Aún no existen sustitutos biónicos para cada órgano y es probable que en algunos casos nunca se logre -comenta Engel-. Pero no hace falta aventurarse en la dificilísima empresa de fabricar un ojo cuando en muchos casos es suficiente con una lentilla para resolver los problemas'. Asimismo, no será fácil sustituir los transplantes de riñón, hígado, pulmón y corazón. Finalmente, es posible que la biónica se complemente con la medicina regenerativa, que apunta , quizá con demasiada ambición de momento, a estimular la regeneración de un órgano a partir del único ingrediente de las células madre. 'Hay más que una empresa en España que desarrolla aplicaciones a implantes dentales o cardiovasculares -concluye Engel-. La biónica parece viable también comercialmente'.
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