El cerebro es un sofisticado procesador de im√°genes

Febrero 20, 2014 Microciencia No Comments

La resolución final del ojo es de apenas un megapíxel. / CSIC

La resolución final del ojo es de apenas un megapíxel. / CSIC

Fuente: SINC

Seg√ļn un estudio liderado por cient√≠ficos del Consejo Superior de Investigaciones Cient√≠ficas, publicado en la revista Neuron, un n√ļcleo del cerebro encargado de la visi√≥n desempe√Īa una funci√≥n similar a la de una c√°mara digital a la hora de procesar una imagen.

El n√ļcleo geniculado lateral del t√°lamo es el encargado de recibir informaci√≥n directamente de la retina y enviarla a la corteza cerebral para su an√°lisis. Un equipo internacional de investigadores, con participaci√≥n del Consejo Superior de Investigaciones Cient√≠ficas (CSIC), ha descubierto que la funci√≥n que lleva a cabo este n√ļcleo es muy parecida a la que cumple una c√°mara digital o un tel√©fono m√≥vil a la hora de ampliar la resoluci√≥n de una fotograf√≠a.

El ojo funciona como una c√°mara digital, en la cual, la superficie receptora est√° formada por un conjunto de p√≠xeles. Por eso la resoluci√≥n de la imagen que proporciona el ojo al cerebro est√° limitada por el n√ļmero de p√≠xeles, o c√©lulas ganglionares, de la retina.

‚ÄúLos circuitos neuronales que forman el n√ļcleo del cerebro interpolan para obtener una imagen con mayor n√ļmero de p√≠xeles y, por lo tanto, mayor resoluci√≥n aparente. Esto permite al cerebro incrementar el tama√Īo de la imagen retiniana antes de proceder a un an√°lisis m√°s detallado‚ÄĚ, asegura Luis Mart√≠nez, investigador del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante.

Incrementar la resolución por interpolación es algo habitual en el tratamiento de imágenes. Sin embargo, este proceso tiene una deficiencia, y es que reduce el contraste local, lo que hace que las imágenes se vean desenfocadas. Sólo con un filtro es posible incrementar el contraste local y disimular este efecto.

Seg√ļn Luis Mart√≠nez, en el cerebro, el problema es similar o m√°s grave, ya que la resoluci√≥n final del ojo es de apenas un megap√≠xel. ‚ÄúHemos descubierto que la relaci√≥n entre los dos tipos celulares principales del t√°lamo, dos masas esf√©ricas de tejido gris, situadas dentro de la zona media del cerebro, permite compensar los efectos adversos de la interpolaci√≥n de la misma manera que lo har√≠a, por ejemplo, una c√°mara digital‚ÄĚ, precisa el investigador.

Principio de minimización de cable

Mediante modelizaciones matem√°ticas, los investigadores han concluido que los circuitos de la retina y el t√°lamo implicados en estas dos operaciones, interpolaci√≥n e incremento del contraste local de las im√°genes visuales, se generan durante el desarrollo embrionario. La √ļnica limitaci√≥n es la cantidad de cable utilizada para conectar la retina con el cerebro, que es la m√≠nima necesaria para generar un circuito funcional, un principio ya enunciado por Ram√≥n y Cajal hace m√°s de un siglo.

Esa necesidad de mantener el tama√Īo del ojo lo m√°s reducido posible y la longitud de axones o cables que lo unen con el cerebro lo m√°s corta posible supone un l√≠mite al n√ļmero de p√≠xeles que tiene el ojo.

‚ÄúLa raz√≥n es que, aunque un mayor tama√Īo del ojo mejorar√≠a la calidad y resoluci√≥n de la imagen, lo har√≠a a costa de incrementar el gasto metab√≥lico y el espacio requerido para enviar esa informaci√≥n visual al cerebro. Este problema tambi√©n se da a la hora de dise√Īar dispositivos artificiales de tratamiento de im√°genes, como una c√°mara digital o una impresora‚ÄĚ, concluye Mart√≠nez.

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Tratar el c√°ncer de colon ‘matando de hambre’ a las c√©lulas tumorales

Febrero 19, 2014 Microciencia No Comments

C√°ncer de colon. / Ed Uthman (FLICKR)

C√°ncer de colon. / Ed Uthman (FLICKR)

Fuente: madri+d

Un f√°rmaco que se dirige espec√≠ficamente a las c√©lulas del c√°ncer que no se dividen, las denominadas ‘c√©lulas dormidas del c√°ncer’, podr√≠a suponer un paso enorme en el tratamiento del c√°ncer de colon. Dichas c√©lulas, asegura un equipo de investigadores del Instituto Karolinska y la Universidad de Uppsala, en Suecia, son las m√°s resistentes a los tratamientos con quimioterapia, lo que dificulta la eliminaci√≥n de los tumores.

Los resultados pueden ayudar en el desarrollo de estrategias similares para tratar el c√°ncer de colon en seres humanos y abren el camino para probar el compuesto, VLX600, en el c√°ncer de colon. El estudio que se publica en Nature Communications, presenta los primeros datos de este nuevo f√°rmaco, que elimina de forma selectiva las ‘c√©lulas dormidas del c√°ncer’ mat√°ndolas de hambre.

Las c√©lulas quiescentes o ‘durmientes’ se encuentran en las regiones poco vascularizadas y pobres en nutrientes de los tumores s√≥lidos. Se sabe que en los tumores s√≥lidos de m√°s de unos pocos mil√≠metros hay una falta de ox√≠geno y nutrientes debido al crecimiento insuficiente de los vasos de sangre insuficiente. Esto hace que las c√©lulas cancerosas se posicionen en un estado de latencia. Sin embargo, despu√©s del tratamiento comienzan a dividirse y hacen que los tumores crezcan. Y dicho fen√≥meno contribuye a la resistencia del tumor tanto a la radio como a la quimioterapia.

Ahora los investigadores han visto que estas c√©lulas cancerosas, pobres en ox√≠geno y nutrientes, Las “hemos identificado una mol√©cula -VLX600-, que en distintos modelos in vitro e in vivo ha demostrado ser eficaz contra las c√©lulas del c√°ncer de colon latentes, que son muy dif√≠ciles de tratar”, explica Stig Linder, autor del estudio.

Lo que han hecho los cient√≠ficos es matar de hambre a las c√©lulas para que se mueran. VLX600 es un inhibidor de la respiraci√≥n mitocondrial y en el estudio los investigadores han visto que, “debido a que las c√©lulas cancerosas latentes tienen una limitada capacidad para compensar la disminuci√≥n de la funci√≥n mitocondrial, terminan por morirse de hambre”, detalla Linder.

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La ley de Kleiber, las matem√°ticas detr√°s del dise√Īo de la vida

Febrero 18, 2014 Microciencia No Comments

 Loretta Kuo Una nueva investigación sugiere que las formas de las plantas y los animales evolucionaron en respuesta a los mismos principios matemáticos y físicos

Loretta Kuo Una nueva investigación sugiere que las formas de las plantas y los animales evolucionaron en respuesta a los mismos principios matemáticos y físicos

Fuente: abc.es

“¬ŅPor qu√© el coraz√≥n de un rat√≥n late alrededor del mismo n√ļmero de veces en su vida que el de un elefante, aunque el roedor vive cerca de un a√Īo y el paquidermo ve llegar e irse 70 inviernos? ¬ŅPor qu√© las plantas y animales peque√Īos maduran m√°s r√°pido que los grandes? ¬ŅPor qu√© ha elegido la naturaleza formas radicalmente diferentes como la belleza desgarbada de un √°rbol o la simetr√≠a de un tigre?”

Estas preguntas han intrigado a los cient√≠ficos desde la antig√ľedad y ahora un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Maryland (EE.UU.) y la de Padua (Italia) propone una respuesta a la reflexi√≥n sobre las formas geom√©tricas de la vida basada en una famosa f√≥rmula matem√°tica que ha sido aceptada como verdadera durante generaciones, pero que nunca ha sido completamente entendida. En un art√≠culo publicado en la revista las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), el equipo ofrece un replanteamiento de la f√≥rmula conocida como Ley de Kleiber: el metabolismo es igual a la masa elevada a la potencia de tres cuartos. El equipo sugiere que plantas y animales evolucionaron en paralelo en formas muy diferentes, como f√≥rmulas id√≥neas de resolver el problema de c√≥mo utilizar la energ√≠a de manera eficiente.

La ley de Kleiber se llama así por el biólogo suizo Max Kleiber, quien la formuló en la década de 1930. Este principio generalmente aceptado en la biología, aunque también hay detractores que ponen de relieve sus excepciones, muestra que a medida que los seres vivos se hacen más grandes, su metabolismo y su esperanza de vida se incrementa en tasas predecibles. Se utiliza, entre otras muchas cosas, para calcular la dosis humana correcta de un medicamento probado en ratones.

En este nuevo trabajo, los investigadores proponen que las formas de plantas y animales evolucionaron en respuesta a los mismos principios matem√°ticos y f√≠sicos. ¬ęLas geometr√≠as de plantas y animales han evolucionado m√°s o menos en paralelo¬Ľ, dice el bot√°nico Todd Cooke, de la Universidad de Maryland. ¬ęLas primeras plantas y los animales ten√≠an cuerpos simples y bastante diferentes, pero la selecci√≥n natural ha actuado en los dos grupos de forma que las geometr√≠as de los √°rboles y los animales modernos muestran, sorprendentemente, eficiencias energ√©ticas equivalentes. Ambos son igualmente aptos . Y eso es lo que Kleiber de Ley nos muestra¬Ľ.

Los investigadores ponen como ejemplo un √°rbol y un tigre. En t√©rminos evolutivos, el √°rbol tiene la tarea m√°s f√°cil: convertir la luz solar en energ√≠a y moverse dentro de un cuerpo m√°s o menos estable. Para hacer esta tarea lo m√°s eficiente posible, el √°rbol dispone de una forma de ramificaci√≥n con muchas superficies, sus hojas. ¬ęEl √°rea de superficie del √°rbol y el volumen de espacio que ocupa son casi los mismos -subraya el f√≠sico Jayanth Banavarr, decano de la Facultad de Inform√°tica, Matem√°ticas y Ciencias Naturales de la Universidad de Maryland-. Los nutrientes del √°rbol fluyen a una velocidad constante, independientemente de su tama√Īo¬Ľ. Con estas variables, el equipo calcul√≥ la relaci√≥n entre la masa de las diferentes especies de √°rboles y sus metabolismos y encontr√≥ que la relaci√≥n se ajustaba a la Ley de Kleiber.

El caso del tigre es distinto. Para nutrir su masa, un animal necesita combustible. La quema de combustible genera calor. El animal tiene que encontrar una manera de deshacerse del exceso de calor corporal. La manera obvia es enfriando su superficie. Pero debido a que la superficie del tigre es proporcionalmente menor que su masa, la superficie no está a la altura. La piel de la criatura tendría un calor ardiente y su pelaje podría estallar en llamas.

A medida que los animales se hacen m√°s grandes en tama√Īo, su metabolismo debe aumentar a un ritmo m√°s lento que su volumen, o no ser√≠an capaces de deshacerse del exceso de calor. Si la superficie fuera lo √ļnico que importara, el metabolismo de un animal aumentar√≠a cuando su tama√Īo aumenta, a raz√≥n de su masa a la potencia de dos tercios. Pero la ley de Kleiber dice que la tasa real es la masa a la potencia de tres cuartos.

Los investigadores encuentran evidente que hay un factor que falta, y los cient√≠ficos han estudiado minuciosamente los datos, en un intento de averiguar lo que es. Algunos han propuesto que la parte faltante de la ecuaci√≥n tiene que ver con el espacio ocupado por los √≥rganos internos. Otros se han centrado en el fractal, o ramificaci√≥n , forma que es com√ļn a las ramas del √°rbol y los vasos sangu√≠neos de los animales, pero a√Īaden en las nuevas hip√≥tesis el volumen de los l√≠quidos contenidos en esas redes fractales.
Un corazón en marcha

Los investigadores de UMD y la Universidad de Padua sostienen que una variable crucial ha sido pasada por alto: la velocidad a la cual los nutrientes son llevados por todo el cuerpo de los animales y se eliminan por el calor. Así que los miembros del equipo calcularon la velocidad a la que el corazón de los animales bombea sangre y encontraron que la velocidad del flujo sanguíneo era igual a la masa de los animales a la potencia de una doceava parte.

¬ęLa informaci√≥n estaba all√≠ todo el tiempo, pero su importancia se pas√≥ por alto -apunta el hidr√≥logo Andrea Rinaldo, de la Universidad italiana de Padua y la Escuela Polit√©cnica Federal de Suiza-. Los animales necesitan para ajustar el flujo de nutrientes y el calor a sus cambios de masa para mantener la mayor eficiencia energ√©tica posible. Es por eso que los animales necesitan un surtidor, el coraz√≥n, y los √°rboles no¬Ľ. Al incluir esa informaci√≥n en su ecuaci√≥n, los expertos encontraron que hab√≠an alcanzado una explicaci√≥n completa de la ley de Kleiber.

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Nuevas gafas permiten a los cirujanos ver el c√°ncer

Febrero 17, 2014 Microciencia No Comments

Las gafas de tecnología punta permiten a la cirujana Julie Margenthaler visualizar las células cancerígenas de su paciente, en plena operación. Fuente: Universidad de Washington.

Las gafas de tecnología punta permiten a la cirujana Julie Margenthaler visualizar las células cancerígenas de su paciente, en plena operación. Fuente: Universidad de Washington.

Fuente: Tendencias 21

Cient√≠ficos de la Universidad de Washington, en Estados Unidos, han desarrollado unas gafas que permiten visualizar las c√©lulas cancerosas en plena cirug√≠a, para determinar su ubicaci√≥n con exactitud. Las c√©lulas malignas se distinguen de las sanas porque brillan cuando son observadas a trav√©s de dichas gafas. El sistema, a√ļn en desarrollo, podr√≠a evitar operaciones adicionales para la identificaci√≥n de c√©lulas cancer√≠genas en tejidos cercanos a los tumores. Por tanto, servir√≠a para reducir el estr√©s y el dolor de los pacientes; as√≠ como para ahorrar en tiempo y gastos.

Unas gafas de tecnología punta desarrolladas en la Escuela Universitaria de Medicina de Washington en San Louis (EEUU) podrían ayudar a los cirujanos a visualizar las células cancerosas, porque éstas brillan en azul si son vistas a través de dichas gafas.

La tecnología portátil ya ha sido probada durante una cirugía realizada el pasado día 10 de febrero en el Hospital Barnes-Jewish. En el vídeo, que es una grabación a tiempo real de la extirpación de un nódulo linfático, puede verse cómo las gafas permitieron visualizar las células cancerígenas durante la operación.

Para reducir el n√ļmero de operaciones

Las c√©lulas cancerosas son muy dif√≠ciles de ver, incluso con una lupa de gran potencia. Las gafas est√°n dise√Īadas para hacer que sean m√°s f√°ciles de distinguir de c√©lulas sanas, en el transcurso de la cirug√≠a.

“Estamos en las primeras etapas de desarrollo de esta t√©cnica, y quedan pruebas e investigaciones por hacer, pero potenciales beneficios para los pacientes nos alientan”, explica Julie Margenthaler, profesora de cirug√≠a de la Universidad de Washington y autora de la primera operaci√≥n de prueba con las gafas, en un comunicado de dicha Universidad.

“Imag√≠nese lo que significar√≠a que estas gafas eliminasen la necesidad de cirug√≠a (para el seguimiento de la enfermedad) y todo el dolor, las molestias y la ansiedad que la cirug√≠a conlleva‚ÄĚ, se√Īala la cirujana.

La atención actual al cáncer requiere que los cirujanos extirpen los tumores y parte del tejido que lo circunda, que puede o no contener células cancerosas. Las muestras extraídas se envían a un laboratorio de patología, donde son observadas bajo un microscopio. Si en ellas se encuentran células cancerosas; suele recomendarse una segunda cirugía para la extirpación del tejido adicional.

Las gafas podr√≠an, por tanto, reducir la necesidad de algunos procedimientos quir√ļrgicos, as√≠ como el estr√©s de los pacientes; e incluso ahorrar en tiempo y gastos. Seg√ļn Margenthaler, especialista en c√°ncer de mama, entre un 20 y un 25% de las pacientes con esta enfermedad precisan de una segunda cirug√≠a porque la tecnolog√≠a disponible actualmente no muestra adecuadamente durante una primera operaci√≥n la verdadera extensi√≥n de las c√©lulas cancer√≠genas. “Nuestra esperanza es que esta nueva tecnolog√≠a reduzca o, idealmente, elimine la necesidad de una segunda cirug√≠a,” afirma.

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La dieta mediterr√°nea es esencial para que un gen proteja del infarto de miocardio

Febrero 14, 2014 Microciencia No Comments

El trabajo permitir√° dise√Īar dietas m√°s personalizadas para la prevenci√≥n cardiovascular. / Wikipedia

El trabajo permitir√° dise√Īar dietas m√°s personalizadas para la prevenci√≥n cardiovascular. / Wikipedia

Fuente: SINC

Un grupo internacional de investigadores ha descubierto que la dieta mediterránea es necesaria para que un nuevo gen relacionado con los triglicéridos ejerza su efecto protector frente al infarto de miocardio. Este estudio, publicado en la revista Circulation Cardiovascular Genetics, revela que la protección genética se pierde al no consumirla.

Miembros del Centro de Investigación Biomédica en Red (CIBERobn), dependiente del Instituto de Salud Carlos III, en colaboración con el Centro de Investigación en Nutrición Humana de Boston, han descubierto que la dieta mediterránea es clave para que un nuevo gen, el MLXIPL (Max-like protein X interacting protein-like), relacionado con los triglicéridos, proteja frente a la hipertrigliceridemia y el infarto de miocardio.

Los resultados, publicados recientemente en la versi√≥n electr√≥nica de la revista Circulation Cardiovascular Genetics, suponen otro avance muy significativo para la nutrigen√©tica al identificar un nuevo marcador gen√©tico, validado en un ensayo cl√≠nico, que permitir√° dise√Īar dietas m√°s personalizadas para la prevenci√≥n cardiovascular.

Este descubrimiento, liderado por Dolores Corella, asienta su base en el trabajo publicado en 2008 en Nature Genetics tras identificar por primera vez el MLXIPL como un nuevo gen candidato asociado con las concentraciones de triglicéridos en humanos.

Posteriormente, los autores formularon la hipótesis de que la asociación de este gen con las concentraciones de triglicéridos se podría modular con la dieta mediterránea. Es más, postularon que este gen se asociaría no solo con triglicéridos, sino también con eventos cardiovasculares.

A partir de este hallazgo, realizaron el an√°lisis gen√©tico de la principal variante funcional encontrada en el gen, denominada rs3812316, en 7.166 participantes en el estudio Predimed. De ellos, un 17% fue portador de la variante gen√©tica ‚ÄúG‚ÄĚ, mientras que los dem√°s fueron homocigotos CC.

El descubrimiento más relevante de la investigación, descrito por primera vez en el mundo, fue observar que aquellas personas con la variante genética G que recibían intervención con dieta mediterránea tuvieron menos incidencia de infartos (estimándose un 60% menos de riesgo) que las personas homocigotas CC en el mismo grupo de dieta mediterránea.

Por el contrario, en el grupo que recibía la dieta control, los portadores de la variante G no manifestaron el efecto protector de la genética y no tuvieron menor incidencia de infartos.

Un paso más en la nutrición personalizada

‚ÄúEste hallazgo es muy relevante porque adem√°s de ayudarnos a conocer los mecanismos por los cuales la dieta mediterr√°nea puede ejercer sus efectos protectores a nivel general, nos ha permitido identificar un grupo de personas que por su genotipo en el gen MLXIPL se benefician mucho m√°s al seguir una dieta mediterr√°nea, especialmente en cuanto a la protecci√≥n frente al infarto de miocardio‚ÄĚ, afirma Corella.

Este estudio fue financiado por el Ministerio de Sanidad, Servicios Sociales e Igualdad (Instituto de Salud Carlos III), el Ministerio de Economía e Innovación, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Generalitat Valenciana y por los contratos 53-K06-5-10 y 58-1950-9-001 del USDA, EE UU.

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Cient√≠ficos espa√Īoles descubren un mecanismo para evitar el envejecimiento muscular

Febrero 13, 2014 Microciencia No Comments

Ancianos. / Darnok (MORGUEFILE)

Ancianos. / Darnok (MORGUEFILE)

Fuente: madri+d

La clave estaba en los ratones m√°s ancianos, los de 28 meses de vida, el equivalente a una persona de 75 a√Īos de edad. Generalmente, los investigadores se conforman con estudiar el envejecimiento de los ratones de laboratorio hasta los 20 o 24 meses pero el equipo de Pura Mu√Īoz esper√≥ un poquito m√°s.

“Fue una sorpresa no buscada”, se√Īala la investigadora de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, feliz de que su hallazgo haya logrado colarse en una de las publicaciones cient√≠ficas m√°s relevantes, la revista Nature. “Este trabajo sienta principios para combatir la fragilidad de las personas de la tercera edad, cuyos m√ļsculos se deterioran y no son capaces de recuperarse tras una ca√≠da, por ejemplo”, explica Mu√Īoz. Y reconoce que el mecanismo que describen en su estudio puede servir para ir m√°s lejos: “Es verdad que puede ayudar a descubrir cosas nuevas. Lo que describimos para c√©lulas musculares es extensible a c√©lulas de otro tipo”. En concreto, se refiere al mecanismo que lleva a las c√©lulas madre -esas que permanecen latentes y se activan para regenerar tejidos da√Īados- a quedar atrofiadas e incapaces de echar un cable en el organismo. Por eso, lo que proponen puede arrojar luz no s√≥lo para mejorar el estado f√≠sico de las personas, sino tambi√©n para la investigaci√≥n en enfermedades neurodegenerativas.

El mecanismo que describen comienza por desmontar una idea que hasta ahora se daba por buena: el envejecimiento de las c√©lulas madre va asociado a su entorno. Es decir, se echan a perder cuando el tejido que habitan envejece. Seg√ļn estudios previos de Stanford y Harvard, cuando se trasplantaban c√©lulas madre viejas a tejidos j√≥venes, recuperaban su capacidad regenerativa. En cambio, el equipo de la Pompeu Fabra fue m√°s paciente y esper√≥ hasta que los ratones eran realmente ancianos.

Al tratar de reproducir los logros norteamericanos en c√©lulas madre de esa edad descubrieron que ya no era posible. Que hay un punto de no retorno a partir del cual la c√©lula madre ya es demasiado vieja y resulta irrecuperable. “El ambiente ya no lo era todo”, resume Mu√Īoz, “gracias a que tuvimos la paciencia de esperar, a pesar de lo caros que son los hoteles en los que se guardan los ratones”.

Y as√≠, poniendo en duda un axioma establecido por las mejores universidades, dieron con la primera de las claves de su trabajo. A partir de ah√≠, se centraron en buscar qu√© suced√≠a en estas c√©lulas madre desde que son j√≥venes hasta que alcanzan el deterioro irrecuperable, buscando un gen que se activara y que explicara de alg√ļn modo ese punto de no retorno. Y all√≠ apareci√≥ el gen P16, un viejo conocido de los investigadores sobre envejecimiento y tumores. Se trata de un actor asociado al envejecimiento celular desde hace a√Īos y no fue una sorpresa encontrarlo en c√©lulas madre ajadas por la edad.

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