Nuevas posibilidades para el grafeno, el material del futuro

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Investigadores calcularon la respuesta eléctrica del grafeno, el material más delgado del universo, ante la incidencia de un láser de luz infrarroja. Concluyeron que el haz lumínico interrumpe la conductividad eléctrica del material, un efecto que la comunidad científica ha buscado largamente. De comprobarse, el descubrimiento tendría un gran impacto tecnológico, ya que abriría nuevas perspectivas para dispositivos optoelectrónicos, como las pantallas de plasma.

El grafeno es, por la potencialidad en sus propiedades, uno de los materiales más promisorios en el horizonte de la innovación tecnológica. Se lo denomina material bidimensional porque su espesor es de sólo un átomo, pero eso no impide que sea unas 200 veces más fuerte que el acero. Se trata de una lámina de átomos de carbono unidos que forman una malla de celdas hexagonales, como un panal de abejas. En este esquema, los átomos de carbono se ubican en los vértices y permanecen unidos mediante enlaces químicos a través de los cuales comparten electrones.

Aunque fue aislado y caracterizado recién en 2004, el grafeno está presente, junto a otros componentes, en las minas de los lápices. Un milímetro de grafito contiene tres millones de capas de grafeno apiladas. Como la energía que las mantiene juntas es bastante débil, el grafito se desgrana al dibujar un trazo sobre el papel. Una forma de imaginar el grafito es como una resma de papel, donde cada hoja representa una lámina de grafeno: no requiere demasiado esfuerzo desarmar la pila si se desplazan en forma horizontal las páginas.

El grafeno es flexible y traslúcido -absorbe apenas el 2,3 por ciento de la luz-, pero quizás su propiedad más promisoria radique en su extraordinaria capacidad para conducir electricidad a temperatura ambiente, incluso, mejor que el cobre. Esto se debe a la perfección con que los átomos de carbono constituyen la estructura hexagonal plana, donde los electrones pueden desplazarse a una velocidad de un millón de metros por segundo, sin perturbaciones.

Hasta el presente, esta increíble conductividad también constituyó su principal debilidad, por la imposibilidad de “detenerla� o interrumpirla adrede. Todo esto podría cambiar si experimentos futuros comprueban las predicciones teóricas realizadas por un equipo de científicos de la Facultad de Matemática, Astronomía y Física y el Conicet, en colaboración con colegas de Alemania y España.

En el estudio llevado a cabo por los investigadores se hace un cálculo atomístico de la respuesta eléctrica que presenta una lámina de grafeno al ser iluminada por un láser de luz infrarroja. Los resultados predicen que, al recibir ese haz lumínico, el material puede volverse aislante. Esto permitiría “prender y apagar� su conducción. El descubrimiento constituye un avance crucial para la aplicación del grafeno en ciertos dispositivos electrónicos que combinen propiedades ópticas y eléctricas como, por ejemplo, las pantallas de plasma.

“Imaginemos que al encender la luz, la conducción se apaga o viceversa: de esa manera es posible traducir señales ópticas en eléctricas�, explica a InfoUniversidades Foa Torres, uno de los científicos, y agrega que “el trabajo predice que mediante la iluminación con un láser en el infrarrojo medio es posible generar una brecha de energía -o “gap�, como se la conoce en física de materiales- en el grafeno, de manera que pase de un estado ‘con corriente’ a otro ‘sin corriente’. En la práctica, estos estados con o sin corriente son los se utilizan, por ejemplo, para codificar información bajo la forma de ceros y unos�.

En la actualidad, este tipo de láser se está volviendo más común. De hecho, uno de los grupos experimentales que colaboró con los investigadores está en proceso de adquirir uno. Según el científico, la colaboración con grupos experimentales de otros países fue crucial ya que el conocimiento compartido les permitió descartar parámetros y focalizarse en aquello que sus colegas les habían señalado como realizable. Ahora es su turno, ya que deberán corroborar los resultados del estudio.

Uno de los datos distintivos del trabajo radica en que se evaluaron porciones de grafeno relativamente “grandes�, del orden de los micrómetros, donde se podrían encontrar hasta mil millones de átomos de carbono. La simulación de la respuesta del material ante el láser fue realizada en un conjunto de servidores (los mismos que alojan páginas web), a través de un software diseñado por los propios investigadores. “Creamos el código porque no existen herramientas para este tipo de cálculo computacional. Además, con algunos trucos en el diseño del código de cálculo, logramos acelerar el proceso y obtener en un par de días resultados que nos hubieran demandado dos o tres meses�, señala Foa Torres.

Sobre las implicancias de sus resultados, el investigador agrega: “El problema de la interacción del grafeno con la luz es interesante también para entender otras propiedades más exóticas de la materia. En particular, se espera que en ciertas condiciones, mientras permanezca iluminado por el láser, el material se comporte como un ‘aislante topológico’, es decir, que no conduzca electricidad en su interior pero sí a través de su superficie. Esto serviría, por ejemplo, para una nueva generación de memorias�.

De la cinta Scotch al Nobel

Aunque ahora se sabe que los nanotubos son planchas de grafeno enrolladas sobre sí mismas, desde que estas estructuras cilíndricas fueron reconocidas, en 1991, nadie había intentado buscar -menos aun, aislar- el grafeno. Simplemente se pensaba que tal hazaña no sería posible ya que un material de esas características sería muy inestable.

Quien lo logró fue Andre Geim, un físico ruso formado en su país natal que luego se radicó en Gran Bretaña, donde investiga en la Universidad de Manchester. Junto a Konstantin Novoselov, un compatriota con quien trabaja en la misma área, Geim publicó los resultados del estudio “Electric field effect in atomically thin carbon films� en la revista “Science�, el 22 de octubre de 2004. En reconocimiento de su aporte -el aislamiento y la caracterización del nuevo material-, ambos recibieron el Premio Nobel de Física en 2010.

Lo singular radica en el ingenioso método que Geim y Novoselov pusieron en práctica para obtener una única lámina de grafeno. Según reconoció Geim en una entrevista, en su laboratorio ordenó a un estudiante de doctorado obtener la capa más fina posible a partir de una pieza de grafito. El joven utilizó un aparato y obtuvo una diminuta pieza de aproximadamente 0,01 milímetros, que equivale a un millar de láminas de grafeno.

¿Cómo logró Geim, entonces, obtener una capa aun más delgada del material? Con uno de los insumos más baratos del planeta: cinta Scotch. Colocó la banda sobre el grafito y la despegó. De esa forma, diminutas películas quedaron adheridas a la cinta. La plegó sobre sí misma y volvió a separarla. Repitió este paso una veintena de veces. En cada ciclo, las capas se iban separando cada vez más. Al final del proceso, el experimento les permitió alcanzar un mínimo espesor. Luego, transfirieron las láminas a un sustrato de silicio y con observaciones, mediante microscopios ópticos, lograron detectar que algunas de las láminas tenían un espesor de apenas un átomo y, a pesar de todo, eran químicamente estables a temperatura ambiente.

“Lo que hizo muy popular al grafeno es que Geim y Novoselov lograron ponerlo al alcance de prácticamente cualquier laboratorio en el mundo, porque el equipamiento necesario para aislarlo es mínimo y el grafito es relativamente barato. Es un mensaje revolucionario, porque demuestra los avances que se pueden lograr con recursos materiales relativamente modestos�, explica Foa Torres.

Desde entonces, el grafeno estuvo bajo la lupa de la comunidad científica internacional. Es un campo de estudio que avanza a una velocidad sin precedentes. Sus posibles aplicaciones son innumerables: transistores ultra rápidos, pantallas táctiles, celdas solares, dispositivos electrónicos flexibles y sensores de gases. Hasta el presente, mediante métodos cuasi-industriales, se lograron crear planchas de más de medio metro de ancho de grafeno.

El paper original que Geim y Novoselov publicaron en “Science� fue citado en más de 6.000 oportunidades, además de ser uno de los trabajos que les valió el máximo reconocimiento científico.
Nada mal para Geim, un científico oriundo de Sochi, una localidad rusa sobre la costa este del Mar Negro, cuyo primer reconocimiento internacional le llegó en 2000 por haber hecho levitar una rana en un campo electromagnético. Con ese trabajo Geim y otros colegas ganaron un Ig Nobel en 2000, una distinción que parodia el premio que concede la Real Academia de las Ciencias de Suecia, y busca reconocer trabajos que primero provocan sonrisas, pero luego ayudan a la gente a pensar.

Los investigadores que colaboraron con los científicos de la UNC pertenecen al Institut für Theorie der Statistischen Physik, (RWTH Aachen University, Alemania), al Catalan Institute of Nanotechnology (Universidad Autónoma de Barcelona, España) y a la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (España). El estudio, publicado online en la prestigiosa revista “Applied Physics Letters� [http://link.aip.org/link/?APL/98/232103] y destacado en su portada digital en las “Highlights�, fue realizado por Hernán Calvo, Horacio Pastawski (FaMAF), Stephan Roche (Barcelona) y Luis Foa Torres (FaMAF).

Andrés Fernández
[email protected]
Andrés Fernández
Prosecretaría de Comunicación Institucional
Universidad Nacional de Córdoba

Fuente: Info Universidades

http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=nuevas_posibilidades_para_el_grafeno%2c_el_material_del_futuro&id=1395

El control biológico de las enfermedades de la planta de maní a partir de bacterias permite reducir y hasta evitar el empleo de fungicidas. Así lo determinó una investigación que analizó aislamientos bacterianos y las enfermedades que limitan el crecimiento del cultivo en la provincia de Córdoba. Desde el punto de vista económico el hallazgo cobra importancia en tanto que Argentina es un calificado exportador mundial de maní

Foto: www.ecoticias.com

El maní es uno de los cultivos leguminosos más importantes del mundo. La planta, de cuyas semillas son probadas sus propiedades antioxidantes así como sus altos niveles de proteínas, es una dicotiledónea originaria de Sudamérica. El cultivo para el aprovechamiento de las semillas data de hace unos 8.000 años, aproximadamente. Nuestro país es un destacado y calificado exportador mundial de maní confitería, y la provincia de Córdoba es el área de cultivo más importante.

La investigación, llevada a cabo por la doctora María Laura Tonelli, adquiere especial importancia ya que brinda nuevos conocimientos sobre cómo prevenir o reducir enfermedades en la planta de maní en forma natural, evitando el uso de agroquímicos. “Las enfermedades fúngicas, especialmente las producidas por fitopatógenos, limitan la producción de esta leguminosa en toda la provincia�, indicó a InfoUniversidades la especialista.

Y agregó que una posibilidad atractiva y ambientalmente inocua para paliar el efecto de estos fitopatógenos del suelo es aprovechar la actividad biocontroladora de algunas bacterias promotoras del crecimiento vegetal que se encuentran en el suelo o en las plantas. “La utilización de seres vivos o de las sustancias que estos producen para el control de patógenos vegetales se denomina biocontrol o control biológico�, explicó Tonelli.

Los estudios realizados permitieron conocer cuáles son las bacterias idóneas para ser utilizadas como biocontroladores a fin de prevenir, por ejemplo, la enfermedad de marchitamiento que sufre la planta de maní en los cultivos de la provincia.

Reducir el uso de agroquímicos

Con el empleo de diferentes estrategias de control biológico para tratar enfermedades en la planta de maní puede evitarse la aplicación de grandes cantidades de fungicidas, lo que contribuye al mejoramiento del medio ambiente.

En principio, la investigación radicó en obtener los aislamientos bacterianos extraídos de la raíz, tallo y hojas de plantas de maní cultivadas, para luego seleccionar -a partir de diferentes pruebas- los potenciales agentes de control biológico; y por último, los ensayos de esos aislamientos bacterianos, es decir, realizar en el invernadero la aplicación de esos antagonistas en las plantas para analizar sus comportamientos.

Con el objetivo de seleccionar y analizar diferentes bacterias nativas de suelos maniseros de la región que puedan ser utilizadas para el control de enfermedades fúngicas de la planta de maní “se evaluaron 193 aislamientos bacterianos, obtenidos de raíces, tallos y hojas de plantas de maní cultivadas a campo�, indicó Tonelli.

Mecanismos de control

La investigadora estudió varios mecanismos por los cuales las bacterias pueden efectuar el control biológico. Uno de ellos es el que se conoce con el nombre de inducción de resistencia sistémica de la planta, que consiste en el efecto que produce una bacteria capaz de activar las defensas de la planta. En este marco, “seleccionamos dos aislamientos biocontroladores, Pseudomonas sp. BREN6 y Bacillus sp. CHEP5, que indujeron sistémicamente la respuesta de defensa de plantas de maní, por lo que se disminuyó, de este modo, la severidad de la enfermedad de marchitamiento producida por S. rolfsii�, dijo Tonelli.

Además, destacó que “puede plantearse como posible estrategia de control biológico del fitopatógeno S. minor la aplicación de bacterias del género Bacillus que muestren más de una estrategia de biocontrol�, y adelantó que el próximo objetivo es que, a futuro, se puedan utilizar alguno o varios de estos aislamientos analizados como inoculantes para el control biológico a campo, ya que todos los estudios que se realizaron fueron in vitro y en invernadero.

Alberto Ferreyra
[email protected]
Nelson Nusbaum
Departamento de Prensa y Difusión
Universidad Nacional de Río Cuarto

Fuente: Info Universidades

http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=controlan_enfermedades_del_mani_sin_agroquimicos&id=1440

Los investigadores mejoraron un recubrimiento metálico de zinc y níquel que tendría mayor resistencia en ambientes adversos, por lo que resulta de especial interés para la industria automotriz.

Leandro Lacoa (Agencia CTyS) Uno de los problemas cotidianos en la fabricación de autopartes para automóviles y otros tipos de vehículos es la velocidad con que la corrosión arruina los artefactos, más aún, en ambientes donde las temperaturas son extremadamente bajas o altas, o también en lugares caracterizados por las continuas precipitaciones y los vientos cargados con partículas de tierra o arena.

A partir de esta problemática, el Centro de Procesos Superficiales del INTI desarrolló un recubrimiento constituido por zinc y níquel, una aleación que se caracteriza por tener más porcentaje de níquel que otras, lo que asegura una mayor resistencia al desgaste.

En este caso, la aleación tiene un 85% de zinc y un 15% de níquel, lo que la distingue de los recubrimientos metálicos ya conocidos en el mundo, que no superan el 12% del metal que se encuentra en menor proporción.

“En una aleación de este tipo, cuanto más alto es el contenido de níquel, mayor es su resistencia a la corrosión, que puede aumentar hasta cuatro veces respecto al zinc�, aseguró a Agencia CTyS la doctora Zulema Mahmud, investigadora del INTI y autora de este desarrollo que comenzó en 2010, cuando obtuvo el primer premio en la sesión de Innovación Tecnológica del Encuentro de Primavera.

La obtención de la amalgama metálica se logró mediante el proceso de electrólisis, a través de acero inmerso en una solución líquida a la que se agregó el zinc-níquel convencional (con un 12% de concentración de níquel) y más partículas sueltas de sales de níquel. En esta especie de “sopa de metales� se realizó una descarga eléctrica que permitió que se unieran las partículas y así, obtener la nueva aleación, que tiene mayor dureza a nivel microscópico, ya que el material posee un espesor de 30 micrones.

El trabajo contó con la participación del Centro de Procesos Superficiales y Mecánica del INTI, de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEN) de la UBA, de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), el Instituto Nacional de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA) y la Facultad de Paraná en Brasil.

Aplicación del desarrollo

El zinc-níquel convencional ya se utiliza en la industria automotriz, de electrodomésticos y aeroespacial, pero si a la aleación se le agregan partículas cerámicas, puede usarse para la industria de las motos y en materiales de construcción, como los tornillos sujetadores.

Con los avances del INTI posiblemente se pueda reemplazar a otros materiales difíciles de sustituir como el cadmio, que además es nocivo para el ambiente.

Fuente: CTyS

http://www.ctys.com.ar/index.php?idPage=20&idArticulo=1385

Se trata de un nuevo método para conservar alimentos inspirado en una técnica inventada por los incas. Fue desarrollado por el reconocido biotecnólogo argentino Jorge Yanovsky y podría revolucionar nuestra alimentación

Esta innovación desarrollada por el doctor argentino Jorge Yanovsky, reconocido médico sanitarista y presidente del Foro Argentino de Biotecnología, consiste en la creación de tecnología de bajo costo que permite el secado de alimentos, ya sea carne, frutas u hortalizas.

Se trata de un método que se conoce como liofilización, en el que se expulsa el agua de la comida sin que esta pierda alguno de sus nutrientes, y logrando que sea más fácil su conservación.

En los hechos, un plato de comida podría estar listo para ser consumido con tan solo unos minutos de cocción, lo que podría ser una revolución en el concepto de comida saludable ya que no se necesitaría invertir una gran cantidad de tiempo en la preparación de un menú balanceado y sabroso a la vez.

Durante su presentación en el Congreso Argentino de Nutrición llevado a cabo el año 2009, Yanovky habló con la prensa y contó algunos de los antecedentes de este proceso, remontándose a la cultura inca.

“Los incas, aprovechando los bajos niveles de temperatura y humedad en determinadas épocas del año, desarrollaron un método para secar la papa cuando está congelada: así, el agua se va sin que la papa pierda volumen, dejándola porosa. Esto se llama ‘chuño’: sigue produciéndose en la región andina y es la primera demostración en la historia humana de que es posible secar alimentos en frío�, contó en ese momento.

Actualmente, Yanovsky se encuentra trabajando, entre otros programas, con una obra social de empleados públicos del Chaco asesorándolos en comidas saludables, mientras que el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) se encuentra trabajando para expandir su técnica de liofilización.

Fuente: Infobae

http://www.infobae.com/notas/615385-Un-avance-cientifico-argentino-para-conservar-los-alimentos-con-sus-nutrientes.html

Estas bacterias son responsables de enfermedades como meningitis, neumonía, sinusitis y otitis. Investigadores de la UNC descubrieron que los neumococos que circulan en Argentina poseen un mecanismo que facilita la diseminación de las cepas resistentes a la penicilina. Con el hallazgo, de interés para infectólogos, epidemiólogos, y la industria farmacéutica, se abre la posibilidad de diseñar antibióticos más efectivos para combatir las infecciones provocadas por estas bacterias

Foto: www.hoylauniversidad.unc.edu.ar

Los neumococos son bacterias que suelen estar presentes en la nariz y la faringe, en especial en niños. Pueden originar diferentes infecciones respiratorias como neumonía y meningitis así como desencadenar otitis y sinusitis. Generalmente se tratan con antibióticos llamados beta-lactámicos, entre los cuales la penicilina es el más utilizado.

Cuando el antibiótico es efectivo para tratar las enfermedades producidas por el neumococo se dice que la cepa es sensible a la penicilina. Por el contrario, si el tratamiento no produce resultados, la cepa es resistente a este antimicrobiano. Ambos tipos de neumococos conviven en la nasofaringe, “compitiendo entre sí para establecer una infección en el mismo nicho biológico�. Estudios internacionales describen que los neumococos sensibles tienen una mayor capacidad de crecimiento que los resistentes mientras no se administran antibióticos. Pero una vez introducido el antimicrobiano, la cepa sensible muere y deja el camino libre a la resistente para originar una infección.

Alertado por el incremento de cepas resistentes en la región central de Argentina en la última década, un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias Químicas, pertenecientes al Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (Cibici) y dirigidos por José Echenique, estudió cepas neumocócicas resistentes a la penicilina que circulan en Argentina. Antes, este grupo de científicos había realizado un estudio epidemiológico utilizando 200 cepas patógenas de neumococo. Este trabajo fue realizado en el marco de un programa de epidemiología en el que participaron hospitales pediátricos de Córdoba y otras provincias, estudio que incluyó a niños menores de cinco años.

El momento clave: la división celular

Las infecciones causadas por neumococos se tratan en general con penicilina u otros antibióticos de la familia de los beta-lactámicos. Para atacar la infección, la penicilina debe unirse a unas proteínas involucradas en la división celular de los neumococos, denominadas PBP (Penicilin-Binding Proteins por sus siglas en inglés).

Para que esta unión sea efectiva, es crucial lo que ocurra durante el crecimiento bacteriano. En ese proceso se pueden producir errores o mutaciones en la duplicación del ADN. Si esas mutaciones se producen en el punto justo en el que actúa la penicilina, es decir, en los genes asociados a las PBP’s a las que se une la penicilina, la bacteria se vuelve resistente. De este modo, el antibiótico deja de ser efectivo para matar la bacteria.

“Simulamos el proceso evolutivo de las bacterias mediante la incorporación progresiva de mutaciones que aportan resistencia a la penicilina. Lo hicimos con técnicas microbiológicas y luego analizamos las muestras con métodos de biología molecular y celular� indicó a InfoUniversidades Echenique. Para comprender mejor el comportamiento de las cepas resistentes, los investigadores tomaron cepas sensibles y les incorporaron genes (ADN) asociados a PBP’s provenientes de cepas resistentes, pero en lugar de introducir los tres genes juntos lo hicieron de a uno para ver cómo era el comportamiento individual de cada mutación en cuanto a crecimiento y resistencia.

Los científicos descubrieron que individualmente cada gen mutante crecía menos que si estaban todos juntos. Esto significaba que la bacteria acumulaba, evolutivamente, aquellas mutaciones que se complementaban entre sí para compensar la capacidad de crecimiento, y que a la vez le aportaban resistencia. Con estudios complementarios comprobaron que en ausencia de antibióticos ambas cepas (sensibles y resistentes) crecían a iguales niveles.

Estos resultados contradecían lo descrito en estudios similares desarrollados por especialistas de Estados Unidos y Europa, según los cuales, en ausencia de antibióticos las cepas resistentes crecían menos que las susceptibles a la penicilina. Entonces realizaron nuevos experimentos en los que compararon los genes de las cepas resistentes que circulan en esos países con los que tenemos en Argentina. “Tomamos cada gen, lo secuenciamos y los comparamos con los de esos lugares y todas las diferencias fueron evidentes. Las cepas son resistentes sin importar el nivel de resistencia, pero las mutaciones no son ni parecidas�, indica Echenique. “Las cepas de neumococo circulantes en Argentina poseen un mecanismo que facilita la diseminación de las cepas resistentes a la penicilina�, concluye.

Relevancia de los resultados

El incremento de cepas de neumococos resistentes a la penicilina que circulan en la región centro de Argentina podría explicarse por la sobreutilización de antibióticos, como sostienen algunos especialistas. Sin embargo Echenique apunta que en varios países se disminuyó la utilización de antibióticos, en especial los beta-lactámicos, y, sin embargo, “la tasa de cepas resistentes permaneció constante o creció levemente�.

Según el investigador existirían diversos factores que colaboran en la diseminación de las cepas resistentes, y “el mecanismo molecular que descubrimos es uno de ellos, al menos en el grupo de neumococos estudiados en Argentina�, asegura. Además, durante el estudio de este mecanismo identificaron proteínas que interactuaban con las PBP’s que no habían sido estudiadas hasta el momento en neumococos, “proteínas también involucradas en el proceso de división celular de estas bacterias�.

El hallazgo de que al momento de la división celular, la bacteria no sólo selecciona las mutaciones que le aportan resistencia sino también aquellas que se compensan para conferirle un mayor nivel de crecimiento, sumado al descubrimiento de que intervienen en este proceso proteínas no estudiadas hasta el momento, permitirá a la industria farmacéutica orientar la investigación y diseño de antibióticos que “bloqueen la división celular con el objetivo de obtener antimicrobianos más eficientes para combatir las cepas resistentes a antibióticos�, sostiene Echenique. También para epidemiólogos e infectólogos, ya que permite comprender la causa de la elevada incidencia de cepas resistentes.

Traducido a un lenguaje más cotidiano, esto significa que se podrían elaborar antibióticos más efectivos para combatir las infecciones que afectan con más frecuencia a niños pequeños, en especial los escolarizados a muy temprana edad.

Los resultados de esta investigación fueron publicados en el journal “Plos Pathogens�, la publicación científica más importante en el área de microbiología, en febrero de 2011.
Andrés Fernández
[email protected]
Mariana Mendoza
Prosecretaría de Comunicación Institucional
Universidad Nacional de Córdoba

Fuente: Info Universidades

http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=porque_los_neumococos_de_argentina_son_resistentes_a_la_penicilina&id=1286

El alto consumo altera en forma irrecuperable la función cerebral

Francisco Urbano, Belén Goitia, Mariana Raineri y Verónica Bisagno. Foto: CEPRO / EXACTAS

Por Susana Gallardo | Para LA NACION
No es una novedad que el abuso de cocaína a largo plazo genera trastornos como la epilepsia e incluso la muerte masiva de neuronas. Pero ahora un equipo de investigadores del Conicet pudo probar que basta un día de abuso de esta droga para que se alteren los ritmos de sueño y vigilia, y se produzcan modificaciones neuronales. El estudio analizó los efectos en ratones luego de un «atracón» de cocaína.

Se sabía que el consumo crónico de esa droga afecta las neuronas de la corteza y de una región del cerebro llamada tálamo. Por eso, los investigadores se centraron en analizar cambios en el circuito que comunica la corteza con el tálamo.

El tálamo está formado por diferentes agregados de neuronas (núcleos), que se ubican en el centro del cerebro y funcionan como un «director de orquesta», modulando la información que se conecta con diferentes regiones. A él llegan, por ejemplo, los estímulos sensoriales, que son procesados y luego reenviados a la corteza cerebral. Un clásico sistema tálamo-cortical es la vista: el impulso visual viaja desde la retina hasta la corteza, pasando por el tálamo. Algunos núcleos también procesan la actividad motora. Se conocían los efectos del consumo continuado, pero no las consecuencias de un atracón de droga en el cerebro joven. Responder estas preguntas fue el objetivo del grupo formado por Francisco Urbano y Belén Goitia, del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (Ifibyne) de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN). En el estudio también participó el grupo de Verónica Bisagno y Mariana Raineri, del Instituto de Investigaciones Farmacológicas (Ininfa), de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA.

Los investigadores administraron cocaína a ratones «adolescentes» y observaron las alteraciones en el circuito que va del tálamo a la corteza. Efectuaron tres inyecciones de cocaína a lo largo de un solo día, reproduciendo una situación de consumo compulsivo en la que una persona repite la dosis cuando siente que disminuye su efecto.

«Vimos cambios similares a los del Parkinson o la epilepsia», relata Urbano. Tras obtener electroencefalogramas de los ratones, el equipo constató que luego de la administración de cocaína la actividad eléctrica correspondía a la etapa del sueño y no a la de vigilia. Pero análisis posteriores in vitro mostraron cambios más específicos en las neuronas del tálamo. Estudiaron unas pequeñas compuertas (los canales de calcio dependientes de voltaje) que se encuentran en la membrana celular y que, al abrirse para que entre el calcio, contribuyen a liberar neurotransmisores como la dopamina y la serotonina.

En particular, pusieron la lupa en los canales denominados T, que transmiten señales de la membrana neuronal. Cuando esos canales están activados en exceso, generan en el individuo despierto frecuencias eléctricas que pertenecen al rango del sueño.

«La cocaína activa los canales T y genera una contradicción en los ritmos neuronales: hace que el cerebro del animal se encuentre en un estadio de sueño, cuando su cuerpo está activo y despierto, y eso genera patologías», sostiene Urbano.

Para confirmar la hipótesis, los investigadores bloquearon los canales T y vieron que los efectos de la cocaína se revertían o se prevenían. Por eso, subraya Urbano, «ésta es la primera demostración de que los canales T de calcio están involucrados en forma directa en la acción de la cocaína».

«Si esto sucede en forma aguda, cuando se inyecta a un animal durante un día, es muy fácil imaginar qué pasa con el abuso de drogas durante toda la adolescencia», dice Urbano.

Durante el sueño, hay zonas del cerebro que disminuyen su actividad y, de este modo, pueden recuperarse de la actividad diaria. Pero si están sobreactivadas por la cocaína, no pueden hacerlo y, a largo plazo, mueren. Los resultados de ambos trabajos se publicaron en Biological Psychiatry y en Psychopharmacology .

El abuso de cocaína sobreestimula el cerebro y aumenta la función muscular, pero los ritmos eléctricos cerebrales y la actividad del canal T están asociados con el sueño.

«Si uno prolonga el consumo de cocaína en esas condiciones, el cerebro empieza a dar respuestas involuntarias de forma espontánea, pero no puede concentrarse. Por eso los estudiantes que consumen drogas tienen tantas dificultades de concentración y disminuye su capacidad para aprender», concluye el investigador.

Centro de Divulgación Científica de la Facultad de Ciencias Exactas, UBA

Fuente: La Nacion

http://www.lanacion.com.ar/1417852-un-solo-dia-de-abuso-de-cocaina-mata-neuronas