Archivo de la categoría ‘Biomedicina y Salud’

¿Es posible “oler” una enfermedad?

Por Laura López Mascaraque (CSIC)*

Aunque el olfato es el más desconocido de los sentidos, es bien sabido que los olores pueden provocar reacciones emocionales, físicas y mentales. Así, algunos olores desagradables y penetrantes, denominados hedores, se han asociado históricamente tanto a la muerte como a la transmisión de enfermedades.

Antes de que se comenzaran a perfeccionar los medios de investigación médica a partir del siglo XVIII, el análisis del olor y color de la orina era el recurso más empleado en el diagnóstico. Desde la Edad Media existían ruedas de orina, divididas en 20 colores posibles, con categorías olfativas que marcaban analogías entre estos caracteres y la dolencia. Los pacientes llevaban la orina en frascos de cristal transparente y los médicos, además de observarla, basaban su diagnóstico también en su sabor. En 1764, el inglés Thomas Willis describió como muy dulce, similar a la miel, la orina de una persona diabética, por lo que a esta enfermedad se la denominó Diabetes mellitus, e incluso durante un tiempo se la llamó enfermedad de Willis.

Rueda de orina medieval que se utilizaba para la realización de uroscopias

Rueda de orina medieval que se utilizaba para la realización de uroscopias.

Hay otras anécdotas curiosas, como la “enfermedad del jarabe del arce”, una patología rara de origen metabólico así llamada por el olor dulzón de la orina de los pacientes, similar al de este alimento. En otros casos, la orina puede oler a pescado si se padece trimetilaminuria (o síndrome de olor a pescado), mientras que el olor a levadura o el olor a amoniaco se debe a la presencia de determinadas bacterias.

El cirujano francés Landré-Beauvais (1772-1840) recomendaba a los médicos memorizar los diferentes olores que exhalaban los cuerpos, tanto sanos como enfermos, a fin de crear una tabla olfativa de las enfermedades para elaborar un primer diagnóstico. En concreto, él y sus seguidores entendían que la halitosis es uno de los signos del empacho e intentaban descubrir determinadas enfermedades por las alteraciones del aliento. Pensaban que algunas patologías tenían un determinado olor, es decir, hacían emanar del cuerpo del paciente compuestos orgánicos volátiles específicos. No les faltaba razón, y aunque hoy día el uso del olfato en la práctica médica ha desaparecido, sabemos que el patrón aromático que desprende una persona enferma es distinto al de una sana:

  • Un aliento con olor afrutado se manifiesta a medida que el organismo elimina el exceso de acetona a través de la respiración, lo que puede ocurrir en caso de diabetes.
  • Un aliento que huele a pescado crudo se produce por un trastorno del hígado (insuficiencia hepática).
  • Un aliento con olor a vinagre es desprendido por algunos pacientes con esquizofrenia.
  • El olor similar al amoniaco (parecido a la orina) suele ser signo de insuficiencia renal o infección en la vejiga.

El análisis moderno del aliento empezó en la década de 1970, cuando el doble premio Nobel de Química (1954) y de la Paz (1962) Linus Pauling detectó por cromatografía de gases más de doscientos compuestos orgánicos volátiles, aunque en la actualidad sabemos que por nuestra boca podemos exhalar más de tres mil compuestos. Entre las pruebas de aliento más conocidas actualmente destacan la que se realiza para detectar la presencia de la bacteria Helicobacter pylori, responsable de úlceras e inflamación del estómago y de la gastritis; las pruebas de alcoholemia que identifican la presencia de etanol y acetaldehído; y las que detectan óxido nítrico como predictivo del asma infantil.

Del olfato canino a las narices electrónicas

Existen indicios de que perros bien entrenados pueden detectar tumores cancerígenos a partir del aliento y las heces. Distintos laboratorios intentan descubrir algún elemento común de los diferentes tumores y, dado que estos animales poseen una enorme capacidad de discriminación odorífera, incluso con olores extremadamente parecidos en su composición química, están siendo entrenados para que, oliendo la orina de los pacientes, puedan indicar o predecir la existencia de cáncer de próstata, pulmón y piel. Una vez se conozcan los tipos de compuestos segregados por las células tumorales que identifican los perros, se podrán desarrollar narices electrónicas para complementar la práctica clínica.

Las narices electrónicas utilizan sensores químicos de vapores (gases) para analizar algunos compuestos orgánicos volátiles que se exhalan en el aliento. Esperamos que, en un futuro próximo, esta identificación electrónica de los olores permita establecer biomarcadores que contribuyan al diagnóstico precoz de diferentes tipos de asma, diabetes, cáncer o enfermedades tropicales como hidatidosis, leishmaniasis y dengue.

De hecho, en la actualidad, se está estudiando la posibilidad de desarrollar narices electrónicas para ayudar en el diagnóstico de la enfermedad Covid-19 a través del aliento de una persona, a fin de detectar la presencia o no del SARS-CoV-2. El paso previo imprescindible será identificar los compuestos orgánicos volátiles propios de esta enfermedad. También, varios estudios a nivel internacional han reportado una asociación directa de la pérdida abrupta del olfato y/o gusto (anosmia/ageusia) como un síntoma temprano común de esta enfermedad. Por ello, varias asociaciones médicas, y en distintos países, han apuntado que la anosmia podría ser un buen marcador de presencia en casos asintomáticos. Además, parece que este síntoma también podría indicar que la infección por SARS-CoV-2 no será tan severa.

 

Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso, de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata).

‘Top models’ de la ciencia: descubre a los seres vivos más utilizados en el laboratorio

Por Mar Gulis (CSIC)

Entre probetas, microscopios o tubos de ensayo, camuflados o a la vista, podrías encontrarlos en cualquier parte de un laboratorio. Hablamos de una bacteria del intestino humano, de la mosca de la fruta y del ratón; tres especies en principio poco llamativas, o incluso molestas. Sin embargo, la ciencia utiliza estos ‘bichitos’ como modelos de los seres vivos desde hace años. Gracias a ellos, se han hecho importantes descubrimientos sobre los mecanismos de la vida o diseñado tratamientos contra el cáncer. Te invitamos a conocer desde tu casa a estos ‘top model’ de la investigación, que forman parte de la exposición virtual del CSIC Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio.

1. La bacteria que se volvió famosa por cambiar la biología

Aunque a simple vista sea inapreciable, la bacteria Escherichia coli es la más conocida en los laboratorios. Inicialmente se llamó Bacterium coli por ser la bacteria común del colón. Comenzó a estudiarse por las infecciones que causaba, pero a mediados del siglo XX se convirtió en modelo biológico gracias a su estructura sencilla, rápido crecimiento y los medios empleados para su cultivo, que aumentaron las posibilidades experimentales. Su utilización permitió hallar algunos de los principios básicos de la vida, pero E. coli alcanzó el estrellato con el descubrimiento de la técnica de ‘corta y pega’ del ADN, en la cual se usan enzimas para quitar e insertar segmentos de código genético y que supuso el inicio de la ingeniería genética. Hoy en día se emplea en la selección de genes concretos, estudiados posteriormente en otros organismos más complejos.

Micrografía electrónica de Escherichia coli a 10.000 aumentos.

Esta bacteria sabe mucho de los seres humanos. El genoma de E. coli, compuesto por cerca de 4.300 genes, contiene una séptima parte de nuestros genes. Además, habita en el intestino humano, donde forma parte junto a cientos de especies de la mibrobiota intestinal –también conocida como flora intestinal–, que cumple un papel fundamental en la digestión y en la defensa frente a patógenos.

E. coli es un instrumento más del laboratorio. El interés de su investigación reside todavía en las infecciones, ya que cada vez existe una mayor resistencia a los antibióticos, pero también en los mecanismos que se ponen en marcha al dividirse la célula, y cuyo mejor conocimiento permitiría diseñar, con ayuda de técnicas genómicas, fármacos con menor resistencia.

2. ¿Cómo conseguir la apariencia de una mosca?

Imagina lo molesto que resulta el zumbido de una mosca al merodear por nuestras cabezas. A partir de ahora puede que cambies de opinión cuando descubras que las moscas del vinagre o de la fruta (Drosophila melanogaster) son usadas como modelo en biología animal. Es habitual verlas en cualquier lugar, pero son más abundantes en terrenos agrícolas, cuando hace buen tiempo y, desde hace más de un siglo (esta especie se estudió por primera vez en 1901), también en los laboratorios. Saber de la mosca significa saber del ser humano porque ha sido clave en investigaciones sobre enfermedades neurodegenerativas, tumores y metástasis.

Visión dorsal y lateral de un macho y una hembra de Drosophila melanogaster. / Benjamin Prud’homme. Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy. Parc Scientifique de Luminy.

Uno de los objetivos de su estudio es conocer cómo este pequeño insecto consigue su apariencia. La secuenciación de los genomas ha permitido determinar que la mayoría de genes de la mosca de la fruta son homólogos a los humanos. Por tanto, investigando los genes de esta mosca, que es un modelo de experimentación mucho más simple, se puede tener una idea de la acción de los genes en los humanos.

Sin duda su filón para la genética es más que evidente, y no solo porque el genoma de la mosca del vinagre alberga alrededor de 13.600 genes, un tercio de los que contiene el genoma humano. Además, a partir de cruces entre más de 100 tipos de moscas, el investigador Thomas H. Morgan (1866-1945) estableció que los caracteres se encuentran en los cromosomas y se heredan de generación en generación. Con ello dio lugar a la teoría cromosómica de la herencia, que le hizo merecedor del Nobel de Medicina en 1933.

3. ¡Roedores en el laboratorio!

Llaman la atención por su par de dientes incisivos y por su minúsculo tamaño. Los encontrarás en bosques, en tu ciudad y, cómo no, en un laboratorio. Así son los ratones, o Mus musculus si atendemos a su nombre científico. Utilizados como objeto de experimentación, desde hace más de un siglo son piezas clave en el estudio de la diabetes, el cáncer o los trastornos neurológicos; incluso los misterios del cerebro se exploran antes en los ratones que en el ser humano. Entre la comunidad científica hay quien los llama ‘seres humanos de bolsillo’.

En el año 2002 se dio a conocer la secuencia de su genoma, la primera de un mamífero: con cerca de 30.000 genes, aproximadamente los mismos que nuestra especie, el 99% de estos tiene su homólogo humano. Además, en ellos se reproducen enfermedades humanas como la obesidad o el párkinson, se realizan pruebas de toxicidad y se ensayan terapias futuras con células madre o nuevos materiales. Estos experimentos se han podido llevar a cabo a partir de ratones transgénicos y knock outs, es decir, aquellos producidos con un gen inactivado en todas sus células. En todos los casos, se han utilizado solo ratones machos para evitar que las hormonas sexuales afecten a los resultados.

Foto publicitaria del Jackson Laboratory. De izquierda a derecha, George Woolley, Liane Brauch, C.C. Little, desconocido y W.L. Russell. Década de 1940. / Cortesía del Jackson Laboratory.

Cuando las voces en contra de la experimentación animal comenzaron a alzarse, la defensa de los ratones no formó parte de las primeras reivindicaciones. La regulación llegó al mundo de los roedores con normativas y protocolos a nivel europeo. En ellas se establece que se debe reemplazar al ratón por otro sistema cuando sea posible y reducir el número de individuos en la investigación, para evitar así el sufrimiento animal.

E. coli, la mosca del vinagre y el ratón son solo algunos de las especies más comunes utilizadas como modelo. La muestra Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio, cuyos contenidos puedes consultar online y descargar en alta calidad desde casa, se ocupa también de organismos como la levadura de la cerveza, un gusano minúsculo del suelo, una hierba normal y corriente y un pez de acuario. Elaborada originalmente por la Delegación del CSIC en Cataluña y ampliada en el marco del proyecto de divulgación Ciudad Ciencia, la exposición se complementa con entrevistas a especialistas en cada uno de estos seres modelo.

Únete a la ciencia ciudadana: pon a tu ordenador a cribar fármacos contra el coronavirus

Por Mar Gulis (CSIC)

Colaborar desde casa en la búsqueda de medicamentos que frenen el coronavirus ya es posible gracias a un nuevo proyecto de ciencia ciudadana impulsado por el CSIC y la Fundación Ibercivis. Basta con tener un ordenador, conexión a internet y unirse, instalando un programa, a la red de computación distribuida de Ibercivis. A partir de ese momento, cada vez que se active el salvapantallas, tu ordenador se pondrá a hacer cálculos que servirán para conocer si fármacos que se están utilizando para tratar otras enfermedades víricas, como el ébola, la infección por VIH (causante del sida), la hepatitis B o la gripe, logran inhibir una proteína clave en la reproducción del virus SARS-CoV-2. Si quieres saber más, aquí te damos algunas claves del proyecto, que responde a las siglas ‘COVID-PHYM’.

Ciencia ciudadana

¿Por qué probar compuestos que ya existen?

Pues para ganar tiempo en el control de la pandemia. Como los medicamentos aprobados ya han demostrado ser suficientemente seguros para nuestra salud, podrían estar disponibles para tratar a pacientes con COVID-19 mucho antes que un fármaco de nueva creación.

En cualquier caso, aunque un medicamento esté aprobado, hay que demostrar que es eficaz contra este coronavirus. Los ensayos clínicos con personas son muy costosos en términos económicos, de tiempo y de esfuerzo para los pacientes y el sistema sanitario. Así que, antes de hacer pruebas de este tipo, conviene utilizar técnicas informáticas para seleccionar buenos candidatos, es decir, fármacos que tengan realmente oportunidades de funcionar.

¿Cuál es la diana terapéutica?

La proteína que se quiere inhibir se conoce como ARN polimerasa dependiente de ARN’ y ha sido escogida porque juega un papel central en la replicación y transcripción del material genético del virus. Si se neutraliza, se puede frenar la propagación del virus en el organismo y ayudar en la curación.

¿Qué pintan los ordenadores personales en todo esto?

Como explica Javier Martínez de Salazar, investigador del CSIC en el Instituto de Estructura de la Materia y líder del grupo que está detrás de esta iniciativa (Biophym), buscar con técnicas informáticas un compuesto capaz de neutralizar una proteína concreta es como probar un enorme número de llaves para abrir una cerradura. “Como en el caso de una llave y una cerradura, hay que encontrar el fármaco que mejor se adapte a la estructura de la zona de la proteína en la que esta realiza su función; el problema es que los modelos basados en la química-física que nos permiten hacerlo implican realizar cientos de miles de cálculos para medir la fuerza de la interacción de cada una de las posibles asociaciones entre el fármaco y la proteína”, advierte Javier Ramos Díaz, uno de los investigadores del grupo.

Un ordenador convencional tardaría varios años en ejecutar los cálculos necesarios para llevar a cabo la investigación. Por eso, el proyecto necesita la colaboración ciudadana: es decir, muchos ordenadores de personas voluntarias que reciban y procesen pequeños paquetes de trabajo. De este modo será posible conseguir una potencia de cálculo similar a la de un supercomputador y realizar todas las tareas previstas.

Coronavirus y proteina diana

Principal: imagen al microscopio electrónico del virus SARS-CoV-2 . Arriba a la derecha: estructura de la ARN-Polimerasa del SARS-CoV-2. / Center for Disease Control/epa/dpa y PDB Id: 6M71.

Realmente, ¿es eficaz distribuir el trabajo en muchos ordenadores?

Sí. Esta forma de trabajar se conoce como computación distribuida, y lleva cerca de 20 años ayudando con éxito a llevar a cabo proyectos científicos que demandan una gran capacidad de procesamiento. Uno de los ejemplos más vistosos es el proyecto SETI, que ha conseguido que millones de voluntarios y voluntarias contribuyan con sus ordenadores a analizar señales de radio procedentes del espacio en busca de indicios de vida extraterrestre. Para facilitar su puesta en marcha, la Universidad de Berkeley desarrolló la plataforma de computación distribuida BOINC, un programa de código abierto que actualmente utilizan numerosos centros de investigación de todo el mundo en áreas tan diversas como la física, las matemáticas, la climatología o la astrofísica.

En España, uno de los principales impulsores de este paradigma de computación ha sido Ibercivis. Aunque actualmente esta fundación se dedica a promover todo tipo de iniciativas de ciencia ciudadana, cuenta con una infraestructura de computación distribuida basada en BOINC con más de 20.000 voluntarios y voluntarias que ceden la potencia de cálculo de sus ordenadores y que ha dado soporte a más de 15 proyectos de investigación.

¿Qué hay que hacer para colaborar?

Solo necesitas descargar el programa BOINC y unirte a ‘Ibercivis BOINC’ en el momento de la instalación. Al hacerlo podrás elegir fácilmente cuándo y cómo participar. Si no quieres que el rendimiento del ordenador se vea afectado mientras lo usas, deja activada la configuración por defecto para que el programa solo se ejecute en los tiempos de pausa, cuando salta el salvapantallas.

Ciencia online: más de 100 conferencias de divulgación del CSIC para ver en casa

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Por qué el cambio climático es un problema urgente? ¿De qué está hecho el universo? ¿Cómo se extinguieron los Neandertales? ¿Tiene la vida un origen extraterrestre? Estos días de confinamiento suponen una excelente oportunidad para saciar tu curiosidad científica. Las más de 100 charlas para todos los públicos que el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ofrece en sus canales online te ayudarán a buscar respuestas a estas y otras muchas preguntas. Además, te permitirán conocer los últimos avances de la ciencia por boca de investigadores e investigadoras que trabajan en una gran variedad de campos, como la demografía, la biología, la geología o la física teórica.

Fernando Valladares

Fernando Valladares, investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), en una de sus charlas sobre cambio climático.

Del universo a las partículas elementales

Si lo que te interesa son los meteoritos, las estrellas o la vida extraterrestre, puedes asomarte al impresionante catálogo de conferencias del Ciclo Lucas Lara, organizado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). En ellas no solo oirás hablar de astronomía, sino también de asuntos como la inteligencia artificial, el dolor o los mosaicos de La Alhambra.

En caso de que te vaya más la física ‘pura y dura’, las conferencias del Instituto de Física Teórica (IFT-CSIC/UAM) no te defraudarán. El bosón de Higgs y el misterio de la masa, el fin del espacio-tiempo o las misteriosas propiedades de los neutrinos son solo algunas de las muchísimas cuestiones tratadas en ellas. De todas formas, la física del CSIC no se agota aquí. En esta misma área del conocimiento, tampoco puedes perderte las charlas del Instituto de Física Fundamental (IFF-CSIC), que se ocupan de temas como la antimateria, los mitos de la física cuántica o la computación cuántica.

La investigadora Laura López-Mascaraque, del Instituto Cajal (IC-CSIC), habla de la ruta de los aromas de la nariz al cerebro en el ciclo ‘¿Qué sabemos de?’.

Para saber de todo

Para quienes no tengan tan definida una temática de interés, el ciclo Jam Science ofrece la oportunidad de ver a investigadores e investigadores de perfil muy diverso hablando de su trabajo en un ambiente muy distendido: nada más y nada menos que un bar. Organizada por la científica del CSIC Carmen Fernández, esta iniciativa ha abordado cuestiones como el enigma de los Neandertales, el posible origen extraterrestre de la vida en nuestro planeta, la exploración antártica o la importancia de las vacunas. Los vídeos de estas charlas están disponibles en los canales de Youtube DC SciCommAgora Mundi Ciencia.

Otro ciclo de contenido científico amplio que te permitirá aumentar tus conocimientos son las Friday Talks. ‘Música y neurociencia’, ‘Un nuevo océano en la era del plástico’ o ‘Gatos y tigres… ¿bajo el mar?’ son títulos de algunas de las intervenciones recogidas por esta propuesta del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC).

Y aún hay más. ¿Qué somos capaces de hacer editando genes? ¿Cómo sabe el cerebro lo que la nariz huele? ¿Se va a convertir la Comunidad Valenciana en un desierto? Estos interrogantes sirven de partida a tres de las conferencias del ciclo ‘¿Qué sabemos de?’ con el que la Delegación del CSIC en Valencia te propone indagar en las claves científicas del bienestar.

Los Neandertales son el eje de esta charla de Antonio Rosas, del MNCN-CSIC, en el ciclo Jam Science.

Cambio climático y geología

Volviendo a temáticas más específicas, el investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) Fernando Valladares te invita a reflexionar sobre el cambio climático y los desafíos que plantea en su serie de vídeos La salud de la humanidad, en la que intercala conferencias con varias piezas informativas de elaboración propia. Y en una línea similar, Daniel García-Castellanos, del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (ICTJA-CSIC), comparte su pasión por la geología en sus charlas sobre megainundaciones, tectónica de placas y erosión del suelo.

Y para terminar, puedes darte una vuelta por los ciclos Demografía hoy y ¿Qué sabemos del arte rupestre?, así como los seminarios de la Estación Biológica de Doñana. Estos vídeos, de contenido algo más especializado que los anteriores, te permitirán profundizar en las cuestiones que tratan.

Como ves, tienes muchas conferencias para elegir. ¿Por cuál quieres empezar?

Si quieres conocer más recursos del CSIC para aprender ciencia desde casa, pincha aquí.

Viejas y nuevas enfermedades de transmisión sexual: Mycoplasma genitalium

Por Mar Gulis (CSIC)

Cuando parecía asumido que el uso del preservativo estaba extendido, en junio de 2019, la Organización Mundial de la Salud (OMS) emitió un comunicado en el que decía que cada día más de un millón de personas contraen una infección de transmisión sexual curable y que estas se transmiten principalmente a través de relaciones sexuales sin protección. En España, el uso del condón entre los jóvenes de entre 15 y 18 años ha descendido un 9% desde 2002, según el estudio HBSC 2018 sobre Conducta Sexual. Datos como estos explican que enfermedades de transmisión sexual (ETS), como la clamidiosis, la tricomoniasis, la gonorrea y la sífilis, sigan estando a la orden del día. Y que, además, en los últimos años, haya comenzado a extenderse un nuevo patógeno, Mycoplasma genitalium (Mge), responsable de varias infecciones genitourinarias, como uretritis y cervicitis, entre otras.

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Desde 2015, la bacteria Mycoplasma genitalium es considerada por la OMS como un patógeno de transmisión sexual emergente de importancia creciente. En la actualidad, alrededor del 1% de la población mundial de entre 16 y 44 años está infectada por Mge. Entonces, ¿por qué en 2020 se sigue considerando emergente? “Porque los casos de infecciones siguen aumentando y, además, la bacteria se está volviendo resistente a muchos de los antibióticos actuales”, asegura David Aparicio, investigador del CSIC en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB) y primer autor de un trabajo que explica cómo la bacteria Mge se engancha a las células humanas para iniciar el proceso de infección.

Tras el descubrimiento del mecanismo de adhesión de la bacteria a las células humanas, el siguiente paso del grupo de investigación al que pertenece Aparicio es determinar cómo esta bacteria es capaz de desplazarse, lo que supone otro factor de patogenicidad. Su hipótesis de trabajo se basa en que el movimiento de Mge se articula mediante un mecanismo de cuatro proteínas que están en la superficie de la bacteria (dos de ellas son P110, proteína que apareció en el estudio del mecanismo de adhesión, y las otras dos son P140, que podrían ser complementarias). Se cree que estas cuatro proteínas realizan una serie de movimientos entre ellas. Así logran que la bacteria, aparte de engancharse a una célula, se mueva y siga infectando a otras células. “Funcionaría como cuando escalamos. Te agarras a una piedra con una mano, con la otra mano te coges a otra, y así sucesivamente vas cambiando de lugar de anclaje para seguir subiendo. Estas bacterias harían una cosa similar utilizando las proteínas como manos”, aclara Aparicio.

Mge

Imágenes de microscopia electrónica de transmisión, en las que se observa la bacteria Mycoplasma genitalium (Mge) adherida a la superficie de una célula humana (imágenes superiores) y penetrando en el interior (imágenes inferiores). Las imágenes han sido editadas para facilitar la identificación de Mge (coloreado en azul).

Resistencia antibiótica

Conocer cómo se produce el movimiento de estos microorganismos podría ayudar a entender la forma en que infectan a las células y con ello a definir nuevos tratamientos para combatirlos. Según explica el investigador, debido al mal uso de los medicamentos, algunas cepas de Mge se han hecho resistentes a la mayoría de los antibióticos disponibles. A pesar de que algunos fármacos sí funcionan con bacterias que todavía no han adaptado el sistema de defensa de las más resistentes, estas últimas se irán propagando y es cuestión de tiempo que intercambien información y finalmente sobrevivan las resistentes a antibióticos. Además, en muchos casos, estos medicamentos solo actúan durante un tiempo. Aparicio hace un símil con Helicobacter pylori, la bacteria que causa acidez estomacal, que “se combate con antibióticos y desaparecen los síntomas durante un tiempo, pero luego vuelven a surgir debido a la resistencia o a que no se ha eliminado por completo la bacteria”. La sífilis, la gonorrea o la clamidia son otras ETS que también plantean estos problemas de resistencia a antibióticos.

Otra cuestión aún por estudiar, asegura el científico, es la elevada coexistencia de Mycoplasma genitalium y el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH o HIV, por sus siglas en inglés), que casi siempre se encuentran juntos. “No sabemos cuál es el motivo, pero los datos clínicos indican que hay una relación bastante íntima”, apunta Aparicio. Mientras la comunidad científica sigue investigando la forma de combatir la aparición de resistencia a los antibióticos de las ETS, el número de infectados por Mge y otros patógenos sigue aumentando. El uso del preservativo sigue siendo la mejor fórmula para evitar el contagio de esta y otras enfermedades.

Bacterias, arañas, polillas: conoce a tus inseparables compañeros de piso

Por Mar Gulis (CSIC)

Si piensas que en tu casa solo vives tú o, como mucho, otras personas, te equivocas. Tu hogar está lleno de vida: multitud de especies, más o menos pequeñas o más o menos inofensivas, pueblan todos sus rincones, desde el recibidor a la cocina.

Hay compañía doméstica desde el momento en que pisas el domicilio, ya que en una suela de zapato suele haber unas 400.000 colonias de bacterias e incluso, a veces, pequeños artrópodos; seres a los que acabas de abrir la puerta de casa y, parte de los cuales, se instalarán en ella. Por esta razón, en algunas culturas se exige descalzarse para entrar en las viviendas, una costumbre cada vez más extendida por estos lares.

Este es solo uno de los datos que incluye Biodiversidad doméstica. Compañeros de piso, una exposición itinerante elaborada por el Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC. La muestra realiza un recorrido por las distintas estancias de una casa y va arrojando datos sobre los seres vivos que podemos encontrar en cada una de ellas.

Cartel de la exposición Biodiversidad doméstica. Compañeros de piso

Supongamos que después de entrar a casa vamos al baño. Al contrario de lo que podría parecer, allí encontraremos más bacterias en el suelo que en la taza del retrete. Las especies más habituales en el primero serán las Rhodobacterias y las Rhizobacterias, mientras que las de los sanitarios serán del tipo Clostridium, relacionadas con el sistema digestivo.

En esta estancia probablemente también hallemos bacterias relacionadas con la piel, como Staphyloccocus y Streptococcus, y especies más grandes en tamaño pero totalmente inofensivas. Es el caso del pececillo de plata, que se pasea por suelos y rendijas, y los opiliones, animales parecidos a las arañas pero con patas extremadamente largas que deambulan por nuestra bañera o plato de ducha. ¿Hablamos del cepillo de dientes? De momento, quedémonos con la idea de que es mejor no compartirlo con otras personas.

Opilion, especie que frecuenta los baños

 

Ácaros durmientes

Vayamos ahora al dormitorio, a echar una pequeña siesta por ejemplo. En la cama nos esperará un nutrido cortejo de bacterias Streptococcus mutans y el rey de los colchones: el conocido ácaro del polvo (Dermatophagoides pteronyssinus), que suele estar presente también en otros elementos de la casa, como moquetas y sofás. Cuando nos durmamos, otra familia de ácaros se paseará por nuestra cara: se trata de Demodex folliculorum, un ser vivo con la fea costumbre de vivir dentro de nuestros folículos pilosos –justo por encima de la raíz del cabello– y salir al exterior durante estos periodos de reposo en los que nos encontramos en los brazos de Morfeo.

Demodex folliculorum saliendo del folículo piloso/Sciencephotolibrary

Pero la estancia con más vida de nuestro hogar es la cocina. Los suculentos restos de comida que permanecen allí por más que limpiemos son un fuerte atractivo para gran cantidad de especies. En el estropajo, por ejemplo, podemos encontrar hasta 20 familias diferentes de bacterias y en otras partes no nos sorprenderá ver organismos más grandes como hormigas, moscas y cucarachas. Las primeras no son peligrosas, pero no podemos decir lo mismo del resto. De hecho, las cucarachas, de las que existen en el mundo 3.500 especies, son uno de los organismos más resistentes que se conocen. Además pueden propagar enfermedades como la disentería o el cólera.

Otro organismo típico de la cocina con el que debemos tener cuidado es el moho, cuyas esporas se dispersan por el aire y pueden provocar reacciones alérgicas y problemas respiratorios, así como llegar a producir sustancias cancerígenas (como la aflatoxina).

 

El objeto más sucio de nuestro hogar

Tampoco estaremos solos o solas en el salón. Allí hay dos objetos que reúnen un gran número de especies: el mando a distancia y el teléfono. Numerosos estudios han puesto de manifiesto que el control remoto de la televisión es uno de los objetos más sucios de un hogar, un hotel o un hospital. Entre otras cosas, sobre él podemos encontrar restos de orina, de otros fluidos humanos y hasta de heces, todos ellos asociados a gran cantidad de bacterias y virus. Parece que eso de lavarse las manos después de visitar el baño no es una práctica tan habitual.

Estos son algunos ejemplos de la biodiversidad de nuestros hogares, pero no podemos olvidarnos de otros como las polillas, cuyas larvas se alimentan de nuestras prendas de ropa; los piojos, que pueden habitar en nuestros cabellos y de los que existen tres tipos de especies según prefieran vivir en nuestra cabeza, cuerpo o pubis; o las arañas, que a pesar del miedo que suscitan a algunas personas, pueden resultar beneficiosas porque se alimentan de otros insectos que sí serían nocivos o molestos.

No hay que asustarse, la mayoría de estas especies son inocuas y llevamos mucho tiempo conviviendo con ellas. Pero no viene mal tener buenos hábitos de higiene personal y una adecuada limpieza en las diferentes estancias de nuestro hogar. ¡Ah!, y si tienes pensado alojarte en algún hotel en tus próximas vacaciones, tal vez sea mejor disfrutar del entorno que coger ese mando a distancia que reposa sobre la mesa para ver la televisión.

 

La exposición Biodiversidad doméstica. Compañeros de piso es una idea original del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) del CSIC y esta comisariada por A. Valdecasas, investigador del MNCN.

¿Sabías que la herrumbre (si es muy pequeña) tiene muchos usos médicos?

Por Fernando Herranz (CSIC)*

El tamaño sí que importa y lo cierto es que la herrumbre, el hierro oxidado que puede terminar apareciendo en piezas metálicas al estar tiempo sometidas a las condiciones atmosféricas, deja de ser una molestia si la empleamos a escala nanométrica. No solo eso, sino que cuando su tamaño es muy pequeño –justo antes de llegar al mundo de los átomos y las moléculas– algunos compuestos de la herrumbre –hidróxidos y óxidos de hierro– pueden utilizarse para diagnosticar enfermedades o tratar el cáncer.

Herrumbre

No hay duda de que a escala macroscópica la herrumbre constituye un serio problema, tanto a nivel estético –cuando afecta a superficies pintadas– como estructural ­–ya que, si penetra en profundidad, el metal presenta una resistencia mecánica mucho menor–. Esto explica la variedad de productos que se venden para evitar la formación de herrumbre o facilitar su eliminación.

Sin embargo, compuestos como la magnetita, uno de los óxidos más presentes en la herrumbre, tienen numerosas aplicaciones en el ámbito de la nanotecnología. Esta rama de la ciencia consiste en la producción y manipulación de materiales a escala nanométrica, es decir, que tienen al menos una dimensión de alrededor de 100 nanómetros (nm). A esta diminuta escala, empezamos a ver cosas muy curiosas que hacen que el óxido de hierro presente nuevas propiedades.

Pero, ¿qué ocurre cuando un material como la magnetita se forma a escala nanométrica para que sea tan distinto a cuando nos lo encontramos en el día a día? La magnetita macroscópica es fuertemente magnética, un imán, para entendernos. Cuando ese material se tiene en, por ejemplo, una esfera (una nanopartícula) de un diámetro de 10 nm, pasa a mostrar una propiedad llamada superparamagnetismo. De forma muy simple; todos los ‘pequeños imanes’ que constituyen el material están orientados en el mismo sentido dentro de la esfera. Debido a su tamaño, a temperatura ambiente, estas nanopartículas en agua no presentan magnetismo ya que cada esfera está dando vueltas al azar, sin una orientación definida. Sin embargo, cuando se acerca un imán, todas las nanopartículas se orientan y producen una respuesta magnética muy intensa. Esta propiedad de poder ‘enceder y apagar’ su magnetismo tiene múltiples aplicaciones.

Cabeza resonancia magnética

Imagen de una cabeza humana obtenida por resonancia magnética.

Por ejemplo, en medicina. Las nanopartículas basadas en magnetita, o materiales relacionados como la maghemita, se usan en imagen médica, en técnicas como la imagen por resonancia magnética o la imagen de partículas magnéticas. En esta aplicación las nanopartículas se dirigen, una vez inyectadas, a la enfermedad que se quiere diagnosticar y, una vez allí, es posible detectarlas por la señal que producen. En la imagen por resonancia magnética lo que hacen las nanopartículas es modificar el comportamiento magnético de las moléculas de agua de nuestros tejidos. Los dos hidrógenos de la molécula de agua (H2O) son los responsables de la señal en esa técnica de imagen. Las nanopartículas de magnetita modifican la señal que se obtiene de esos hidrógenos; de esa forma permiten saber dónde se han acumulado las nanopartículas y, por tanto, dónde se encuentra la enfermedad. Otra ventaja de las nanopartículas para imagen por resonancia es que, según las condiciones en las que se produzcan, pueden hacer que la señal sea más brillante o más oscura, lo que ayuda al diagnóstico de distintas enfermedades.

Brújulas vivientes

El comportamiento magnético de estas nanopartículas también explica otra de sus aplicaciones más interesantes en el tratamiento del cáncer. La técnica se llama ‘hipertermia magnética’ y consiste en acumular las nanopartículas en el tumor para, una vez allí, aplicar un campo magnético desde el exterior y producir un calentamiento de las células tumorales que acabe con ellas. Dicho calentamiento es posible gracias a las propiedades magnéticas de este nanomaterial.

Cadena de magnetosomas en el interior de la bacteria

Cadena de magnetosomas en el interior de la bacteria. / Alicia Muela; Estibaliz Etxebarria (UPV/EHU).

No solo el ser humano se ha dado cuenta de la utilidad de las nanopartículas de magnetita: ¡las bacterias también lo saben! Algunos de estos microorganismos producen en su interior pequeñas nanopartículas de magnetita (y también algunos otros compuestos relacionados) que se disponen de forma alineada a lo largo de la bacteria; son los llamados magnetosomas. Pero, ¿qué ganan con esto las bacterias? La respuesta es la magnetorrecepción: la capacidad de detectar las líneas del campo magnético terrestre y, de esa manera, orientarse. De hecho, los microorganismos que producen magnetosomas en el hemisferio norte se ven atraídos por el sur magnético, mientras que aquellos en el hemisferio sur se ven atraídos por el norte magnético (es decir, se sienten atraídos por el imán más potente que ‘sientan’). Las bacterias se convierten en minúsculas brújulas vivientes gracias a la nanotecnología.

En resumen, en nanotecnología, el tamaño importa, y mucho. Un mismo material que a escala macroscópica presenta pocas propiedades interesantes, cambia completamente cuando se presenta en la escala de los nanómetros.

 

* Fernando Herranz dirige el Grupo de Nanomedicina del Instituto de Química Médica del CSIC y colaborador habitual del blog DCIENCIA.

¿Cuándo empezamos a sentir? Electricidad en los circuitos cerebrales

Por Óscar Herreras (CSIC)*

¿Sentimos lo mismo ante una misma situación? Es evidente que no. Cada objeto, emoción o concepto se graba en circuitos neuronales por la propia experiencia de cada individuo, y para esto no hay manuales, no hay genes. Pero, ¿qué entendemos por sentir? Como casi todos los conceptos que empleamos para definir el comportamiento humano, este también tiene su origen en la era precientífica, de ahí sus mil significados.

Etimológicamente, sentir significa dirigirse hacia donde nos indican los sentidos. Implica, por tanto, percepción y movimiento. ¡Casi nada! Las dos principales propiedades de la vida animal. Afortunadamente, hay una disciplina que estudia las funciones del sistema nervioso y nos las explica con el lenguaje común de la física: la neurofisiología. De ella aprendimos hace ya más de un siglo que todo lo que se percibe –sonidos, imágenes, olores– se traduce y se transmite en los circuitos nerviosos como actividad eléctrica. Desde el instante en que vemos un anuncio de chocolate hasta el momento en el que los músculos nos llevan a la tienda, todo es actividad eléctrica fluyendo por los circuitos neuronales. Esta puede ser la definición mínima de sentir. Y no es para menos: la electricidad es la clave de la vida.

Todas las células, no solo las neuronas, son bolitas de grasa que contienen electrolitos en su interior, como si fueran la batería de un coche. Buena parte de estas células son excitables, lo que les permite generar corriente. Las neuronas evolucionaron dominando este juego de una forma espectacular: pueden codificar en forma de impulsos eléctricos lo que percibimos del mundo exterior e interaccionar con él enviando órdenes a los músculos. Sin flujo eléctrico a través de los circuitos nerviosos no hay sensación, no hay movimiento. La electricidad es lo que diferencia a los circuitos vivos de los muertos, así de simple.

Circuitos de la corteza cerebral

Diversos tipos neuronales forman los complejos circuitos en la corteza cuya actividad eléctrica y funciones madurarán lentamente en la infancia. /López-Mascaraque, Instituto Cajal, CSIC

No obstante, ¿es esta la única función de la electricidad en el sistema nervioso? No, ni mucho menos. Recientemente, nuestro grupo ha mostrado que la actividad eléctrica de la corteza cerebral sensorial en roedores jóvenes, aunque es similar a la de los adultos, está generada por circuitos diferentes. Este hallazgo, publicado en Journal of Neuroscience, es relevante porque previamente sabíamos que los circuitos ya estaban formados a esa edad, y ahora podemos concluir que aún no están plenamente operativos. En este caso, se trataba de los circuitos que controlan las patas, y sabemos que en unos pocos días más, cuando el animal entrene un poco, la electricidad fluirá por sus circuitos como en un adulto. Esta maduración tardía de los circuitos corticales a medida que se usan revela un patrón de economía biológica.

Lejos de ser canales fijos de comunicación, los circuitos son extremadamente mutables, y es nuestra actividad diaria la principal promotora de sus adaptaciones. El entrenamiento es esencial. Los recién nacidos entrenan días, meses y años para adquirir nuevas funciones y capacidades, tiempo en el que la electricidad irá produciendo los cambios necesarios para que todos los segmentos del circuito sean activos y engranen perfectamente.

Corteza cerebral rata adolescente

Los circuitos de la corteza cerebral están organizados en estratos de neuronas diferentes. /Silvia Tapia, Instituto Cajal, CSIC

Suele decirse que hay un mapa genéticamente determinado de nuestros circuitos, y esto es correcto, pero solo en parte. Sin la electricidad, los circuitos no se forman o lo hacen de manera aberrante, como mostraron hace más de medio siglo los Nobeles Hubel y Wiesel al observar que, impidiendo la visión de un ojo unos pocos días tras el parto, los circuitos de la corteza visual eran aberrantes. Hallazgos más recientes muestran que la actividad eléctrica es imprescindible para activar los genes necesarios en la construcción de los circuitos. Así, en esta época en la que todo parece consecuencia de un plan genético determinado para cada especie y cada individuo, resulta que la energía eléctrica determina cuándo, cuánto y cómo se va a ejecutar ese plan. La electricidad no es solo la energía que permite a un organismo complejo ejecutar sus funciones, sino que además controla sus propios cambios estructurales para adaptarse al medio con el que tiene que interaccionar, y permite que este interactúe con nosotros generando electricidad en nuestros órganos sensoriales y cambios en nuestro sistema nervioso.

Medicina sin fármacos

Estudiar y catalogar la electricidad en el cerebro no es fácil; hay demasiados núcleos activos a la vez realizando gran cantidad de funciones. Sus cambios son tan rápidos que es muy difícil clasificarlos para interpretar qué información llevan, que función realizan y si es normal o patológica. Si hoy la ciencia pone el énfasis en las alteraciones moleculares y génicas como responsables de las patologías, algunos investigadores vemos la electricidad como la causa última, y ya vislumbramos el día en que un conocimiento exhaustivo de la actividad eléctrica en los circuitos nos permita interactuar con ellos para reconducir las anomalías estructurales que causan las deficiencias. Aquí está una de las posibles claves de la investigación futura. Medicina sin fármacos. Sabemos que la actividad eléctrica debe seguir un patrón preciso para generar cambios en la estructura, tanto a nivel celular como en los circuitos. Ya hace décadas que se está empleando estimulación eléctrica con patrones temporales muy precisos para tratar la epilepsia y la enfermedad de Parkinson, y ahora se están desarrollando tecnologías para muchas otras patologías, como el alzhéimer o la migraña, o para restablecer funciones perdidas tras un ictus cerebral.

En definitiva, sentimos de manera diferente porque la actividad eléctrica fluye por distintas partes de nuestros circuitos, bien porque seamos un reptil o un primate, un embrión o un adulto, o bien porque usemos la parte reptiliana de nuestro cerebro o dejemos llegar la corriente eléctrica hasta la corteza. Así, si queremos comprendernos a nosotros mismos y nuestras patologías, seamos primates y estudiemos la actividad eléctrica del cerebro.

* Óscar Herreras es investigador del Instituto Cajal del CSIC.

¿Qué es la nanomedicina?

Por Fernando Herranz (CSIC)*

La nanomedicina consiste nada más (y nada menos) que en la aplicación de la nanotecnología para el diagnóstico y tratamiento de distintas enfermedades. Se trata de una rama de la medicina cuyo uso se está extendiendo a prácticamente todos los ámbitos de la salud, como la lucha contra el cáncer, las patologías cardiovasculares y las enfermedades raras; el desarrollo de nuevos antibióticos; o, como veremos, la mayoría de los test de embarazo que se realizan en la actualidad.

Spaghetti celulares

Células de tejido conectivo sobre material biomédico. / Álvaro A. González y Salvador D. Aznar (FOTCIENCIA12)

Pero, empecemos por el principio: ¿qué es la nanotecnología? Esta se puede definir como la producción, manipulación y estudio de la materia con, al menos, un tamaño en el rango de los 100 nanómetros (nm). Para hacernos una idea, el diámetro medio de un cabello humano es de unos 70.000 nanómetros. Estamos hablando por tanto de lo muy muy pequeño: la escala más pequeña antes de entrar en el mundo de las moléculas y los átomos.

¿Qué tiene de especial esa escala? ¿Por qué no hablamos simplemente de “micromedicina”? La clave está en que cuando confinamos la materia en la escala nanométrica los objetos se comportan de forma muy diferente a cómo lo hacen a escalas de tamaño mayores, debido a que en el nanomundo las propiedades fisicoquímicas de los materiales varían según su tamaño. Lo que podemos hacer con una partícula de dos nanómetros de un material es totalmente distinto a lo que podemos hacer con una partícula de 10 nanómetros del mismo material.

Estamos habituados a pensar que los compuestos químicos, como los principios activos de los medicamentos, muestran propiedades distintas cuando cambian su composición. Para explicarlo con un ejemplo muy simple: en el mundo macroscópico, si los compuestos químicos fueran fruta y quisiéramos obtener distintos sabores, lo haríamos utilizando distintas frutas: naranja para el sabor naranja, manzana para el sabor manzana, etc. De igual manera, el paracetamol sirve para el dolor, pero el antibiótico para la infección bacteriana. Sin embargo, en la escala nanométrica, el sabor no solo depende de la composición de un compuesto, sino también de su tamaño: una naranja de tres nanómetros de radio sabría completamente diferente a una naranja de ocho nanómetros de radio.

 

Nanopartículas de oro en los test de embarazo

Fijémonos por ejemplo en las nanopartículas de oro, uno de los materiales más empleados en nanomedicina. Cuando hablamos de nanomedicina, una de las herramientas más empleadas son precisamente las nanopartículas; esferas con un tamaño nanométrico.

A diferencia del oro que estamos acostumbrados a ver en el día a día, las nanopartículas de oro presentan una gama amplia de colores muy vivos que varían del rojo al morado según su tamaño. En esta variedad de colores radica la clave de una de sus aplicaciones: su uso como sensores. Un sensor se puede definir, de forma muy resumida, como un compuesto que da una señal y que, en presencia de aquello que queremos detectar, cambia dicha señal.

En el caso de las nanopartículas de oro, lo importante es que cuando se unen al compuesto que se trata de detectar, su superficie se modifica, cambian de tamaño y, por tanto, de color. Ese cambio puede ser observado a simple vista, lo que permite la identificación del compuesto en cuestión.

Nanopartículas de oro de tamaños diferentes dispersas en agua.

Nanopartículas de oro de tamaños diferentes dispersas en agua.

Hay multitud de usos médicos de las nanotpartículas de oro basados en su capacidad de cambiar de color, pero quizás el test de embarazo es el más conocido. En ese caso, la típica banda que aparece si el resultado es positivo, se debe al cambio de tamaño de las nanopartículas de oro que se produce solo si se unen a la hormona gonadotropina coriónica humana, cuya presencia determina si hay un embarazo.

Como en toda nueva tecnología, el tiempo dirá cuáles de los nuevos desarrollos se convierten en nuevas terapias al alcance de todos y cuáles se quedarán por el camino. Al menos, por el momento, podemos olvidarnos de las típicas imágenes de ciencia ficción donde pequeños robots circulan por la sangre haciendo distintas labores. Lo que está claro es que la nanomedicina ha venido para quedarse y que su uso abre un campo inmenso de posibles y revolucionarias aplicaciones destinadas a mejorar el diagnóstico y tratamiento de algunas de las enfermedades más difíciles de diagnosticar y tratar en la actualidad.

 

* Fernando Herranz dirige el Grupo de Nanomedicina del Instituto de Química Médica del CSIC y colaborador habitual del blog DCIENCIA.

¿Para qué sirve un láser?

Por José Vicente García Ramos (CSIC)*

Cuando se inventó, en 1960, el láser no servía para nada. De hecho, en aquellos tiempos algunos científicos se referían a él como “una solución en busca de problema”. Entonces, ¿para qué lo inventaron? Parece que querían probar, experimentalmente, que el mecanismo de amplificación de la luz por emisión estimulada, predicho por Einstein en 1917 y demostrado con microondas en 1954, podía extenderse a la luz visible.

Hoy, sin embargo, la situación es muy diferente y el láser ha encontrado tantas aplicaciones que nos resulta casi imposible enumerarlas. Las tres características que diferencian la luz de un láser de la luz del Sol o de la generada por una bombilla son que, en el caso del láser, se trata de un haz de luz monodireccional, monocromático y coherente.

Hoy día los láseres tienen numerosas y variadas aplicaciones. / Wikimedia Commons

Hoy día los láseres tienen numerosas y variadas aplicaciones. / Wikimedia Commons

Cualquier láser contiene al menos tres elementos fundamentales: un medio activo, un sistema de bombeo y una cavidad resonante. El medio activo es el material (sólido, líquido o gaseoso) que emite la luz. Para que este medio activo emita luz hay que excitarlo de alguna manera, del mismo modo que el filamento de una bombilla necesita una corriente eléctrica que pase por él. En el caso de un láser se trata del sistema de bombeo, que puede consistir en otro láser, una lámpara convencional o una corriente o descarga eléctrica. El medio activo se coloca entre dos espejos que forman una cavidad resonante donde la luz rebota entre ellos y ayuda a la amplificación, como lo que ocurre en la caja de resonancia de una guitarra que amplifica las ondas acústicas. Uno de los espejos es semirreflectante, por lo que parte de la luz amplificada sale de la cavidad resonante en forma de haz.

El volumen de información que transmite una onda electromagnética depende de su frecuencia; en este sentido, la luz de un rayo láser resulta idónea para la transmisión de señales. Por eso, entre sus aplicaciones más usadas está la lectura de discos compactos, la fabricación de circuitos integrados y la lectura de códigos de barras. En el ámbito de la medicina, la tecnología láser se aplica a los bisturís cauterizantes, ya que permite realizar cortes muy finos de gran precisión, evitar cualquier riesgo de contagio y cauterizar de manera inmediata, alejando el peligro de hemorragias.

Fibra óptica, impresoras o espionaje

Sin embargo, muchas de las aplicaciones del láser no dependen tanto de su capacidad para generar un rayo de luz como del hecho de que representa una concentración extremadamente intensa de energía. Basándonos en esta propiedad, podemos enumerar tres aplicaciones sumamente importantes en el terreno de la óptica. Una de ellas son las telecomunicaciones mediante fibra óptica. En este caso, las señales eléctricas que hasta hace poco tiempo se desplazaban a través de conductores metálicos han sido reemplazadas por pulsos ópticos que se transmiten a través de fibra de vidrio del grosor de un cabello. Como potente fuente de luz, el láser confiere a estas fibras una elevada capacidad de transmisión.

Espectáculo de luces con láseres. / kpr2 - Pixabay

Espectáculo de luces con láseres. / kpr2 – Pixabay

La segunda aplicación óptica importante está en la holografía, que es una técnica para crear imágenes tridimensionales, inventada en 1947 por el ingeniero eléctrico húngaro Dennis Gabor (1900-1979), que obtuvo por ello el Premio Nobel en 1971. Esta técnica se basa en la interferencia entre dos rayos de luz. Uno de los aspectos básicos del sistema es la necesidad de utilizar luz coherente, y cuando se inventó solo se disponía de fuentes relativamente débiles de este tipo de luz. La llegada del láser transformó la situación, porque la generación de una poderosa fuente de luz coherente es su esencia. Con el tiempo, la holografía llegó a hacerse muy familiar en una variedad de formas, como en la marca de seguridad de las tarjetas de crédito y en publicidad.

La tercera aplicación importante está en las impresoras de los ordenadores, donde, controlando un haz láser, se dibujan las palabras que se quieren imprimir.

También podemos destacar las aplicaciones que dependen de su capacidad para concentrar una gran cantidad de energía sobre una superficie muy pequeña (alrededor de un millón de vatios por centímetro cuadrado) durante un periodo de tiempo extremadamente breve. Algunas de las más importantes aplicaciones industriales de los láseres son fruto de esta capacidad: la perforación, la soldadura y el corte de distintos materiales.

Además, puesto que un rayo láser es muy fino y prácticamente no sufre divergencias, se puede usar para medir largas distancias con gran precisión. La técnica (semejante a la del radar) consiste en captar el rayo reflejado por el objeto distante y medir el tiempo transcurrido desde el envío de la señal hasta la recepción de su reflejo. Conociendo la velocidad de la luz, resulta fácil calcular la distancia. En los años setenta, este método se empleó para determinar con precisión la distancia de la Luna, utilizando los reflectores que habían instalado allí los astronautas norteamericanos.

Pero eso no es todo, también se han empleado láseres hasta para temas relacionados con el espionaje. En 1968 se descubrió que un láser puede detectar perfectamente desde el exterior las vibraciones del cristal de las ventanas producidas por las conversaciones en el interior de una casa. Vemos cómo el láser, que en un principio era como “un invento en busca de un empleo”, tiene en la actualidad un sinfín de variadas aplicaciones.

 

* José Vicente García Ramos es Vocal del Comité de Ética del CSIC y autor del libro Las moléculas: cuando la luz te ayuda a vibrar (Editorial CSIC-Los Libros de la Catarata). Hasta su jubilación en 2016 fue investigador en el Instituto de Estructura de la Materia del CSIC.