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miércoles, 10 de julio de 2013

¿Ordenadores cuánticos?


Ya se trabaja en un nuevo concepto de computación, que probablemente en pocas décadas dará lugar a los "ordenadores cuánticos".

Este novedoso concepto de ordenador estaría basado en las leyes de la física cuántica, lo que significa otro concepto de computación totalmente diferente al actual.

La física cuántica surgió a principios del siglo XX, como respuesta ante la imposibilidad de explicar ciertos fenómenos mediante la física clásica (newtoniana).
Se considera al físico alemán Max Planck como su fundador (obtuvo por ello en Premio Nobel de Física en 1918). Éste, ante la imposibilidad de explicar los fenómenos de emisión y absorción de radiación electromagnética por los cuerpos mediante las ecuaciones de la física clásica (los resultados teóricos no coincidían con la realidad medida), propuso que este tipo de radiación no era continua, sino que se emitía "a saltos", es decir, en forma de lo que denominó "cuantos" (quantum, trozo).
De este modo, la luz y la energía se transmitirían de forma discontinua, pero siguiendo un patrón constante, que viene definido por una constante estadística, la constante de Planck.
Esta teoría de Planck fue corroborada por Einstein en su "teoría del efecto fotoeléctrico", donde propone que la luz, en determinadas circunstancias, se comporta como si estuviera formada por partículas independientes, los cuantos de luz o "fotones". Albert Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921 por esta teoría.
     
En consecuencia, un cuanto sería la cantidad mínima de energía que una partícula incorpora o expulsa cuando absorbe o emite radiación.

La aplicación más exitosa de la física cuántica a la Biología ha sido la interpretación del modo en que la clorofila es activada cuando recibe un fotón de luz y desencadena las reacciones electroquímicas de los fotosistemas.

La computación cuántica sustituiría a la tradicional en el momento en que los chips fuesen tan pequeños que ya no funcionarían. Este nuevo concepto estaría basado en el comportamiento que tendrían los electrones en nanomateriales (materiales extremadamente pequeños), donde los espacios que deben recorrer los electrones son tan pequeños que el comportamiento de estos ya no se ajustaría a las leyes de la mecánica clásica, sino de la cuántica.
Prototipo de ordenador cuántico sencillo
Así, un ordenador de este tipo funcionaría mediante cuantos, en lugar de voltajes eléctricos, como los actuales. Como consecuencia de ello, el concepto de "bit", que sólo puede tomar dos valores, 1 ó 0, según haya corriente o no, quedaría sustituido por el de "qubit" (quantum-bit), en el que es posible la coexistencia de los valores 1 y 0 al mismo tiempo, ya que se basa en el estado energético en que se encuentra un electrón y los dos estados, de alta y baja energía, se pueden superponer. Por tanto, un qubit puede representar 4 valores (00,01,10,11), en lugar de los 2 tradicionales, lo que significa multiplicar tanto la capacidad de cálculo como la rapidez de estos futuros ordenadores, en espacios tremendamente reducidos, además de la posibilidad de realizar procesamientos paralelos al mismo tiempo.
Sin embargo, todos estos conceptos teóricos aún no han sido desarrollados tecnológicamente con éxito, pues los científicos se encuentran con inconvenientes importantes a la hora de conseguir un sistema complejo que funcione y que hasta la fecha no han sido resueltos.
Se han diseñado prototipos elementales muy sencillos (foto), pero hasta la fecha no es posible producir sistemas que tengan una utilidad real.
El científico español Juan Ignacio Cirac, director del departamento de óptica cuántica del Instituto Max Planck de Alemania y premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica en 2006, es uno de los referentes internacionales en este campo de investigación, que acabará revolucionando completamente el mundo informático.

Video explicativo sobre la computación cuántica.

Bebida isotónica a partir de orina


Los astronautas de la estación espacial internacional han empezado a tomar como bebida un líquido isotónico que se fabrica a partir de su propia orina y sudor.


Se trata de las denominadas "bolsas de ósmosis forzada", que contienen filtros capaces de separar el agua del resto de componentes de la orina y el sudor. Este agua es mezclada a continuación con una sustancia azucarada para formar una bebida muy similar a los productos isotónicos que se venden en el mercado.

Estas bolsas pueden eliminar los microorganismos y las sales y azúcares de los fluidos corporales, de modo que el agua que se obtiene es limpia y perfectamente aprovechable para beber, sola o mezclada con otros elementos que aporten las sales minerales que el organismo necesita.


Algo similar se ha estado haciendo en las estaciones espaciales, para reciclar todo el agua posible que se elimina mediante la orina y el sudor. Pero este nuevo sistema es muy eficaz y mucho más barato, ya que no consumen energía.
Por este motivo, también están siendo utilizadas por las fuerzas armadas de EEUU, principalmente cuando se encuentran en zonas muy secas, en las que es imposible encontrar agua, o en lugares en que se han producido catástrofes naturales y el agua pueda estar contaminada. De este modo, se evitan cargar con el gran peso que supone una reserva de agua para mantener a una persona durante varios días.

Estas bolsas pueden fabricar un litro de bebida isotónica en 6 horas y se mantienen activas durante 10 días.

En futuros viajes espaciales tendrán una gran importancia, así como en misiones militares o de otro tipo en lugares muy secos.

La tecnología sigue avanzando...

Introducen microchips en células humanas


Investigadores españoles del CSIC (Centro Superior de Investigaciones Científicas) han logrado fabricar microchips de Silicio tan pequeños que han podido ser introducidos en células humanas vivas.

Se completó el experimento con chips de diferentes materiales, principalmente polisilicio y oro, y se comprobó que las células seguían vivas al menos durante una semana tras la inclusión. También lograron introducir chips en amebas.


¿Qué aplicaciones tendrá este avance nanotecnológico en el futuro?

La nanotecnología es la ciencia de los materiales a escala de moléculas o incluso átomos, que está logrando avances espectaculares en los últimos años y será probablemente la base de los grandes inventos futuros.
Con esta investigación se abre la puerta a numerosos experimentos en "nanomedicina", principalmente los destinados a diseñar microchips que puedan actuar en el interior de las células para analizar su funcionamiento y modificarlo.




La investigación ha sido dirigida por José Antonio Plaza, del Instituto de Microelectrónica de Barcelona, y Teresa Suárez, del Centro Nacional de Investigaciones Biológicas.
Estos chips fueron introducidos en unos orgánulos celulares llamados liposomas, a partir de los cuales la célula los incorporó a su citoplasma. Se pudo comprobar el éxito del proceso al incluir una sustancia fluorescente en el chips, que luego fue observada al microscopio.



También se piensa en su aplicación en la investigación contra el cáncer, cuando sea posible diseñar chips capaces de identificar células cancerígenas y estimular la liberación de sustancias terapéuticas o de provocar su muerte.

lunes, 20 de mayo de 2013

Clonación de células humanas

A mediados de este mes de mayo de 2013, la noticia más destacada en todos los medios informativos ha sido:

"Científicos norteamericanos logran clonar células humanas"

Inmediatamente, la mayoría de la gente que ha oído esto ha pensado en la obtención de seres humanos clónicos, algo que hoy día no es posible. Pero ya se ha despertado el viejo debate sobre los límites éticos de la ciencia.

Describamos brevemente en qué ha consistido este importante avance en Genética y probablemente en Medicina:

Se trata de un artículo publicado en la prestigiosa revista científica "Cell" por un equipo de investigadores de la Universidad de la Salud y las Ciencias, de Oregón, USA, dirigido por Shoukhrat Mitalipov.

Estos científicos han logrado obtener embriones en una fase temprana del desarrollo, a partir de la clonación de óvulos humanos mediante la técnica denominada "transferencia nuclear", una técnica que ya funcionó con éxito en 1996, al obtenerse el primer mamífero clónico, la famosa oveja "Dolly".

Ocho preguntas para entender la técnica que haría posible la clonación humanaEsta técnica consiste en extraer el núcleo de óvulos humanos (mediante micropipetas, es decir jeringuillas microscópicas) y posteriormente introducir en ellos el núcleo de cualquier célula, por ejemplo de la piel, de otra persona (que sería el individuo que se clonaría).
A continuación, hay que "hacer creer" al óvulo que ha sido fecundado y que, por tanto, se comporte como una célula huevo o cigoto, e inicie el desarrollo embrionario, dividiéndose.
Esto se consigue principalmente mediante los estímulos eléctricos adecuados, además de situar al óvulo en un medio con las condiciones similares a las del interior del cuerpo humano (temperatura, humedad, nutrientes, etc.).

En esta condiciones, lo que ha logrado este equipo de científicos ha sido una serie de óvulos clonados que se han desarrollado hasta una de las primeras etapas del desarrollo del embrión, llamada "blastocisto", momento en el cual han detenido el proceso.


Embrión humano
Blastocisto
Teóricamente, si este blastocisto se introdujera en un útero, podría continuar su desarrollo hasta convertirse en un ser humano idéntico al donante de la célula de la piel cuyo núcleo se introdujo en el óvulo.
Pero hay varios problemas para esto:
En primer lugar, este procedimiento, denominado "clonación reproductiva", está prohibido por la ley en todos los países del mundo en los que existe tecnología para ello.
Además, aún no se ha perfeccionado la técnica lo suficiente como para tener cierta seguridad de que el desarrollo transcurriría con normalidad (antes de obtener la oveja Dolly, se realizaron cientos de pruebas en las que el embrión no completaba su desarrollo, nacía con deformidades ocon diversos problemas fisiológicos).

Por ello, los investigadores que han publicado el estudio, afirman que su pretensión era lograr una "clonación terapéutica", cuyo objetivo es obtener blastocistos que, al estar constituidos por células madre (células no diferenciadas, que posteriormente serán capaces de transformarse en las células de los distintos tejidos que formarán el embrión), podrán ser utilizados para aislar dichas células y hacer que a partir de ellas se desarrollen distintos tejidos humanos, que podrían ser utilizados para transplantes y también para combatir diversas enfermedades degenerativas, como Parkinson, Alzheimer, Esclerosis múltiple, etc.

Des esta manera, se abre un gran campo para la investigación en "autotransplantes", ya que si es posible obtener, mediante clonación, tejidos idénticos a los del propio individuo, desaparece la posibilidad del rechazo.
La obtención de órganos completos para muy lejana hoy día y, además, seguramente tropezará con fuertes dificultades, tanto técnicas como legales.


Para terminar, un detalle interesante:

El año pasado, 2012, el científico japonés Shinya Jamanaka recibió el Premio Nobel de Medicina o Fisiología por haber demostrado que es posible transformar células ya diferenciadas, pertenecientes a ciertos tejidos, en células madre, que posteriormente podrían ser "reprogramadas" para convertirse en células de un determinado tejido.

Por tanto, los descubrimientos de Yamanaka van en la misma dirección que el trabajo que se acaba de publicar, pero sin la necesidad de clonar células humanas y utilizar embriones.

¿Qué camino se seguirá en el futuro?.



lunes, 4 de marzo de 2013

La operación del rey de España (el O-Arm)

Ayer, domingo 3 de Marzo, el rey D. Juan Carlos fue intervenido con éxito de una hernia discal que, sumada a sus problemas de cadera, ha mermado notablemente su movilidad y le ha hecho padecer fuertes dolores en los últimos meses.

¿Por qué tiene cabida esta noticia en el blog?
Pues porque la cirugía a que se ha sometido el rey se ha llevado a cabo utilizando el método más avanzado que existe actualmente para realizar operaciones de zonas del sistema nervioso.

Literalmente, al rey le han realizado una cirugía discal con descompresión neurológica del canal lumbar y estabilización raquídea.
Esto significa que se le ha intervenido la hernia discal que padece (un disco intervertebral desgastado y deformado por la edad), además de un estrechamiento en el canal lumbar (hueco interior de las vértebras por el que discurre la médula espinal).
Tanto la hernia discal como el estrechamiento del canal lumbar provocan fuertes dolores de espalda debido a la compresión de la médula y de los nervios que salen de ella y son problemas que suelen originarse por el desgaste propio de la edad o por haber realizado trabajos que requieren cargar con grandes pesos a lo largo de muchos años.

Hoy día se realizan intervenciones quirúrgicas cuando estos problemas causan fuertes dolores y llegan a impedir que el individuo lleve a cabo una vida normal. Pero suelen revestir cierto riesgo, ya que se actúa sobre una parte del sistema nervioso y es necesaria una gran precisión para que la operación finalice con éxito.

En este caso, se ha utilizado un novedoso aparato denominado "O-Arm", del que existen unos 20 en todo el mundo, dos de ellos en España (uno en el hospital La Paz y el otro en la clínica "La Milagrosa", donde se ha operado el rey) y cuyo precio supera el millón de €, aparte su instalación.
El O-Arm (llamado así por ser una especie de brazo circular)  es un sistema de neuronavegación que permite obtener imágenes de alta precisión de la zona que se está interviniendo en tiempo real, de modo que el cirujano puede ver la anatomía exacta del lugar dañado en 3D e ir comprobando los efectos de sus acciones quirúrgicas sobre la marcha.
Esto tiene una especial importancia en operaciones de columna y cráneo, donde es necesaria una gran precisión, además de ser posible comprobar cómo la cirugía va solucionando el problema en el mismo quirófano, de forma que se puede corregir lo necesario para que cuando el paciente salga tener la seguridad de que se ha solucionado el trastorno.

La operación del rey ha sido realizada por el neurocirujano D. Manuel de la Torre, uno de los más prestigiosos a nivel mundial y verdadero experto en el uso de este sistema ultramoderno.