Crean huesos capaces de combinarse bien con los tendones

(NC&T) “Uno de los mayores retos en la medicina regenerativa es tener una interfaz de transición gradual continua, porque anatómicamente así es cómo se estructura la mayor parte de los tejidos, y existen, además, estudios sugiriendo fuertemente que una interfaz de transición gradual aportará mejoras en la integración y la transferencia de cargas”, explica Andrés García, profesor de la Escuela George W. Woodruff de Ingeniería Mecánica en el Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech).

 
García y Jennifer Phillips, junto a Kellie Burns y sus colaboradores Joseph Le Doux y Robert Guldberg, no sólo fueron capaces de crear un hueso artificial que se funde en los tejidos suaves, sino que además consiguieron implantar la tecnología en tejidos vivos.

Si la tecnología logra superar las pruebas a las que se la someterá, una de sus aplicaciones podría ser la cirugía del ligamento cruzado anterior. Con frecuencia, esta cirugía falla en el punto donde se unen el ligamento y el hueso. Pero si se implantara una construcción artificial hueso / ligamento con este tipo de transición gradual, las posibilidades de los pacientes mejorarían ostensiblemente.

Cada órgano de nuestro cuerpo está compuesto por estructuras complejas y heterogéneas, y desarrollar la habilidad de diseñar tejidos que imiten mejor a estas arquitecturas naturales es un desafío crítico para la próxima generación de diseño de tejidos biológicos.

 
Imagen de un andamio de colágeno con una distribución uniforme de células de piel. (Foto: GIT)
Ahora que han sido capaces de demostrar que pueden implantar el tejido in vivo, y mantenerlo durante varias semanas en el lugar escogido, el próximo paso del equipo de investigaciones será demostrar que puede soportar el peso y la tensión durante un período de tiempo más extenso.

La capacidad de la memoria humana es mucho mayor de lo creído

(NC&T) En el estudio, cuyos resultados podrían ser muy útiles para conocer mejor los trastornos de la memoria, unos voluntarios estuvieron mirando casi tres mil objetos durante un período de varias horas. Asombrosamente, después fueron capaces de recordar cada uno de ellos con gran detalle.

 
“La capacidad de la memoria visual a largo plazo es mucho mayor de lo que se había creído y demostrado”, asevera Aude Oliva, profesora de ciencias cognitivas y del cerebro, y coautora del estudio.

Entre los coautores también figuran Timothy Brady y Talia Konkle, del MIT, y George Álvarez, ahora en la Universidad de Harvard.

Oliva y sus colaboradores mostraron a los voluntarios de una en una cerca de 3.000 imágenes, cada una de ellas durante tres segundos. En los tests a los que sometieron a los voluntarios el mismo día, les mostraron pares de imágenes y les pidieron escoger la imagen exacta que habían visto con anterioridad.

 
Aude Oliva. (Foto: MIT)
Los voluntarios fueron desafiados con tres tipos de parejas: dos objetos totalmente diferentes; un objeto y un ejemplo diferente del mismo tipo de objeto (por ejemplo, dos mandos a distancia diferentes); y un objeto y su versión ligeramente alterada (por ejemplo, una copa llena hasta arriba y otra idéntica, llena sólo hasta la mitad).

Contra todo pronóstico, los sujetos al recordar fueron capaces de alcanzar, en los tres tipos de pruebas de memoria, tasas de acierto del 92 por ciento, el 88 por ciento y el 87 por ciento, respectivamente. “Para poner sólo un ejemplo, esto significa que después de haber visto miles de objetos, los sujetos no sólo recordaban qué armario habían visto, sino también que tenía una puerta ligeramente abierta”, explica Brady.

Aunque un estudio de la década de 1970 mostró que los sujetos podían recordar muchas imágenes individuales, los científicos asumieron que las personas sólo podían recordar descripciones abstractas de las imágenes (por ejemplo, “una foto de una boda”) pero no los detalles de cada una.

Los nuevos resultados sugieren que la capacidad visual es, en varios órdenes de magnitud, mayor de lo que este viejo estudio implicaba.

Sin embargo, los investigadores creen que diversos factores influyen en cuán bien recuerdan las personas los detalles. Por ejemplo, ayuda mucho el que los sujetos estén motivados a prestar atención a los detalles, como ocurrió con el presente estudio.

En segundo lugar, también ayuda el que los objetos a observar resulten familiares. Las imágenes empleadas en este estudio eran de objetos de la vida cotidiana. Los resultados sin duda serían diferentes si a las personas se les hubiera pedido recordar detalles de obras de arte abstracto.

Las pausas pueden facilitar la solución imaginativa de problemas

(NC&T) La nueva investigación, dirigida en parte por el profesor Adam Galinsky de la Universidad del Noroeste, sugiere que el pensamiento inconsciente trae por resultado la solución creativa de los problemas por medio de un proceso en dos pasos.

 
Según Galinsky y los psicólogos Chen-Bo Zhong de la Universidad de Toronto, Canadá, y Ap Dijkstererhuis de la Universidad Radboud en Nijmegen, en los Países Bajos, las distracciones pueden ser útiles para dar con soluciones creativas a problemas difíciles, pero deben ser seguidas por un período de pensamiento consciente que nos permita percatarnos de esas soluciones y poder así aplicarlas. Por otra parte, aunque las distracciones son útiles para solucionar los problemas difíciles, en general suele ser mejor permanecer concentrados en encontrar la solución cuando estamos trabajando sobre problemas más fáciles.

Los investigadores realizaron dos experimentos para poner a prueba su idea.

En el primer experimento, 94 sujetos participaron en un Test de Asociación Remota (RAT, por sus siglas en inglés) que evalúa la creatividad. En esta prueba, a los participantes se les presentaban tres palabras (una tríada) y se les pedía que propusieran una cuarta palabra que se relacionara con todas esas tres.

Durante los cinco minutos posteriores al Test de Asociación Remota, los participantes estaban concentrándose en las tríadas que habían sido expuestas (el grupo del pensamiento consciente) o bien se hallaban envueltos en una nueva prueba, sin ninguna relación con el Test de Asociación Remota (el grupo del pensamiento inconsciente).

Después de ese intervalo de cinco minutos, todos los sujetos participaron en una prueba de decisión léxica. Durante esta prueba, mostraban a los sujetos sucesiones de letras y tenían que indicar tan rápidamente como fuera posible si las secuencias eran palabras del idioma inglés o no. Las sucesiones incluían las respuestas a las tríadas del Test de Asociación Remota, palabras aleatorias, y conjuntos de letras que no formaban palabra alguna. Finalmente, mostraron de nuevo a los sujetos los elementos del Test de Asociación Remota y tuvieron que escribir ya sus respuestas.

El segundo experimento involucró a 36 sujetos y era similar al primero, aunque las tríadas presentadas en el Test de Asociación Remota eran mucho más fáciles de resolver comparadas con las del primer experimento.

Los resultados demostraron que en el primer experimento, durante la prueba de decisión léxica, los miembros del grupo de pensamiento inconsciente obtenían mucho más rápidamente las respuestas a las sucesiones de letras que eran las respuestas a los artículos del Test de Asociación Remota, comparados con el grupo del pensamiento consciente. Sin embargo, cuando llegó el momento de resolver los problemas del Test de Asociación Remota, ambos grupos obtenían resultados similares.

En el segundo experimento (usando un conjunto más fácil de tríadas de Test de Asociación Remota), el grupo del pensamiento consciente obtenía las respuestas más correctas en comparación con los miembros del grupo de pensamiento inconsciente, pero no había ninguna diferencia en el tiempo de respuesta durante la prueba de decisión léxica.

La esperanza del éxito y el temor al fracaso tienen raíces cerebrales profundas

(NC&T) Un grupo de neurocientíficos del Instituto del Cerebro y la Creatividad, dependiente de la Universidad del Sur de California, ha identificado dos regiones cerebrales que compiten entre sí mediante respuestas opuestas frente al riesgo.

 
Ambas regiones se localizan en la corteza prefrontal, un área detrás de la frente que está involucrada en el análisis y la planificación.

Asignando a los voluntarios una tarea para medir la tolerancia al riesgo de cada persona, y observando sus reacciones a través de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés), los investigadores encontraron que la actividad en una región identificaba a los sujetos como contrarios al riesgo, mientras que la actividad en una región diferente era mayor en aquellos con deseos de arriesgarse.

“Podemos ver el riesgo como una batalla entre dos fuerzas”, explica Antoine Bechara, profesor de psicología en la Universidad del Sur de California. “Siempre hay un atractivo en el premio. Siempre hay un miedo al fracaso. Éstas son las dos fuerzas que siempre están batallando una contra otra dentro de nosotros”.

 
Antoine Bechara y Gui Xue. (Foto: Dietmar Quistorf)
En su investigación anterior, Bechara había usado la misma tarea para medir la tolerancia al riesgo en pacientes con daños cerebrales. Él y otros investigadores demostraron que la corteza prefrontal es crítica para la valoración apropiada del riesgo.

Pero como las lesiones cerebrales difieren en cada paciente y afectan a múltiples áreas, los estudios basados en las lesiones normalmente no pueden señalar con precisión la función de las regiones más pequeñas del cerebro.

Así, el grupo de Bechara en el instituto decidió repetir el experimento con la fMRI. En la investigación trabajaron Gui Xue y Zhong-Lin Lu.

Los resultados han permitido localizar los dos centros independientes descritos para el miedo al riesgo y el atractivo del premio.

Explican la causa de una conocida ilusión óptica

(NC&T) Los expertos han debatido durante los últimos cien años sobre por qué cuando un destello de luz se presenta alineado con un objeto que se mueve, el destello es percibido como retrasado con respecto a la posición del objeto.

 
Los autores del nuevo estudio presentan una forma completamente diferente de pensar sobre cómo puede y debe explicarse este efecto.

Los investigadores, partiendo del hecho de que los objetos del mundo real que se mueven a muchas velocidades diferentes y en distintas direcciones pueden generar la misma velocidad en la retina del observador, se preguntaron cómo es que los humanos rutinariamente tomamos decisiones conductuales correctas con respecto a nuestro entorno pese a que no podemos saber con exactitud por la información de nuestras retinas lo que sucede ante nosotros.

La solución a ese enigma radica en el hecho de que los humanos hemos estado acumulando y utilizando, durante millones de años de ensayo y error, la información que se deriva de ver una velocidad en la retina y hacer un movimiento de respuesta a la misma, el cual puede dar buen o mal resultado. En las situaciones más extremas, un sujeto puede morir o sobrevivir dependiendo del éxito de su respuesta a esa velocidad percibida, y si sobrevive, podrá transmitir a sus descendientes las mejoras en los circuitos visuales que le permitieron ese éxito. Es la mecánica normal de la evolución. Al final, los individuos de una especie terminan poseyendo un sistema que puede concatenar con eficacia lo que existe realmente ante sus ojos y lo que captan sus retinas.

Los investigadores midieron el Efecto Flash-Lag en su extensión completa, con objetos moviéndose a velocidades diferentes en el campo de visión.

Dale Purves y sus colegas encontraron en su estudio, con voluntarios humanos, que el tiempo de retraso aumentaba de una forma no lineal cuando el objeto móvil aumentaba su velocidad. La relación empírica entre los objetos que se mueven en un mundo simulado y su proyección hacia una retina simulada, permitió hacer pronósticos precisos sobre las peculiaridades de la percepción.

El estudio ha demostrado así que la percepción del retraso es el resultado de la experiencia acumulada con las velocidades de las imágenes, que permiten una conducta visual exitosa en respuesta a las fuentes del mundo real cuyas velocidades y posiciones no podemos conocer directamente.

Prometedor material termoeléctrico para ahorrar combustible

(NC&T) Ahora, un equipo de investigación de la Universidad del Noroeste ha identificado un nuevo y prometedor material que podría transformar la tecnología que actualmente enfría y calienta los asientos de los automóviles, la termoeléctrica, en una que también convierta eficientemente en electricidad el calor desperdiciado, para ayudar a darle energía al automóvil y mejorar el kilometraje que brinda el combustible.

Los investigadores descubrieron que añadiendo dos metales, el antimonio y el plomo, al muy conocido semiconductor teluro de plomo, se produce un material termoeléctrico que es más eficiente en las altas temperaturas que los materiales existentes.

La tecnología termoeléctrica actual sólo se usa en campos muy especializados, como la refrigeración de estado sólido, porque los materiales no son muy eficientes. Con los nuevos materiales y el incremento de la eficiencia, los dispositivos basados en el efecto termoeléctrico podrían encontrar un uso más amplio en la industria del automóvil, además de en la conversión de energía solar y la conversión del calor desechado de los reactores nucleares, las chimeneas y los equipos industriales.

Actualmente, los materiales termoeléctricos tienen sólo de un 5 a un 6 por ciento de eficiencia, pero una nueva generación de materiales basados en descubrimientos recientes, incluyendo éste de la Universidad del Noroeste, podrían permitir producir dispositivos con eficiencias del 11 al 14 por ciento. La meta a largo plazo es alcanzar el 20 por ciento de eficiencia.

Los materiales termoeléctricos convierten el calor en electricidad aprovechándose de las diferencias de temperatura. Los electrones se mueven del extremo caliente del material al extremo frío, creando electrodos positivos y negativos y un voltaje eléctrico.

Por ejemplo, para generar electricidad a partir del tubo de escape de un automóvil, un dispositivo termoeléctrico sería acoplado al tubo. El lado del material en contacto con el tubo de escape sería el lado caliente, y el lado expuesto al aire sería el lado frío. La diferencia de temperaturas sería suficiente para generar electricidad que sería aprovechada en el automóvil. Tales dispositivos también podrían usarse en grandes plantas industriales en las que se generen cantidades importantes de calor.

Más hallazgos sobre un famoso experimento bioquímico de los años 50

(NC&T) De 1953 a 1954, el profesor Stanley Miller, entonces en la Universidad de Chicago, realizó una serie de experimentos con un sistema cerrado de frascos que contenían agua y gases simples. En aquel momento, las moléculas usadas en el experimento (hidrógeno, metano y amoníaco) se pensaba que fueron comunes en la antigua atmósfera de la Tierra.

Al gas se le aplicó una chispa eléctrica. Después de varias semanas, el agua se volvió marrón. Cuando Miller la analizó, encontró que contenía aminoácidos, los bloques básicos que forman las proteínas, que son la “caja de herramientas” para la construcción de formas de vida. Las proteínas son usadas en infinidad de sistemas, desde las estructuras como el pelo y las uñas, a procesos que aceleran, facilitan y regulan las reacciones químicas.

La chispa proporcionó la energía para que las moléculas se recombinaran en aminoácidos que llovieron sobre el agua. Este experimento demostró cómo las moléculas simples pudieron agruparse en la Tierra arcaica mediante procesos naturales, como los relámpagos, para formar las moléculas más complejas necesarias para la vida.

Jeffrey Bada (que fue colaborador de Miller) y Adam Johnson (del equipo del Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Indiana en Bloomington) decidieron que sería interesante reanalizar las muestras históricas de los experimentos originales de Miller usando métodos modernos. El equipo quiso ver si los equipos de ahora podrían descubrir productos químicos que no pudieron ser descubiertos con las técnicas de los años cincuenta. Ellos analizaron las muestras y recurrieron a Daniel Glavin y Jason Dworkin de la NASA, quienes ayudaron en el análisis con los instrumentos de última generación del Laboratorio Analítico Goddard de Astrobiología.
 

Esquema del primer experimento de Miller. (Foto: Ned Shaw, Indiana University)

En realidad, Miller efectuó tres experimentos ligeramente diferentes. En uno de ellos, se inyectó vapor en los gases para simular las condiciones en la nube de un volcán en erupción. Los investigadores han comprobado que, en comparación con el diseño clásico de Miller que aparece en los libros de texto, las muestras del experimento que simulaba los efectos de una erupción volcánica produjeron una variedad más amplia de compuestos.

Los autores del nuevo estudio han descubierto 22 aminoácidos, 10 de los cuales nunca se habían encontrado en ningún otro experimento como éste. Esto es significativo porque la opinión de la comunidad científica sobre la composición de la atmósfera temprana de la Tierra ha cambiado. En lugar de estar muy cargada con hidrógeno, metano y amoníaco como se pensaba décadas atrás, muchos científicos creen ahora que la antigua atmósfera de la Tierra estaba compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono, monóxido de carbono y nitrógeno.

A primera vista, si la atmósfera temprana de la Tierra tuvo sólo unas pocas de las moléculas utilizadas en el experimento clásico de Miller, se hace difícil ver cómo podría haber comenzado la vida siguiendo un proceso similar. Sin embargo, además del agua y el dióxido de carbono, las erupciones volcánicas también liberan los gases hidrógeno y metano. Las nubes volcánicas cuentan asimismo con relámpagos ya que las colisiones entre la ceniza volcánica y las partículas de hielo generan cargas eléctricas. Como la Tierra joven todavía estaba caliente por su formación, probablemente los volcanes eran entonces muy abundantes.

Los precursores orgánicos de la vida pudieron haber sido producidos localmente en charcas temporales, ubicadas en islas volcánicas, incluso si el hidrógeno, el metano y el amoníaco eran escasos en la atmósfera global. Al menguar el agua de las charcas, en éstas se habrían ido concentrando aminoácidos y otras moléculas, aumentando de ese modo las probabilidades de que se diera la secuencia correcta de reacciones químicas necesaria para iniciar la vida. De hecho, las erupciones volcánicas pudieron ayudar al surgimiento de vida de otra manera adicional: mediante la producción de sulfuro de carbonilo, que ayuda a enlazar aminoácidos en las cadenas llamadas péptidos.

Un lento enfriamiento permitiría detectar planetas del tamaño de la Tierra

(NC&T) Durante unos millones de años después de su formación inicial, los planetas como la Tierra pueden mantener una caliente superficie de roca fundida que les haría brillar con suficiente intensidad como para resultar detectables en nuestro vecindario interestelar pese al resplandor de su estrella.

Elkins-Tanton sostiene que la fase del “océano de magma” para los planetas del tamaño de la Tierra puede durar varios millones de años, más tiempo que lo previamente estimado. “Eso significa que realmente podremos verlos en cualquier parte, cuando mejoren los sistemas de detección”, asevera.

La investigación demuestra que aún después de que la superficie del magma se solidifica, podría seguir lo bastante caliente para brillar de manera notable en la banda infrarroja durante decenas de millones de años, manteniendo así una ventana relativamente larga de detectabilidad.

El gran problema para los astrónomos que esperan descubrir planetas alrededor de otras estrellas es la inmensa diferencia entre el brillo de la estrella y el del planeta, el cual sólo brilla reflejando la luz de su estrella madre. Pero la diferencia de resplandor en las longitudes de onda infrarrojas para un planeta incandescente cuya superficie está en estado de fusión, sería mucho menor, haciendo más factible el descubrimiento.

La larga duración de la fase de fusión es el resultado de un proceso de dos fases. Primero, el calentamiento inicial, generado por una combinación de la radioactividad en el interior del planeta y el calor generado por la colisión de millones de cuerpos rocosos que chocan entre sí para formar de manera conjunta al planeta, realmente es bastante efímero: sin la intervención de otros fenómenos, la superficie del planeta se solidificaría con rapidez, en unos cientos de miles de años, como originalmente se pensaba que sucede de modo habitual. Pero entonces se produce una elevación secundaria de la temperatura como consecuencia de que los materiales ricos en hierro y más pesados, que se han solidificado en la superficie, empiezan a hundirse hacia el centro del planeta, provocando que otros materiales más calientes suban a la superficie.

Este proceso hace que la superficie fundida exista durante un tiempo mucho más largo, del orden de millones de años. Como la corteza de la Tierra es tan dinámica, no hay ningún material intacto de esa época inicial que pueda estudiarse para comprobar la veracidad de este modelo, pero en otros planetas como Marte o Mercurio sí pueden existir fragmentos de rocas tempranas que podrían estudiarse.

Verifican el origen muy caliente de ciertas rocas arcaicas

(NC&T) En el estudio, los científicos demuestran cómo esta nueva técnica puede usarse para analizar diminutas muestras de ciertas rocas, permitiendo de este modo la obtención de pistas importantes sobre la historia temprana de la Tierra.

El equipo de científicos, de Australia, EE.UU. y el Reino Unido, analizó una muestra de roca utilizando un sincrotrón, un acelerador de partículas que normalmente se utiliza para sondear la estructura de los materiales.

En este caso, el equipo usó sus rayos X para investigar los elementos químicos de un tipo raro de roca magmática denominada komatiíta. El fragmento de roca analizado se conservó durante mucho tiempo en cristales.

Previamente, había sido difícil descubrir cómo se formaron estas komatiítas porque las técnicas analíticas anteriores eran demasiado ineficaces para poder aportar datos importantes.

Ahora, gracias a la nueva técnica, el equipo ha encontrado que esas komatiítas se formaron en el manto de la Tierra, una región entre la corteza y el centro, a temperaturas de alrededor de 1.700 grados Celsius, hace más de 2.700 millones de años.

Estos resultados permiten descartar una teoría alternativa sostenida durante mucho tiempo y que sugería que las komatiítas estaban formadas a temperaturas mucho menos calientes, y también han aportado una pista importante sobre la historia temprana del manto. Los investigadores encontraron que la temperatura del manto disminuyó en 300 grados Celsius durante un período de 2.700 millones de años.

El investigador principal, Andrew Berry, del Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Tierra del Imperial College de Londres, reconoce que se necesita investigar más en esta línea para entender completamente las implicaciones de lo encontrado ahora. Sin embargo, él cree que esta nueva técnica permitirá a los científicos descubrir más detalles sobre la historia temprana de la Tierra.

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