Bio Ingenieria
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DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO “BIOINGENIERÍA” INGENIERÍA MECATRÓNICA TALLER DE INVESTIGACIÓN II DR. JOSÉ GUADALUPE ÁLVAREZ LEAL PRESENTA: OSWAL EMMANUEL HERNÁNDEZ REYNOSA SALTILLO, COAHUILA MAYO 2014
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DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO
“BIOINGENIERÍA”
INGENIERÍA MECATRÓNICA
TALLER DE INVESTIGACIÓN II
DR. JOSÉ GUADALUPE ÁLVAREZ LEAL
PRESENTA:
OSWAL EMMANUEL HERNÁNDEZ REYNOSA
SALTILLO, COAHUILAMAYO 2014
ASESOR
Doctor José Guadalupe Álvarez Leal
Oswal Emmanuel Hernández Reynosa
Correo: [email protected]
Teléfono: 2-30-62-68
Celular: 844-276-24-46
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 2
BIOINGENIERÍA
INDICE
1.- Dedicatoria………………………………………………………………………… 4
2.- Introducción……………………………………………………………………….. 5
3.-Planteamiento del problema……………………………………………………… 6
4.- Objetivo de la investigación……………………………………………………… 7
5.- Justificación………………………………………………………………………… 8
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 3
6.- Antecedentes de investigación………………………………………………….... 9 6.1 Orígenes.………………………………………………………………………. 9 6.2 Personajes importantes…………………………………………………….....14 6.3 Logros e inventos significativos……………………………………………..15
7.- ¿Qué es la bioingeniería?.........................................................................................17 7.1 Definición……………………………………………………………………..17 7.2 Áreas que abarca……………………………………………………………..19
8.- La bioingeniería aplicada en: 8.1 Agricultura……………………………………………………………………33 8.2 Farmacia………………………………………………………………………42 8.3 Ciencia en los alimentos……………………………………………………..45 8.4 Medio ambiente………………………………………………………………47 8.5 Medicina………………………………………………………………………50
9.- Bioingeniería moderna…………………………………………………………….5410.- Conclusiones………………………………………………………………………6411.- Bibliografía………………………………………………………………………...6512.- Proyecto (PRÓTESIS PARA AMPUTACIÓN PARCIAL DEL BRAZO)……..67
DEDICATORIA
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 4
Dedico esta investigación a Dios, y sobre todo a mi familia y amigos
quienes inspiraron mi espíritu para la conclusión de esta investigación,
en bioingeniería. A mi madre quien me dio vida, educación, apoyo y
consejos. A mis compañeros de estudio, a mis maestros y personas que
me acompañaron en el transcurso de este trabajo, quienes sin su ayuda
nunca hubiera podido hacer esta investigación. A todos ellos se los
agradezco desde el fondo de mi alma. Para todos ellos hago esta
dedicatoria.
INTRODUCCIÓN
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 5
Cuando se habla de bioingeniería en primera instancia lo que la
mayoría de la gente piensa es en la relación que existe entre dos
ciencias o conocimientos que a su vez son poco opuestos con fines
diferentes, que serían el estudio de la medicina y la ingeniería.
Pero no hace mucho tiempo, surgió una relación entre estos dos
conocimientos que se concretó, obteniendo una gran variedad de
avances tecnológicos aplicando la ingeniería dentro de la medicina y
ciencias que tengan alguna relación con el cuerpo humano y la forma
de vivir de éste.
Este proyecto de investigación tiene la finalidad de dar a conocer una
manera más amplia de ver el campo de la bioingeniería, de qué manera
ha surgido y porque, además de hacer ver al lector como se puede
llegar a contribuir con ideas, maneras de pensar, etc. ya que el campo
de la bioingeniería es demasiado amplio debido a que no sólo se trata
de la medicina y la ingeniería en conjunto sino, de la aplicación de
cualquier tipo de conocimiento tecnológico en todo lo que tenga
relación con el ser humano, ya sea en su persona, forma de vida, su
entorno, etc.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 6
Debido a que ninguna persona es igual a otra además de vivir todos de
una manera diferente, es necesaria la intervención de la tecnología
dentro de la vida cotidiana de ser humano ya sea como un lujo o como
una necesidad ya que la bioingeniería nos es capaz de permitir una
mejor forma de vida en una infinita cantidad de formas por ejemplo:
una persona a la cual le falte alguna de sus extremidades, una prótesis
le ayudaría a sobrellevar dicha discapacidad, una persona que esté
padezca de enfermedades cardiacas puede mantener controlada su
presión por ejemplo con algún tipo de dispositivo especial,
médicamente hablando.
Por otra parte hay demasiados lugares en los que podemos encontrar la
bioingeniería, como por ejemplo en el área de la agricultura ya que al
modificar la forma de realizar este trabajo ya sea alterando las
condiciones secundarias o de manera directa podemos llegar a obtener
un mejor resultado.
Pero el principal problema que se logra captar, es la necesidad de
personal capaz de poder establecer una conexión entre el cuerpo
humano, su comportamiento, maneras de vivir, etc. y un ambiente
tecnológico que cuya demanda aumenta constantemente.
Además saber establecer dicha relación la persona debe estar
capacitada con una gran cantidad de conocimientos que le puedan
brindar la ayuda necesaria para realizar sus fines en el amplio campo
de la bioingeniería.
OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 7
GENERAL
Aplicar los conocimientos de las ingenierías a problemas biológicos
pero mediante la bioingeniería, dichas problemáticas en el área de la
biología son de principal relevancia, ya que la industria relacionada con
este tópico crece cada vez más debido a las demandas de alimentos,
ambiente, industria y medicina. En ésta área son indispensables los fir-
mes conocimientos en química, fisicoquímica, biología molecular, inge-
niería genética, etc.
ESPECÍFICOS
1. - Evitar contaminación por los deshechos generados por la sociedad.
2. -Aprovechamiento de energías limpias.
3. -Prevención de enfermedades empleando la bioingeniería.
4. -Disminuir el impacto que hay entre la sociedad y el planeta.
5. -Generar o modificar maquinaria y/o aparatos con una consciencia
más ambiental.
JUSTIFICACIÓN
Impacto social
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 8
Se plantea un ambiente más concientizado acerca del tema y todos los
beneficios obtenidos gracias a este estudio de la ingeniería en diversas
áreas.
Impacto tecnológico
Se ve reflejado en la oportunidad de aprovechar energías alternativas y
otras áreas empleadas en sistemas tecnológicos además de implemen-
tar el uso de dichos sistemas para realizar actividades específicas.
Impacto económico
Se pretende una disminución importante en el gasto o costo que se ge-
nera a partir de la utilización de una gran cantidad de recursos para lle-
gar a las metas deseadas, realizando esto con el uso de materiales reci-
clables en gran parte.
Impacto ambiental
El uso de materiales reciclables dará lugar a la reducción de la contami-
nación además de propuestas seguras y viables hacia las personas, así
mismo se logrará crear una conciencia o manera de pensar más ecolo-
gista en las personas.
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
ORÍGENES
Antes de la segunda guerra mundial, el personal médico y los
investigadores en el campo de la biología se valían de técnicas de
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ingeniería que fuesen relativamente sencillas y cayesen dentro de sus
conocimientos. Por ejemplo, un fisiólogo investigador se hubiera
sentido muy satisfecho si para llenar las necesidades de su laboratorio
hubiese podido contar con un soplador de vidrio, un carpintero y un
mecánico a su disposición. Como los fundamentos del diseño de los
instrumentos que necesitaba encajaban bien dentro de sus
conocimientos teóricos y prácticos, hubiera podido especificar con toda
claridad lo que quería, y ese equipo de obreros especializados lo
hubieran construido de acuerdo con su diseño.
Fue un accidente histórico lo que hizo que por vez primera en Gran
Bretaña un gran número de biólogos adquiriesen sólidos fundamentos
en el campo de la electrónica, abriendo de este modo rápidamente la
posibilidad de aplicar técnicas más elaboradas en la resolución de los
problemas biológicos y médicos. Al estallar la segunda guerra mundial,
los químicos, físicos e ingenieros fueron rápidamente acaparados por
aquellos que eran responsables de la fabricación de municiones, de
aviones, etc. Para cuando se hizo evidente que en el campo del radar
hacía falta trabajar mucho para lograr desarrollarlo, resultó que los
biólogos eran casi los únicos científicos que quedaban disponibles para
hacer este trabajo.
En los años inmediatos de la posguerra muchos biólogos estaban, por
tanto, bien impuestos en lo que constituían los últimos adelantos en el
campo de la electrónica. Naturalmente, ellos los enfocaron hacia ciertos
temas especializados.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 10
Pero la tecnología electrónica progresó muy rápidamente y los biólogos,
que se habían familiarizado antaño con el manejo de válvulas y grandes
componentes, pronto se vieron a la zaga en una nueva era de
transistores y componentes en miniatura, y como los conocimientos de
los antiguos investigadores quedaron anticuados, empezó a surgir una
nueva generación de médicos y biólogos, sin ninguna práctica en el
campo de la electrónica.
Los investigadores dentro del campo de la biología y la medicina vieron
claramente que ganarían una incalculable cantidad de tiempo no sólo si
se familiarizaban con los adelantos técnicos existentes, sino también si
iban dando paso a los nuevos que fuesen llegando. Entonces surgió la
necesidad de un nuevo tipo de persona que hiciese de puente sobre el
hueco que separaba a la elaborada tecnología de la ingeniería de las
ciencias biológicas. En pocas palabras, surgió la necesidad de los
bioingenieros.
Fueron distintas instituciones las que por diferentes caminos vieron
patente esta necesidad. Algunas empezaron a reclutar técnicos, que
habían de trabajar ciñéndose casi exclusivamente al desarrollo de los
instrumentos y que, al menos en principio, no tenían la categoría de
investigadores. Otras instituciones fueron más rápidas en darse cuenta
de la importancia de este asunto y contrataron a personal graduado,
equiparándole con sus compañeros médicos y biólogos.
En este estado de cosas no había sido reconocida todavía la carrera de
Bioingeniería, e incluso no se había acuñado la palabra
correspondiente. ¿Quiénes fueron, por tanto, los primeros bioingenieros
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en una época en la que todavía no existía un método adecuado para la
formación de estas personas?
La mayoría de ellos fueron científicos del campo de las ciencias
biológicas, con frecuencia médicos, los cuales se dedicaban a la
ingeniería como entretenimiento o tenían un especial talento para ello.
Esto no es sorprendente si uno piensa que es casi una tradición el que
los médicos y cirujanos sean ingenieros aficionados.
En realidad, lo que hoy llamamos Ingeniería Biomédica se llamó al
principio Electrónica Médica, y la asociación internacional constituida
por los que practicaban esta actividad se conoció como "International
Federation of Medical Electronics" (Federación Internacional de
Electrónica Médica). Hasta 1965 no fue adoptado el título actual,
mucho más adecuado, de "The International Federation of Medical and
Biological Engineering" (Federación Internacional de Ingeniería Médica
y Biológica).
La biotecnología tiene su fundamento en la tecnología que estudia y
aprovecha los mecanismos e interacciones biológicas de los seres vivos,
en especial los unicelulares, mediante un amplio campo
multidisciplinario.
La biología y la microbiología son las ciencias básicas de la
biotecnología, ya que aportan las herramientas fundamentales para la
comprensión de la mecánica microbiana en primera instancia. La
biotecnología se usa ampliamente en agricultura, farmacia, ciencia de
los alimentos, medio ambiente y medicina.
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La biotecnología se desarrolló desde un enfoque multidisciplinario
involucrando varias disciplinas y ciencias como la biología, bioquímica,
genética, virología, agronomía, ecología, ingeniería, física, química,
medicina y veterinaria entre otras.
Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la ciencia de los
alimentos, los tratamientos de residuo sólidos, líquidos, gaseosos y
la agricultura.
La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE)
define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia y
la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos
por sistemas biológicos para producir bienes y servicios”.
Probablemente el primero que usó este término fue
el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, cuando lo introdujo en su
libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una
gran explotación agropecuaria.
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología
podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas
biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o
modificación de productos o procesos para usos específicos".
El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del
Convenio sobre la Diversidad Biológica5 define la biotecnología
moderna como la aplicación de:
Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido
desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido
nucleico en células u orgánulos.
PERSONAJES IMPORTANTES
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Gregor Mendel
Describió las leyes de Mendel, que rigen la herencia genética.
Pasteur
Realizó descubrimientos importantes en el campo de las ciencias
naturales, principalmente en química y microbiología. Describió
científicamente el proceso de pasteurización y la imposibilidad de la
generación espontánea y desarrolló diversas vacunas, como la de la
rabia.
Franklin, Watson y Crick
Descubridores de la estructura del ADN.
Beadle y Tatum
Descubrieron que los rayos X producían mutaciones en mohos y tras
varios experimentos elaboraron la hipótesis "un gen, una enzima",
fundamental para el dogma central de la biología molecular.
Herbert Boyer y Stanley Cohen
Desarrollaron el proceso de tecnología de ADN recombinante alrededor
de 1970. Este proceso es el que permite a los científicos de hoy en día
insertar el material genético en un organismo en el material de otro. Lo
cual hace posible la agricultura molecular.
LOGROS E INVENTOS SIGNIFICATIVOS
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Sensores que cuantifican los componentes químicos en sangre y la in-
tegración de biosensores en dispositivos de monitorización.
Sensores que cuantifican los componentes químicos en la sangre
Prótesis: marcapasos, desfibriladores, riñones artificiales y prótesis
cardíacas, de articulaciones (brazos y piernas).
Prótesis
Instrumental y dispositivos terapéuticos, tales como un sistema lá-
ser para cirugía oftalmológica, un catéter o una bomba de insulina.
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Instrumental y dispositivos terapéuticos
Monitorización de pacientes durante cirugía o en cuidados intensi-
vos, o la monitorización de personas sanas en entornos especiales,
como los astronautas en el espacio o los ancianos en su domicilio.
Monitorización de Pacientes
¿QUÉ ES LA BIOINGENIERÍA?
DEFINICIÓN
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La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se
centra en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferen-
tes disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica,
la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, la in-
geniería bioinformática, etc. Se trata de un enfoque integrado de los
fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de
las ingenierías clásicas como la química o la informática.
Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológi-
cos de laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a
menudo atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido
a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en
EE.UU.) son cuestiones de vital importancia para las empresas de bio-
tecnología, los bioingenieros a menudo deben tener los conocimientos
relacionados con estos temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas
universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingenie-
ría y biotecnología de forma independiente. Entre ellas destacan las de
la especialidad de Ingeniería Bioinformática.
Este es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas bio-
lógicos usando técnicas computacionales propias de la Ingeniería Infor-
mática. Esa interdisciplinariedad hace que sea posible la rápida organi-
zación y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede ser
denominado biología computacional, y puede definirse como, "la con-
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ceptualización de la biología en término de moléculas y, a continuación,
la aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la
información asociada a estas moléculas, a gran escala.
La bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales
como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y
forma un componente clave en el sector de la biotecnología y la farma-
céutica. Sin embargo hay muchas ciencias importantes.
ÁREAS QUE ABARCA
La biotecnología y/o bioingeniería tiene aplicaciones en importantes
áreas industriales, como la atención de la salud, con el desarrollo de
nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura
con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimenta-
rios de los cultivos, por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vege-
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tales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la bio-
rremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza
de sitios contaminados por actividades industriales. A este uso específi-
co de plantas en la biotecnología se le llama biotecnología vegetal. Ade-
más se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.
DISCIPLINAS DE LA BIOINGENIERIA
Biomecánica
La biomecánica es un área de conocimiento interdisciplinaria que estu-
dia los modelos, fenómenos y leyes que sean relevantes en el movimien-
to y al equilibrio (incluyendo el estático) de los seres vivos. Es una disci-
plina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de ca-
rácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del
cuerpo humano. Esta área de conocimiento se apoya en diversas cien-
cias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la inge-
niería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas, para estudiar el
comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados
de las diversas condiciones a las que puede verse sometido.1
La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de
sus principios, ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplica-
ciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambien-
te, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los
sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u
órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos méto-
dos diagnósticos.
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Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica;
desde la clásica pata de palo, a las sofisticadas ortopedias con mando
mioeléctrico y de las válvulas cardíacas a los modernos marcapasos
existe toda una tradición e implantación de prótesis.
Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen
en la regulación de los sistemas modelos matemáticos que permiten si-
mular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el con-
trol de un gran número de parámetros o con la repetición de su com-
portamiento.
Biomateriales
En cirugía un biomaterial, material biocompatible o material bioaplica-
ble es el material que puede ser utilizado en algún implante o prótesis.
En términos médicos un biomaterial es un compuesto farmacológica-
mente inerte diseñado para ser implantado o incorporado dentro del
sistema vivo. En este sentido el biomaterial se implanta con el objeto de
sustituir o regenerar tejidos vivientes y sus funciones.
En realidad son muy pocos los materiales biocompatibles que son acep-
tados por todo cuerpo, de ahí que no pueda clasificarse un material
como tal de forma definitiva. Algunos de los materiales biocompatibles
más comunes son el titanio para implantes o el acero
Pueden ser de colocación interna o externa, incluyéndose en esta cate-
goría los materiales dentales que han sido tratados por separado. Ac-
tualmente, reparan o reemplazan tejidos naturales dañados en piel o en
huesos, y en un futuro se podrán utilizar en tejidos de órganos como el
hígado o los riñones.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 20
Los biomateriales son sometidos a situaciones adversas dado que están
expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del cuerpo, donde
se da la corrosión de los componentes del implante, o bien el implante
causa el envenenamiento del organismo vivo.
Los biomateriales restituyen funciones de tejidos vivos y órganos en el
cuerpo. Por lo tanto es esencial entender las relaciones existentes entre
las propiedades, funciones y estructuras de los materiales biológicos
dado que las propiedades requeridas de un material varían de acuerdo
con la aplicación particular. Es importante admitir que las pruebas fisi-
coquímicas de los materiales para implante in vivo son casi imposibles.
Sin embargo las pruebas in vitro deben ser realizadas antes del implan-
te.
Dispositivos como miembros artificiales, amplificadores de sonido para
el oído y prótesis faciales externas, no son considerados como implan-
tes.
• Los biomateriales de naturaleza polimérica (teflón, nylon, dacron,
siliconas) tienen la ventaja de ser elásticos, baja densidad y fáciles de
fabricar. Su principal desventaja es la baja resistencia mecánica y su
degradación con el tiempo.
• Algunos metales, como los aceros 316, 316 LS y de bajo contenido
de carbono, aleaciones de titanio, son frecuentemente usados como bio-
materiales. Sus principales ventajas son la resistencia al impacto y al
desgaste. Sin embargo son de baja biocompatibilidad, factibles de ser
corroídos en medios fisiológicos, alta densidad, y dificultad para lograr
la conexión con tejidos conectivos suaves.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 21
• Los materiales cerámicos, como el óxido de aluminio, aluminatos
de calcio, óxidos de titanio y algunos carbonos son usados como bioma-
teriales. Sus ventajas son la buena biocompatibilidad, resistencia a la
corrosión e inercia química. Sin embargo presentan problemas ante es-
fuerzos de alto impacto, son inelásticos, poseen alta densidad (algunos)
y son de difícil producción.
• Los Nuevos Materiales, como los nanocompositos, las cerámicas
metal-carbono o metal-nitrógeno, y las alecciones intermetálicas com-
plejas resultan la mayor promesa en cuanto a biocompatibilidad se re-
fiere. Poseen la mayor parte de las ventajas anteriormente menciona-
das, siendo actualmente su mayor desventaja la dificultad y costo de
síntesis.
Clasificación por su respuesta biológica
Tradicionalmente se clasificaban, en función del tipo de material que
los constituía, en: biocerámicas, biomateriales metálicos y biomateria-
les poliméricos, pero esta clasificación ha quedado prácticamente en
desuso.
Los materiales implantados en un tejido vivo provocan en éste una res-
puesta biológica en la interface implante-tejido. Esta respuesta puede
ser biocompatible del tipo inerte, reabsorbible o bioactiva, con lo que
los materiales biocompatibles pueden clasificarse en:
• Bioinertes, aceptados por el cuerpo y pueden resistir largos perio-
dos de tiempo en un entorno altamente corrosivo de fluidos corporales.
Se suelen emplear para implantes permanentes, cirugía maxilofacial y
craneal. Pertenecen a este grupo el titanio, el cromo-cobalto y sus alea-
ciones o materiales cerámicos basados en alúmina (óxido de aluminio),
zirconia (óxido de zirconio) y óxido de magnesio.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 22
• Bioreabsorbibles o biodegradables, que se diseñan para degradar-
se gradualmente y ser reemplazados por el tejido huésped. Se emplean
en la sutura reabsorbible o en reconstrucciones óseas como material de
relleno en cirugía maxilofacial y ortopédica. Existen diferentes políme-
ros o cerámicas como la hidroxiapatita porosa, el fosfato tricálcico y el
cemento de hidroxiapatita.
• Bioactivos, que reaccionan químicamente con los fluidos corpora-
les formando un fuerte enlace interfacial implante-tejido huésped. Se
utilizan para implantes dentales y prótesis ortopédicas. Entre estos ma-
teriales se encuentran la hidroxiapatita de alta densidad, compuestos
de titanio/ hidroxiapatita, vidrios bioactivos o algunas cerámicas ví-
treas.
Biosensores
Un biosensor es un instrumento para la medición de parámetros bioló-
gicos o químicos. Suele combinar un componente de naturaleza biológi-
ca y otro físico-químico.
Se compone de tres partes:
• El sensor biológico: Puede ser un tejido, un cultivo de microorga-
nismos, enzimas, anticuerpos, cadenas de ácidos nucleicos, etc. El sen-
sor puede ser tomado de la naturaleza o ser un producto de la biología
sintética.
• El transductor: Acopla los otros dos elementos y traduce la señal
emitida por el sensor.
• El detector: Puede ser óptico, piezoeléctrico, térmico, magnético,
etc.
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El ejemplo más común de biosensor es el que mide la glucosa en la san-
gre. Utiliza una enzima que procesa moléculas de glucosa, liberando un
electrón por cada molécula procesada. Dicho electrón es recogido en un
electrodo y el flujo de electrones es utilizado como una medida de la
concentración glucosa
Los canarios enjaulados utilizados por los mineros para detectar la pre-
sencia de gases letales pueden ser vistos como un ejemplo primitivo de
biosensor.
Biotecnológica: "Creación o modificación de materiales biológicos con
fine beneficiosos, incluyendo la ingeniería de tejidos."
Dispositivos protésicos y órganos artificiales: "Diseño y desarrollo de
dispositivos para el reemplazo o mejora de las funciones."
Efectos biológicos de los campos electromagnéticos: "Estudio de los
efectos de los campos electromagnéticos sobre los tejidos biológicos."
Fenómenos "transporte": "Monitorización, medición y modelado de pro-
cesos bioquímicos."
Imágenes médicas: "Representación gráfica de detalles anatómicos y fi-
siológicos."
Bioinformática: "Datos de los pacientes, interpretación de los resulta-
dos y asistencia en la toma de decisiones médicas, incluyéndose los sis-
temas expertos y las redes neurales."
Ingeniería clínica: "Diseño y desarrollo de dispositivos, sistemas y pro-
cedimientos clínicos."
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Ingeniería para la rehabilitación: "Diseño y desarrollo de dispositivos y
procedimientos terapéuticos y para la rehabilitación."
Instrumentación biomédica: "Monitorización y medición de eventos fi-
siológicos; implica el desarrollo de biosensores."
Modelado, simulación y control de la fisiología: "Utilización de la simu-
lación mediante ordenadores para desarrollar una mejor comprensión
de las relaciones fisiológicas."
Las aplicaciones de la bioingeniería son numerosas y suelen clasificarse
en:
Bioingeniería roja
Se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos
ejemplos son la obtención de organismos para producir antibióticos, el
desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos
moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería
genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.
Bioingeniería blanca
También conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a
procesos industriales. Un ejemplo es la obtención de microorganis-
mos para generar un producto químico o el uso de enzimas como catali-
zadores o Inhibidores enzimáticos industriales, ya sea para producir
productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligro-
sos.
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También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil,
en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y
en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la crea-
ción de productos fácilmente degradables, que consuman menos ener-
gía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología
blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradiciona-
les utilizados para producir bienes industriales.
Bioingeniería verde
Es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es
la obtención de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones
ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermeda-
des. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más ami-
gables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agri-
cultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plan-
tas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la
aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. La bio-
tecnología se ha convertido en una herramienta en diversas estrategias
ecológicas para mantener o aumentar sustancialmente recursos natura-
les como los bosques.
En este sentido los estudios realizados con hongos de carácter micorrí-
zico permiten implementar en campo plántulas de especies forestales
con micorriza, las cuales presentaran una mayor resistencia y adaptabi-
lidad que aquellas plántulas que no lo están.
Bioingeniería azul
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También llamada biotecnología marina, es un término utilizado para
describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y
acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo, sus aplicaciones
son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y
productos alimentarios.
Biorremediación y biodegradación
La biorremediación es el proceso por el cual se utilizan microorganis-
mos para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desem-
peñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la bio-
tecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos
para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la micro-
biología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos
campos de investigación in sillico ampliando el panorama de las re-
des metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías molecu-
lares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a
las cambiantes condiciones ambientales.
Los enfoques de genómica funcional y metagenómica aumentan la
comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes de flujo
del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particula-
res, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorreme-
diación y los procesos de biotransformación.
Los entornos marítimos son especialmente vulnerables ya que los derra-
mes de petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de
contener y sus daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a
través de las actividades humanas, millones de toneladas de petróleo
entran en el medio ambiente marino a través de filtraciones naturales.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 27
A pesar de su toxicidad, una considerable fracción del petróleo que en-
tra en los sistemas marinos se elimina por la actividad de degradación
de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades microbianas, en par-
ticular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Ade-
más varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arth-
robacter y Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo. El
derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el pri-
mer caso en el que se utilizó biorremediación a gran escala de manera
exitosa, estimulando la población bacteriana suplementándole nitró-
geno y fósforo que eran los limitantes del medio.
VENTAJAS
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:
Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los culti-
vos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyen-
do las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por fac-
tores ambientales.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 28
Reducción de plaguicidas. Cada vez que un OGM es modificado para
resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el
uso de los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causan-
tes de grandes daños ambientales y a la salud.
Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas y pro-
teínas adicionales en alimentos así como reducir los alérgenos y toxi-
nas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones ex-
tremas lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de
alimentos.
Mejora en el desarrollo de nuevos materiales. La aplicación de la
biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos cate-
gorías diferentes: los efectos en la salud de los humanos y de los ani-
males y las consecuencias ambientales. Además, existen riesgos de
un uso éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.
RIESGOS PARA EL MEDIO AMBIENTE
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad
de polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos ge-
néticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos
cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como
resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son
GM. Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de male-
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 29
za más agresiva o de parientes silvestres con mayor resistencia a las
enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando el equilibrio
del ecosistema.
Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados
genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el
gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una
resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM.
También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo,
como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuen-
cia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño núme-
ro de cultivos modificados genéticamente".
En general los procesos de avance de la frontera agrícola en áreas tro-
picales y subtropicales suelen generar impactos ambientales negativos,
entre otros: procesos de erosión de los suelos mayor que en áreas tem-
pladas y pérdida de la biodiversidad.
RIESGOS PARA LA SALUD
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de
crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una es-
pecie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los la-
boratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección,
en cuatro grupos:
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 30
Agente biológico del grupo 1: aquel que resulta poco probable que
cause una enfermedad en el hombre.
Agente biológico del grupo 2: aquel que puede causar una enferme-
dad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores,
siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo
generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 3: aquel que puede causar una enferme-
dad grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabaja-
dores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo
generalmente una profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 4: aquel que causando una enfermedad
grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores,
con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y
sin que exista generalmente una profilaxis o un tratamiento eficaz.
DESVENTAJAS
Los procesos de modernización agrícola, además del aumento de la pro-
ducción y los rendimientos, tienen otras consecuencias.
Una de ellas es la disminución de la mano de obra empleada por
efectos de la mecanización; esto genera desempleo y éxodo rural en
muchas áreas.
Por otro lado, para aprovechar las nuevas tecnologías se requieren
dinero y acceso a la tierra y al agua. Los agricultores pobres que no
pueden acceder a esos recursos quedan fuera de la modernización y
en peores condiciones para competir con las producciones moder-
nas.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 31
APLICADA EN LA AGRICULTURA
¿En qué consiste y qué aplicaciones tienen las técnicas y materiales de
bioingeniería?
La bioingeniería aplicada a la restauración de ríos y riberas consiste en
el uso de las plantas vivas o partes de estas conjuntamente con otros
materiales naturales (madera, rocas, mantas y redes orgánicas, metal) y
otros sintéticos (geotextiles, redes y geomallas de polipropileno, etc.),
incorporando y aprovechando los elementos locales (suelo, topografía,
microclima, etc.) para conseguir objetivos estructurales en una
actuación de restauración fluvial. Algunos autores prefieren el uso del
concepto de ecoingeniería (ingeniería ecológica) que incidiría sobre el
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 32
hecho de que se trata de técnicas de ingeniería adaptadas a la
conservación de los ecosistemas.
Puede decirse que la bioingeniería, además de cumplir con objetivos
estructurales, es un motor que facilita y acelera los procesos naturales
de estabilización de márgenes y restauración de los ecosistemas
fluviales en aquellas ocasiones (la mayoría de ellas en la práctica), en
las que resulta imposible asumir los costos y plazos que supondría dejar
que la naturaleza actúe por sí misma.
Una diferencia evidente entre la ingeniería convencional y la
bioingeniería es que en la primera priman los objetivos de control sobre
la naturaleza para obtener escenarios estáticos (se impone un cauce
determinado y unos condicionantes al río).
En el caso de la bioingeniería se pretende actuar desde una visión
integrada, que no renuncia al dinamismo fluvial, al río como ente vivo
que evoluciona; aunque sí se modifican los plazos y a veces se pretende
también dirigir determinados aspectos de dicha dinámica para obtener
cierto grado de control y capacidad de predicción. Pero en cualquier
caso se dará prioridad al mantenimiento del contraste entre los
procesos torrenciales y los continuos, tan característico del ámbito
mediterráneo.
Este contraste es imprescindible para que nuestros ríos sigan vivos y
con conexión entre el cauce y las terrazas, lo que posibilitará que sigan
siendo fuente de agua disponible y cercana.
La bioingeniería tiene la posibilidad, no sólo de cumplir con objetivos
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 33
estético-paisajísticos y de recuperación de los ecosistemas fluviales,
sino que además es una buena forma de alcanzar objetivos
estructurales manteniendo la dinámica fluvial. Por tanto se conforma
como una herramienta idónea aplicada a la restauración fluvial.
La bioingeniería también se presta como herramienta idónea en
proyectos de naturalización de intervenciones de carácter más duro o
de mejora ambiental en tramos donde las alteraciones (o parte de ellas)
que han modificado el cauce son irreversibles o socialmente
irrenunciables.
Debemos tener en cuenta ciertos factores cuando se trabaje en la
elaboración de proyectos de restauración basados o que hagan uso de
la bioingeniería:
Principio de cautela. Es importante intervenir discretamente. No se
trata por tanto de plantear grandes actuaciones basadas en
macroproyectos que difícilmente puedan modificarse sobre la marcha.
No olvidemos que trabajamos con un ente vivo, el río, el cual siempre
nos podrá sorprender en función de multitud de parámetros naturales
que al decantarnos por la bioingeniería hemos decidido no mantener
bajo control estricto. Es preferible actuar por fases, analizando las
respuestas del río y modificando las propuestas iniciales de las fases
siguientes adaptándolas para una mejor garantía de cubrir los objetivos
de nuestra actuación.
Intervenimos en un proceso y en un momento concreto. No
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 34
debemos perder de vista que considerando al río como un ente vivo,
aceptamos que estamos interviniendo de manera concreta sobre un
proceso dinámico. Por tanto es importante estudiar en detalle la
ecología del río y la dinámica fluvial (hidráulica, geomorfología,
regulación, etc.), y su tendencia de evolución, antes de plantear las
actuaciones de restauración. Hemos obviado comentar aspectos
socioeconómicos como la participación ciudadana, que entendemos
fundamentales en el planteamiento de los objetivos de la restauración
pero que se abordan en el ¿Cómo abordar un proyecto de restauración
fluvial?
Flexibilidad y adaptación. Como se deriva de los elementos
anteriores, los proyectos de bioingeniería deben adaptarse a cada
situación concreta, por lo que, salvo generalizaciones con carácter
orientativo, no puede hablarse de actuaciones tipo para casos tipo.
Autosostenimiento de las actuaciones. Sin perder de vista que el
mantenimiento de toda actuación de restauración es básico y
fundamental para conseguir los objetivos propuestos y por tanto el éxito
de la intervención, si podemos afirmar que una vez pasado este período,
es la naturaleza la que se hace dueña de la situación y de acoger
nuestra actuación haciéndola parte de sí misma, integrándola en su
propia dinámica. Por tanto también podemos afirmar que las
intervenciones exitosas basadas en la bioingeniería son más duraderas.
Debe aclararse, no obstante, que los proyectos de naturalización o
mejora ambiental sobre estructuras de ingeniería convencional
(encauzamientos blandos, revegetación de escolleras, naturalización de
materiales basados en el hormigón, etc., es posible que no siempre
puedan alcanzar el objetivo de “autosostenimiento” y que por tanto, al
igual que ocurre con la gestión de parques y jardines en las ciudades,
requiera de un mantenimiento permanente, aunque mínimo si las
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 35
actuaciones se diseñan correctamente.
Seguimiento de las actuaciones. Partiendo de la idea de que quizás
lo más correcto conceptualmente hablando es entender a los proyectos
concretos como fases de los procesos de verdadera restauración fluvial.
El seguimiento y evaluación de las intervenciones se hace
imprescindible, pues las fases sucesivas dependerán del grado de éxito
y respuesta del medio a las fases previas de la restauración.
Dentro de las consideradas como técnicas de bioingeniería se puede
hablar de tres grandes bloques: técnicas de ingeniería naturalística,
técnicas de ingeniería biofísica y técnicas de ingeniería estructural
vegetable.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 36
Son muchísimos los condicionantes que han de considerarse tanto a
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 37
nivel de la administración u organismo responsable de promover un
proyecto, como por parte de los técnicos responsables de la redacción
de dichos proyectos y de las empresas ejecutoras:
Actuaciones a largo plazo. Objetivos sin plazo fijo. Aunque esto sea
difícil de comprender en ocasiones desde la administración, la propia
opción del uso de la bioingeniería debería partir de una idea de la
restauración tal y como se ha descrito en el Tema ¿Cómo abordar un
proyecto de restauración fluvial?.. Especialmente si consideramos que
las intervenciones deben quedar abiertas a retroalimentarse de la
respuesta del río a nuestras actuaciones concretas. Es posible, de todas
formas, establecer objetivos prácticos e indicadores que permitan
evaluar cuándo las desviaciones de los objetivos previstos para la
restauración que pudieran advertirse, derivan de fallos en el diseño, de
fallos en la ejecución, o bien de ese grado de incertidumbre y ese
espacio de libertad y respuesta que dejamos al río.
Especialización de empresas y personal. Existen pocas empresas
que realmente estén especializadas en el uso de la bioingeniería para la
restauración fluvial, sobre todo por el escaso grado de implantación
hasta el momento de estas técnicas y tecnologías. Pero se hace
necesario contar con ellas si se quiere garantizar el éxito de las
actuaciones, pues es necesario contar con personal especializado y
sensibilizado. Las habituales intervenciones de restauración se
adjudican a empresas constructoras ya que combinan técnicas de
bioingeniería o plantaciones con obras de carácter civil. Esto hace que
finalmente la mano de obra no la realicen empresas.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 38
Por todo ello recomendamos para el caso de intervenciones que
combinen ingeniería civil y partidas de bioingeniería que éstas se liciten
por separado siempre que sea posible.
Tiempo para producir la planta. En muchas ocasiones no se advierte
en los proyectos que para producir algunos materiales de bioingeniería
vegetados (como alfombras vegetadas, biorrollos vegetados, unidades
de planta estructurada en fibra, etc.), es necesario contar con unos
meses de tiempo. Por tanto esto debe ser tenido en cuenta y quedar
contemplado en las fases de desarrollo de los proyectos.
Protección frente al ganado. Es muy importante garantizar la
protección de las intervenciones de bioingeniería frente al ganado que
pudiera existir en la zona. En ocasiones bastará con acuerdos con los
propietarios de las reses o con los pastores. Si fuese necesario para
establecer garantías, habrá que contemplar el vallado de la zona de
intervención al menos durante los primeros tres a cinco años
posteriores a la ejecución.
Mantenimiento. Se trata de uno de los principales problemas
detectados en las intervenciones realizadas hasta la fecha, la falta de
mantenimiento y seguimiento de los proyectos. Cuando trabajamos con
plantas el mantenimiento es un condicionante indispensable. En
ocasiones, si nos encontramos ante proyectos de verdadera
restauración que buscan objetivos de autosostenimiento a largo plazo,
se tratará de un mantenimiento basado en riegos (cuando proceda) y
reposiciones de materiales y plantas en los primeros años posteriores a
la intervención.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 39
Si son actuaciones de naturalización o maquillaje de estructuras de
ingeniería civil (naturalización de escolleras, canalizaciones, etc.),
debemos entender que en la mayoría de los casos el mantenimiento
deberá ser permanente, pues siempre estaremos considerando un
medio no natural en el que las plantas no podrán desarrollar
comunidades y estructuras como lo harían en un medio sin intervenir, y
por tanto su perdurabilidad tendrá muchos condicionantes y estará
limitada en tiempo y espacio.
Integración social de las actuaciones. Un aspecto muy importante
para el éxito de las intervenciones de bioingeniería es la implicación de
la población y de los propietarios de las tierras aledañas, como lo es en
general en los proyectos de restauración.
Explotación biotecnológica de las plantas que se centra en las técnicas
de cultivo de tejidos vegetales para la producción de metabolitos
secundarios, a partir de cultivos en masa y la utilización de técnicas de
ADN recombinante.
VENTAJAS:
La biotecnología se ha aplicado a numerosas plantas y se han producido
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 40
variedades con nuevas características, que se han ido conservando para
el beneficio del hombre.
Destacan entre ellas:
Protección contra ciertas plagas: Pueden ser insectos, enfermeda-
des o virus, estas plantas fabrican las proteínas o sustancias que las
protege del ataque.
Resistencia a herbicidas: Los herbicidas se utilizan para la elimi-
nación de malas hierbas, y estos cultivos no se ven afectados por los
productos que lleva la sustancia.
Producción de alimentos con mejores características para nuestra
salud o gusto: Estos alimentos modificados tienen una característica de
beneficio, como el arroz dorado que posee mayor vitamina A y puede
ayudar a su prevención de deficiencias de la misma.
Mayor resistencia a condiciones ambientales adversas: Fue im-
portante para las zonas poco productivas por sequía, heladas o salini-
dad.
Nuevos usos industriales: Producción de plásticos biodegrada-
bles, vacunas comestibles (producción en patata, etc.), modificaciones
externas para su comercialización, como los colores en las flores.
Técnicas de propagación: Trata de la obtención de una planta por
su división o de pocas células. Utilizándose en viveros para la produc-
ción de numerosas plantas iguales.
APLICADA EN LA FARMACIA
Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros producidos por varios
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 41
microorganismos, que los acumulan intracelularmente como material
de reserva. Los PHA son materiales con propiedades similares a las de
los polímeros sintéticos comerciales, pero además son biodegradables,
por lo que su utilización no contribuye a la acumulación de residuos
persistentes. También son compatibles con los sistemas biológicos, lo
que los hace aptos para aplicaciones en el área médico-farmacéutica.
Uno de los mayores problemas en la comercialización de los PHA, es su
alto costo de producción, por lo que para hacerlo más rentable, se ha
propuesto el uso de desechos agro-industriales como medio de
fermentación, mejoras genéticas de los organismos productores, y
aplicaciones de alto valor agregado.
Polihidroxialcanoatos
La Bioingeniería trabaja en la producción de PHA seleccionando cepas
capaces de sintetizar el biopolímero a partir de residuos
agroindustriales como suero de leche y glicerina (subproducto de la
producción de biodiesel). Se realiza la caracterización del polímero
producido con el fin de proponer productos comercialmente atractivos.
En esta línea de investigación se pretende contribuir con una solución
biotecnológica a un problema actual de los plásticos petroquímicos. Se
realizará con un enfoque global en cuanto a la factibilidad técnica, así
como la viabilidad económica y el impacto ambiental que esta actividad
tendrá. La ecología + economía = ecoeficiencia, es el factor clave para
la aceptación generalizada de los productos menos contaminantes.
Selección y caracterización de cepas en ecosistemas de la Antártida
para la producción de enzimas, biopolímeros y metabolitos, como forma
de conservación y desarrollo biotecnológico de los recursos genéticos.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 42
Antártida
Uno de los abordajes para la obtención de nuevas biomoléculas de
aplicación industrial y biotecnológica es su búsqueda en ecosistemas
que presenten características especiales como las encontradas en el
continente Antártico. Allí se soportan temperaturas muy bajas, niveles
de irradiación elevados, alto contenido de oxígeno y de vapor de agua
en el aire, además de una luminosidad característica.
La adaptación de los microorganismos a condiciones ambientales
extremas los obliga a desarrollar componentes celulares y estrategias
bioquímicas apropiadas. En este sentido se acepta que estos
microorganismos constituyen un importante reservorio de moléculas de
interés industrial y con aplicaciones biotecnológicas novedosas.
Por ejemplo los microorganismos adaptados al frío producen lipasas con
elevadas velocidades de catálisis a bajas temperaturas en comparación
con las lipasas de mesófilos o termófilos. La actividad en frío de estas
lipasas puede ser la clave del éxito en algunas de sus aplicaciones a
nivel industrial, por ejemplo como catalizadores en: síntesis orgánicas
de compuestos termolábiles, detergentes (lavado en frío), manufactura
de quesos, cerveza, vino y de suplementos alimenticios de animales,
ablandamiento de carne y biorremediación ambiental (degradación de
aceite y xenobióticos).
Estudios desarrollados en bacterias psicrofílicas de origen marino
provenientes de la Antártida han demostrado que una alta proporción
de sus ácidos grasos son PUFA´s y que estas bacterias poseen la
propiedad de síntesis de ácido eicosapentaenoico (20:5ω3; EPA) o ácido
docosahexaenoico (22:6ω3; DHA) como estrategia de adaptación a las
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 43
condiciones extremas de dicho ecosistema.
El bajo punto de fusión de estos ácidos grasos insaturados combinado
con su estructura molecular le confieren a la membrana de la célula
ventajas particulares frente a las bajas temperaturas. Actualmente
existe un interés creciente por la producción de estos compuestos por
sus propiedades benéficas para la salud humana (reducción del
colesterol LDL y triglicéridos en sangre, su influencia en el desarrollo
del sistema nervioso, en funciones digestivas y en procesos
inflamatorios, entre otros) ya que dichos ácidos no pueden ser
sintetizados por el organismo humano, lo que ha impulsado la búsqueda
de fuentes diversas para su obtención.
En la actualidad las fuentes de ácidos grasos poliinsaturados están
acotadas a ciertos peces y plantas, encontrándose los mismos como
mezclas heterogéneas que requieren costosas etapas de purificación, y
al krill antártico, que es hoy la fuente fundamental. El encontrar vías
alternativas de su producción significaría disminuir la explotación de
este recurso que es la base de la cadena trófica en los mares del sur.
APLICADA A LA CIENCIA EN LOS ALIMENTOS
Producción y Purificación de Renina Fúngica producida a partir de
Mucor bacilliformis por fermentación en estado sólido
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 44
Renina Fúngica
La renina, o quimosina, es una enzima que coagula la caseína de la
leche y es ampliamente utilizada en la industria alimentaria,
principalmente para la fabricación de quesos. Tradicionalmente se
utiliza la enzima de origen animal, proveniente del cuarto estómago
(abomasum) del ternero que se encuentra en el período de lactancia.
En las últimas décadas se ha producido una disminución de la faena de
dichos terneros, acompañado del aumento de producción lechera y, en
particular, de la industria quesera, lo que ha implicado el desarrollo de
otras formas de producción de enzimas coagulantes de la leche, tanto
para combinarlas con la renina animal o para su sustitución total.
Renina Fúngica
En consecuencia, se han desarrollado distintas enzimas, varias de las
cuales se comercializan actualmente a nivel mundial. Entre ellas se
encuentran preparados de origen microbiano, provenientes de cepas
bacterianas de B. subtilis, B. mesentericus, fúngicas (M. pusillus, M.
bacilliformis, Aspergillus spp.), vegetal (Papaína, Bromelaína) o animal
(Pepsina de cerdo y de pollo).
La fermentación en estado sólido es un método económico y sencillo
para la producción de enzimas industriales, alimentos y sustancias
químicas. Se define como el crecimiento de microorganismos en
ausencia de agua libre. Entre sus principales ventajas se destacan la
posibilidad de soportar condiciones de operación no aséptica, empleo
de materia prima de bajo costo, menor requerimiento energético,
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 45
menor volumen de efluentes a tratar y menores costos de recuperación
de producto.
Durante la fermentación en estado sólido con afrechillo de trigo como
sustrato, el hongo Mucor bacilliformis produce distintas enzimas
extracelulares, entre las que se encuentran la renina; las demás pueden
ser dañinas para el procesado del queso. Por lo tanto, la remoción de
las enzimas acompañantes en un paso suplementario de purificación
puede ser necesario para mejorar los resultados de elaboración de
quesos.
APLICADA AL MEDIO AMBIENTE
Producción de Bioetanol Combustible
Una línea de investigación de la Bioingeniería es la producción de
bioetanol por fermentación de diferentes materias primas (sorgo dulce,
boniato y gramíneas). El tema en estudio es de relevancia a nivel
nacional e internacional. Existe una demanda creciente de fuentes de
energía alternativas y renovables, como el bioetanol, debido al
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 46
agotamiento de las reservas de petróleo a nivel mundial.
A fines del 2007, se aprobó la Ley de Agrocombustibles (N°18195) a
nivel nacional, que tiene por objeto el fomento y la regulación de la
producción, comercialización y utilización de biocombustibles,
establece metas de sustitución de combustibles fósiles por combustibles
nacionales y requisitos medioambientales para la producción entre
otros.
Asimismo tiene como objetvo, reducir las emisiones de los gases de
efecto invernadero en los términos del Protocolo de Kyoto de la
Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático,
contribuyendo al desarrollo sostenible del país.
Bio-Diesel
Esta línea de investigación que se está desarrollando contribuye a
mejorar los principales obstáculos encontrados para la promoción de la
producción nacional de bioetanol: materias primas de bajo costo, no
competidoras con alimentos, integración con otros sistemas
productivos, uso flexible de procesos y de materias primas que
permitan asegurar el suministro del producto, y bajo consumo
energético en la producción.
Tiene en cuenta los aspectos económicos, ambientales y sociales con el
fin de contribuir al desarrollo sostenible del proceso agroindustrial
propuesto.
Como el período de cosecha de los cultivos es usualmente corto (unos
meses), el principal objetivo de esta línea de investigación es mantener
una planta de producción de etanol flexible, que funcione todo el año
utilizando diferentes materias primas.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 47
Se estudian biomasas de las cuales se extraen azúcares directamente
fermentables, materiales amiláceos que requieren un proceso de
hidrólisis del almidón previo a la fermentación, y materiales
lignocelulósicos (un complejo compuesto de varios polisacáridos,
principalmente celulosa y hemicelulosa, y lignina) que requieren un
pre-tratamiento físico/químico y un proceso de hidrólisis de la fracción
carbohidrato para obtener azúcares fermentables.
La utilización de biomasa lignocelulósica para la producción de
bioetanol (llamado actualmente etanol de segunda generación) está
siendo muy estudiada en la actualidad a nivel mundial, debido a su gran
disponibilidad y bajo costo. Sin embargo, la producción a gran escala de
etanol a partir de esta materia prima, todavía no ha sido implementada.
Actualmente, se está trabajando con materias primas no
convencionales: sorgo dulce, boniato y pastos perennes. Se estudia su
potencialidad, y en particular los principales aspectos tecnológicos de
su transformación en etanol.
Específicamente, se está realizando las caracterización química de la
materias primas y evaluando los procesos de obtención de azúcares
fermentables (extracción o hidrólisis).
Se espera seleccionar una tecnología de fermentación apta para el
procesamiento de las distintas biomasas consideradas. Asimismo, se
realiza el modelado y simulación del proceso industrial con el fin de
evaluar el uso eficiente de la materia prima y la energía.
El bioetanol puede realizar una contribución significativa en la
reducción del consumo de combustibles fósiles y en la reducción de
gases de efecto invernadero. No obstante ello, se usan combustibles
fósiles en las operaciones de plantación, cosecha, transporte y
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 48
procesamiento de la materia prima, así como en los procesos de
fabricación del equipamiento e insumos usados. Por lo tanto se requiere
realizar balances de energía y de gases de efecto de invernadero,
durante el ciclo de vida completo, con el fin de evaluar si hay efectos
netos de reducción, aspectos básicos para la sostenibilidad del sistema
productivo.
Esta línea de investigación tiene como objetivo desarrollar una
metodología para estimar el uso de la energía y la emisión de gases de
efecto invernadero durante el ciclo de vida, de modo de evaluar los
efectos netos y usarla como herramienta de gestión y de mejora del
sistema o modelo productivo.
APLICADA A LA MEDICINA
El desarrollo de la Genómica y la Proteómica, así como la aplicación de
la Biotecnología a la Medicina, permitirán identificar los genes que
intervienen en las enfermedades con más prevalencia y desarrollar
fármacos que compensen la actividad de los genes alterados en cada
patología. Asimismo, los avances en la investigación biotecnológica
harán posible, antes de 2010, que pueda conocerse, por ejemplo, qué
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 49
propensión tiene cada individuo a cada tipo de cáncer y detectar
tumores antes de que existan, gracias a la posibilidad de
examinar los 30.000 genes que tiene cada ser humano.
Las cuatro áreas de investigación sobre salud humana en las que la
Biotecnología tiene un mayor impacto son las relativas a diagnóstico
molecular y pronóstico de enfermedades; desarrollo de fármacos;
terapia celular e ingeniería de tejidos y, por último, terapia génica y
vacunas génicas.
La diferencia aportada por la biotecnología moderna es que
actualmente el hombre no sólo sabe cómo usar las células u organismos
que le ofrece la naturaleza, sino que ha aprendido a modificarlos y
manipularlos en función de sus necesidades. La biotecnología tal como
la conocemos actualmente empezó en los años 50 con el
descubrimiento por James Watson y Francis Crick de la estructura de la
molécula de ADN* (ácido desoxirribonucleico) que es donde se
almacena la información genética (la herencia) en todos los seres vivos.
Se ha producido un claro avance en este campo quedando claramente
diferenciadas la Biotecnología tradicional de la moderna. La
Biotecnología tradicional empleaba microorganismos, como bacterias,
levaduras y mohos, para producir diferentes alimentos, como el pan,
queso, vino o cerveza. En cambio, hoy en día utiliza microorganismos
modificados genéticamente, mediante técnicas de ingeniería genética.
Una breve definición de Ingeniería Genética: es una parte de la
Biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 50
sustancias específicas aprovechables por el hombre. Se trata de aislar
el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que sea
más sencillo (y barato) de manipular; lo que se consigue es modificar
las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida
por el hombre, alterando su material genético.
Si nos paramos a pensar en las aplicaciones la lista se hace infinita, ya
que se puede aplicar en muy distintos campos como alimentación,
agricultura, ganadería, medio ambiente o medicina. Una de sus
aplicaciones en medicina más esperanzadora es la Terapia Génica, que
permite tratar a personas con enfermedades genéticas.
Mediante este tipo de terapia se puede curar enfermedades debidas a
la presencia de un gen defectuoso. La técnica empleada consiste en
introducir el gen sano en el individuo y que luego sus células produzcan
la proteína que necesita. Este es el método que se emplea para el
tratamiento de enfermos con fibrosis quística (enfermedad producida
por un gen recesivo). En 1989 se identificó el gen causante de la
misma, lo que permite determinar, mediante un análisis de DNA, si una
persona es portadora o no.
Por ejemplo, una de las principales vías de investigación actuales es la
de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que
el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.
Esta técnica se puede aplicar en enfermedades con alta incidencia, con
el beneficio que eso reporta, como cáncer (melanoma, riñón, ovario,
colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata,…), fibrosis quística,
hipercolesterolemia, hemofilia, artritis reumatoide, diabetes o VIH.
Hay muchas proteínas con un alto interés médico y económico, como
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 51
antibióticos, enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento,
eritropoyetina,), vacunas (vacunas comestibles), proteínas sanguíneas
(ser albúmina, factores de coagulación,), interferón, y un largo etcétera.
Dando un paso más entramos en el campo de la nano-Biotecnología
mediante el cual se puede acceder a nuevos tratamientos locales, que
no afectan el organismo entero, por ejemplo en los trasplantes de
médula ósea, la investigación con células madre, la terapia genética, el
cáncer o la hemólisis. De esta forma resulta posible trabajar con
sistemas de diagnóstico cada vez más diminutos para seleccionar
células determinadas. Así, por ejemplo, en el tratamiento del cáncer de
mama, con la ayuda de partículas magnéticas se pueden eliminar
células malignas aisladas y la paciente evitaría así una intervención
quirúrgica.
La nano-Biotecnología se considera la ciencia clave del siglo XXI, que
promete progresos revolucionarios y nuevas terapias. La Biotecnología
es una ciencia en auge, de la que se hacen eco políticos, periodistas,
farmacéuticas, médicos y la sociedad en general. Por ello, es de gran
utilidad la realización de congresos y encuentros entre diferentes
profesionales que aportan diferentes puntos de vista.
Uno que se celebró recientemente (5 de noviembre de 2010) fue el
organizado por el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas,
Medioambientales y Tecnológicas) y que tuvo por título “Curso de
Biotecnología aplicada a la Salud”. En él se abordó, por ejemplo, el uso
de fármacos biotecnológicos (los cuales emulan a factores biológicos
naturales con la finalidad de potenciar o inhibir un efecto biológico
determinado), que representan el 20 por ciento del total de
medicamentos disponibles en el mercado y el 50 por ciento de los
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 52
nuevos fármacos en desarrollo. También hubo especial interés en
nuevos anticuerpos monoclonales, proteínas recombinantes o vacunas.
BIOINGENIERÍA MODERNA
La creciente complejidad de los instrumentos, de los métodos de
medida e incluso de la interpretación de los datos obtenidos, hace que
los hospitales necesiten de los bioingenieros, con frecuencia jugando
papeles complementarios a los del médico en los equipos clínicos.
Fuera de los hospitales encontrará la oportunidad de trabajar
paralelamente al médico, al psicólogo, al trabajador social y a otras
personas semejantes que comparten la responsabilidad del bienestar
médico de la comunidad en su conjunto.
TALLER DE INVESTIGACIÓN IIBIOINGENIERÍA Página 53
En las Universidades se le necesitará no sólo para la investigación
biológica pura, sino también para que desarrolle nuevos métodos de
medida, de diagnóstico y de análisis, y con toda seguridad irá
encontrando cada vez más oportunidades de trabajo de asesoramiento y
desarrollo en aquellas industrias que han de producir los instrumentos
para la Bioingeniería del futuro.
Por tanto, si se trata de un hombre de carrera y nada más, no necesita
preocuparse de sus perspectivas profesionales. Si además ocurre que
es un altruista, encontrará una satisfacción aumentada. Verá que su
trabajo consiste en canalizar la moderna tecnología, que con tanta
frecuencia ha trabajado para la destrucción, hacia el beneficio de sus
semejantes.
La Bioingeniería hoy, en Argentina, está creciendo y estableciéndose
como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado actual
como en el área de la investigación. No obstante, aún son muchos los
profesionales de la salud que desconocen qué es la Bioingeniería y
cuáles son sus aplicaciones.
La apertura del mercado actual, tanto en la importación como en la
exportación de nueva y compleja tecnología médica, como también, la
falta de normativa clara que rija en todos los aspectos de esta
tecnología, hacen que la demanda de bioingenieros se haga cada vez
más relevante en este mercado y que ámbitos prestadores de la salud
requieran de sus servicios.
La bioingeniería es una ciencia muy joven, pero tiene un futuro prome-tedor.
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Ramas en las que se desarrolla la bioingeniería:
Las ramas en la que se desarrolla son: biomecánica, bioinformática, ór-ganos artificiales, bioóptica, biosensores, imágenes médicas, procesa-miento de señales, telemedicina, ingeniería clínica y la ingeniería de re-habilitación, se debe tener en cuenta que cada cierto tiempo aumenta un campo o se subdividen para ser estudiadas por separado. A conti-nuación se muestra las ramas de mayor uso:
1. Biomédica o Biomedicina
Se utiliza técnicas de la ingeniería para aplicarlas en el campo de la me-dicina de esta manera poder diseñar y construir equipos médicos, dis-positivos de prevención y diagnóstico, imagenologia medica, prótesis y de terapia.
Imagen de una mano robótica, la cual se usa como prótesis en la biome-dicina
2. Biomecánica
La biomecánica es una derivación de los conocimientos de la físi-ca cuyo objetivo es estudiar los efectos de las fuerzas mecánicas en los seres vivos y las estructuras de los mismos, de esta forma se previe-ne cambio por ciertas alteraciones y se puede mejorar con métodos de intervención artificiales.
La Biomecánica es utilizada en las disciplinas como: medicinales, depor-tivas, industriales, ambientales.
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Imagen que representa las Funciones Musculo Esquelética (MEF) desde una Perspectiva Biomecánica
3. Órganos Artificiales
Hoy en día las listas de espera para recibir un órgano de un donante son largas, y hay casos en los que el paciente fallecen por no recibir los órganos a tiempo, además en caso de que se realiza el trasplante de un órgano con éxito el paciente debe tener una dieta adecuada e ingerir in-munodepresores durante el resto de su vida para que su organismo no rechace el nuevo órgano.
Al analizar estos problemas se crea nuevas partes corporales con célu-las madres de los pacientes, siguiendo el siguiente proceso de fabrica-ción:
Para Estructuras planas como la piel, que son las más fáciles de fabri-car, están hechas solo por un tipo de célula.
Para los tubos o como los vasos sanguíneos y las uretras, se utiliza dos clases de células y actúan como conductos.
Para órganos huecos no tubulares, como la vejiga y el estómago, que tienen estructuras y funciones más complejas.
Para órganos sólidos, como el hígado, el corazón, los riñones y los intes-tinos, son los más complicados de fabricar ya que están compuestos de varias clases de células, también presentas problemas con el suministro de sangre.
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Imagen en donde se muestra órganos vitales (corazón, hígado, pulmón, riñón) y su forma artificial
Aplicaciones de la Bioingeniería
La bioingeniería puede tener gran diversidad de aplicaciones, entre las que se pueden destacar aquellas que han tenido mayor impacto social.
1. Bioingeniería en la Veterinaria
La Veterinaria también es un campo en el que ha incursionado la Bioin-geniería y, basándose en una de sus ramas de desarrollo como es la Bio-mecánica, ha logrado que un felino, al cual, sus patas traseras se unen a su tobillo a partir de una técnica de bioingeniería que imita la manera en la que crece la cornamenta de un reno, en este caso se colocó una pieza de metal y una pestaña sobre la cual crece la piel y así convertirse en un hueso extremadamente duro.
Imagen que muestra un implante de una pieza metálica en las patas tra-seras de un felino
2. Bioingeniería en la Otorrinolaringología
La Bioingeniería y la Telemedicina ha sido de gran utilidad para un lo-gro dentro del campo de la Otorrinolaringología en donde se han crea-do orejas artificiales gracias a las impresoras en 3D, estas orejas artifi-
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ciales se ven y actúan como orejas reales ya que han sido fabricadas a base de un gel hecho de células vivas.
Las orejas artificiales han demostrado ser flexibles e incluso se ha desa-rrollado su propio cartílago para reemplazar el colágeno con el cual se moldean. El primer implante humano en un oído se puede realizar en aproximadamente 3 años.
Imagen en donde se muestra la oreja artificial fabricada de un gel he-cho de células vivas
3. Bioingeniería en la Oftalmología
Un prototipo de una retina artificial es el resultado de fusión de la inge-niería, la biología y la óptica, y estaría en capacidad de solucionar va-rios problemas de ceguera, este dispositivo se lo podría considerar como una implante bio-electrónico debido a que transmite imágenes al cerebro por una conexión del diámetro de un cabello humano, al colo-carlos detrás de la retina funciona como un el prototipo funciona como un transmisor de luz, el dispositivo no devolver una visión perfecta pero si se podrá diferenciar entre objetos y obstáculos alrededor.
Imagen que muestra un prototipo de una retina artificial
La desventaja de este prototipo es que no funciona con personas que tengan las células del nervio óptico dañadas, tampoco serviría para per-sonas que son afectadas por glaucoma o son ciegas de nacimiento, la forma de este implante será muy pequeño y resistente al medio ambien-
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te su tiempo de vida útil luego de ser implantado seria de 10 años apro-ximadamente.
BIOSENSORES
En el año 1962 surgió el primer concepto de biosensor (biosensor de glucosa, Clark, 1962). Desde entonces, el campo de investigación so-bre biosensores ha ido creciendo de una forma exponencial hasta con-vertirse en un área fundamental de trabajo. [19]
Definición:
Un biosensor se lo puede definir como un dispositivo al cual se le incor-pora sustancias biológicas y se puede obtener mediciones de sustancias en ciertos medios, la función específica de un biosensor es traducir el cambio químico que se produce por la presencia de un compuesto bioló-gico en una señal eléctrica que sea procesable dentro de un límite de tiempo determinado.
Imagen de un biosensor, que transforma procesos biológicos en señales eléctricas
Composición de los Biosensores
Por lo general un biosensor tiene tres componentes las cuales son:
1. Detección Biológica: un elemento de detección biológica sensible por ejemplo, tejidos, microorganismos, organelas, receptores celulares, en-zimas, anticuerpos, ácidos nucleicos, etc.
2. Transconductor: un transductor o el elemento de detección el cual funciona de un modo físico- químico que transforma la señal resultante de la interacción del analito con el elemento biológico en otra señal que puede ser más fácil de medir y cuantificar.
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3. Señal Eléctrica: procesadores de señal que es la que presenta los re-sultados en un impulso eléctrico
Características de los Biosensores
Una de las características de los biosensores es que puede analizar sus-tancias biológicas en tiempo real y sin necesidad de un marcador, a di-ferencia de cualquier análisis clínico o biológico en el cual un marcador es indispensable.
Son sensibles, tienen gran precisión y selectividad gracias a que el re-ceptor y el transconductor están integrados. Algunos biosensores tie-nen la capacidad de detectar y cuantificar células cancerígenas en cuestión de unos minutos.
Células cancerígenas que puede detectar un biosensor
Otra característica de algunos biosensores es que emiten una fluores-cencia al detectar el parámetro biológico o químico buscado.
Imagen de un biosensor que emite fluorescencia al detectar parámetros bilógicos buscados
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También se caracterizan por ser de reducido tamaño y tener gran por-tabilidad. Dependiendo del medio en el que se empleen, los biosensores se necesitaran un receptor específico a continuación su clasificación:
· Receptor Electroquímico: el cual determina corrientes eléctricas aso-ciadas con los electrones involucrados en procesos redox, usan electro-dos selectivos para ciertos iones o determinan cambios en la conductan-cia asociados con cambios en el ambiente iónico de las soluciones.
· Receptor Termométrico: utiliza dispositivos termistores que registra-ran las pequeñas diferencias de temperatura producidas por las reac-ciones bioquímicas.
· Receptor Piezoeléctrico: en donde la variación de la frecuencia de re-sonancia de un cristal piezoeléctrico se comporta linealmente con la densidad de masa superficial depositada sobre él.
· Receptor Óptico: en donde el componente biológico inmovilizado es una enzima ligada a un cromóforo que al absorber energía se excita para así emitir diversos colores.
Biosensores que detectan moléculas asociadas al cáncer
En la Universidad de California se ha diseñado un transistor pequeño con el fin de observar moléculas individuales que se encuentran en la sangre, el agua y los alimentos, el transistor está fabricado con un na-notubo de carbono y vinculado a una enzima de nombre lisozima.
Esto ha llevado pueda detectar otras moléculas que estén relacionadas de forma temprana con el cáncer.
Además el sistemas de monitoreo que se usa para detectar moléculas o células cancerígenas, también se lo puede utilizar para detectar otros tipos de enfermedades.
Una molécula de lisozima en contacto con el nanotubo de carbono en una recreación del transistor diseñado por los investigadores de la UCI.
Aplicaciones de los Biosensores
Existen varias aplicaciones de los biosensores ya que es una ciencia nueva y en desarrollo, a continuación se detallan algunas aplicaciones:
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· Monitorización de la glucosa en pacientes con diabetes.
· En condiciones ambientales de aplicación como la detección de pesti-cidas y contaminantes del agua de un rio, lago o el mar.
· Se utilizan para el control de calidad de materias primas, productos fi-nales y proceso.
· También son usados para determinar las características organolépti-cas de los alimentos.
· La teledetección de bacterias que se propagan en el aire.
· La determinación de los niveles de sustancias tóxicas antes y después de la biorremediación.
· La detección y la determinación de los organofosforados.
· Determinación de residuos de medicamentos en los alimentos, como los antibióticos y promotores del crecimiento.
· Detección de tóxicos metabolitos tales como las microtoxinas.
Aplicaciones de los Biosensores en el futuro
En el futuro se espera que los biosensores tengan mayor uso en la me-dicina y puedan implantarse en el ser humano, con lo cual se lograría realizar controles en tiempo real y diagnóstico de enfermedades, de esta manera se alcanzaría la longevidad en los seres humanos. Se debe-rá tener en cuenta que los biosensores deben ser fabricados de materia-les que no alteren el funcionamiento del organismo y que cumplan sus funciones dentro del mismo.
Uno de los materiales que se analizan para estos biosensores es el gra-feno, el cual tiene capacidad para conducir electricidad, y su posible biocompatibilidad, al ser un material basado en el carbono.
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CONCLUSIONES
La bioingeniería es una ciencia que sigue en desarrollo, tiene un futuro
muy prometedor debido a que su fusión con varias campos como la
mecánica, veterinaria, oftalmología, han hecho avances beneficiosos
para los seres humanos, una de las fusiones más prometedoras es con
la medicina en donde se crea prótesis, se crea órganos artificiales, se
crean implantes, etc. En cuanto a los biosensores son dispositivos que
en un futuro se espera nos permitan gozar de una buena salud, las
aplicaciones que se les da son en el medio ambiente, la medicina,
fármacos, etc.
La bioingeniería es la aplicación de la ingeniería con la medicina y está
basada en los estudios eléctricos, mecánicos, ópticos, físicos y
biológicos que nos sirven para modificar o controlar biosistemas tanto
en los animales como en los seres humanos.
La bioingeniería también es una aplicación de conocimientos,
desarrollo, creación y producción de artefactos o dispositivos como
beneficio para la humanidad. La bioingeniería se basa
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fundamentalmente en las siguientes disciplinas: Biomateriales,
Biosensores, Biotecnológica, Dispositivos protésicos y órganos
artificiales, Efectos biológicos de los campos electromagnéticos,
Fenómenos de transporte, Imágenes médicas, Bioinformática,
Ingeniería clínica, Ingeniería para la rehabilitación, Instrumentación
biomédica, modelado; simulación y control de la fisiología.
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PROYECTO: “PRÓTESIS PARA AMPUTACIÓN PARCIAL DEL
BRAZO”
¿QUÉ ES UNA PRÓTESIS?
Es un dispositivo diseñado para reemplazar una parte faltante del
cuerpo o para hacer que una parte del cuerpo trabaje mejor. Los ojos,
los brazos, las manos, las piernas o las articulaciones faltantes o
enfermas comúnmente son reemplazados por dispositivos protésicos.
Debido a que las prótesis en su mayoría son de un costo un poco
elevado, no están al alcance de una gran cantidad de personas que
necesitan de ellas.
El propósito de esto es dar utilidad al muñón (parte amputada)
brindándole herramientas para poder sobrellevar actividades rutinarias
que causan algún tipo de complicación en la mayor parte de las
personas que sufren esta discapacidad.
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Lo que se planea lograr, es la fabricación de una prótesis resistente que
de comodidad a la vida de una persona con este impedimento sin hacer
un gran gasto, por eso en éste proyecto se utilizarán materiales
reciclables que se pueden encontrar en lugares comunes.
Además de hacerlo o fabricarlo de una manera sencilla y en poco
tiempo poder disfrutar de los beneficios de éste simple prototipo.
MATERIAL A UTILIZAR
- 2 Botellas de plástico pet.
- Plastilina.
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- Tubo de PVC de ½ pulgada.
- 1 pistola de aire caliente.
- 1 venda con yeso.
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- Cuchillo.
- Tijeras.
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- 1 arandela.
- 1 segueta.
- 1 desarmador.
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- Varitas de silicón
Paso 1.-Humedecer con agua la venda con yeso y posicionarla donde se
colocará la prótesis después la dejamos secar.
Paso 2.-Una vez seca con la ayuda de unas tijeras cortamos la férula a
lo largo.
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Paso 3.-Rellenamos la férula con la plastilina para obtener la recreación
del brazo.
Paso 4.- Recortar las botellas.
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Paso 5.- Humedecer la plastilina.
Paso 6.- Moldear las botellas sobre la plastilina usando la pistola de aire
caliente.
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Paso 7.- Para los aditamentos usamos el tubo de PVC cortándolo con la
segueta según el largo deseado.
Paso 8.- Idear aditamentos según la necesidad utilizando las varitas de
silicón para fijar el aditamento al tubo.
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Paso 9.- Hacer una incisión en el pico de la botella para colocar la
arandela y obtener un mejor agarre ajustando con el desarmador.
Paso 10.- Podemos crear infinidad de aditamentos para nuestra prótesis
dependiendo de lo que se necesite e intercambiarlos cuantas veces sea
necesario.
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