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Los desórdenes neurológicos han sido seriamente desestimados por los métodos estadísticos epidemiológicos y de salud tradicionales que toman en cuenta solo las tasas de mortalidad pero no las de discapacidad. En la Argentina se estima que 60.000 personas sufren de Parkinson, 400.000 de Alzheimer y 380.000 de esquizofrenia. De acuerdo a un estudio realizado en 2005, el 2% del presupuesto total anual de Argentina se destinaba a la atención de la salud mental.
La tendencia actual por el diseño y desarrollo de biosensores para el diagnóstico clínico temprano, dispositivos o productos simples y de bajo costo orientados a la biodetección cualitativa o cuantitativa, cubriría la necesidad de diagnosticar tempranamente algunos de los desórdenes neurológicos, para comenzar con el tratamiento respectivo y evitar o al menos retrasar la discapacidad que muchos de estos desórdenes producen en los pacientes. Existe un gran interés por la descentralización del diagnóstico clínico hacia centros de atención primaria, clínicas, unidades hospitalarias de urgencias, ambulancias, lugares de trabajo o el domicilio de los pacientes (point-of-care, POC).
En laboratorio hemos empezado una línea de investigación que se propone desarrollar un bioensayo electroquímico, utilizando electrodos basados en carbono, principalmente glassy carbon, modificados con grafeno reducido (o parcialmente reducido) para la determinación simultánea de dopamina y serotonina en presencia de ácido ascórbico y ácido úrico. Luego se continuará con el desarrollo de un bioensayo más complejo para el diagnóstico de desórdenes neurológicos y/o enfermedades neurodegenerativas.
El grafeno, una nueva especie de material de carbono, ha atraído la atención de la comunidad científica recientemente debido a sus propiedades estructurales y electrónicas únicas, que lo hacen un candidato ideal para la construcción de sensores electroquímicos.
La dopamina es una de las catecolaminas más importantes y representativas en los sistemas: nervioso central, renal, hormonal y cardiovascular. La determinación de dopamina es de gran interés en investigación debido a sus funciones fisiológicas y en el diagnóstico de enfermedades neurológicas resultantes del metabolismo anormal de la dopamina como el Parkinson, la epilepsia, la esquizofrenia y la demencia senil. La determinación electroquímica de dopamina permite obtener límites de detección bajos, pero frecuentemente su determinación es complicada en muestras reales debido a la presencia de varios cofactores coexistentes e interferentes.

Las enfermedades transmitidas por el agua siempre han sido importantes para la salud humana y animal. Incluso hoy en día en los países subdesarrollados, se estima que 25.000 personas mueren diariamente a causa de enfermedades transmitidas por el agua. Los efectos de los microorganismos del agua pueden ser inmediatos y devastadores.
Nuestro proyecto se focaliza en la elaboración de un sistema miniaturizado basado en una tecnología similar a la de los inmuno-biosensores (los aptameros pueden ser considerados como anticuerpos artificiales), que puedan ser utilizados para la detección de microorganismos patógenos en agua y en alimentos. Los aptameros son cadenas cortas típicamente de DNA, de entre 30-80 bases, simple cadena, que son elaborados por un sistema de selección denominado SELEX, y que presentan selectividad del tipo ligando-ligando (son seleccionados para afinidad por determinado ligando). Una vez puesto a punto todas las variables, los biosensores se utilizarán para la determinación de bacterias (Salmonella spp., E. coli, Listeria monocystogenes, etc.) Nos proponemos validar nuestro sistema respecto a los métodos estándar. Nuestro proyecto se encuadra en el Plan Argentina Innovadora 2020 del Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación, en los Temas Estratégicos 20 y 21 (Manejo de Recursos Hídricos y Remediación Ambiental), del sector Ambiente y Desarrollo Sustentable.

monitoreo en tiempo real de bio-procesos es importante e indispensable para la puesta en marcha, monitoreo y toma de decisiones efectivas para evitar perdidas económicas. La solubilización de metales por microorganismos (biolixiviación) ocurre durante semanas, y necesita ser monitoreado para mejorar o mantener su eficiencia, ya que se encuentra influenciada por parámetros químicos y biológicos que necesitan ser regulados en sus condiciones óptimas. La investigación tiene como objetivo final el diseñar y aplicar biosensores para el monitoreo de procesos biomineros, el cual involucrará el desarrollo de biosensores amperométricos, potenciométricos, de impedancia, o otros, que cumplan el objetivo deseado. Se desarrollarán sensores para la determinación de oxidación de hierro, sulfatos, recuperación de producto (cobre u otros metales), microorganismos activos y que posean capacidad bio-lixiviante para diferentes tipos de minerales. Se estudiarán los parámetros que afectan a la respuesta del biosensor con el fin de optimizar el dispositivo analítico. Para ampliar el campo de aplicación de los biosensores construidos y poder determinar la respuesta real, se estudiará el comportamiento con muestras simuladas y reales. La investigación plantea el desarrollo de biosensores que tengan la capacidad de ser fácilmente automatizados para su utilización industrial. Estrechamente relacionado con los objetivos mencionados, se busca entender el proceso de biocorrosión, y diseñar sensores para su monitoreo.

Nuestro grupo de investigación ha descubierto unas aplicaciones novedosas de las celdas de combustible microbianas (dispositivos similares a baterías, pero biológicas), que consiste en utilizarlas como sensores para detección de procesos metabólicos basados en metabolismo heterótrofo. Dado que el metabolismo es una característica común a todos los seres vivos (tal como los conocemos en la Tierra), esto podría ser aplicado a la detección de vida en otros planetas, como Marte. Estos dispositivos presentan algunas ventajas respecto de otros sistemas que han sido utilizados para detectar metabolismo microbiano como los probados en Marte durante la Misión Viking en los años 70´ y de la misma forma podría realizase utilizando las capacidades de misiones móviles robotizadas. Se está trabajando en la ampliación de este concepto para otros tipos de metabolismo presentes en la Tierra.

En nuestro laboratorio estamos desarrollando biosensores basados en el monitoreo del crecimiento y adhesión de células de mamífero sobre microelectrodos interdigitados (IDES). Estos IDES, realizados en oro por fotolitografía, se utilizan con o sin un recubrimiento aislante de nitruro de silicio (N4Si3), y se miden utilizando técnicas de impedancia. Utilizando sistemas microfluidicos (donde se hace circular volúmenes muy pequeños, del orden de la millonésima parte de un litro, entre canales y sobre los electrodos), se puede exponer a las células a distintos efectores o sustancias químicas, de tal manera de poder de manera rápida y en tiempo real estudiar el efecto que esas sustancias pudieran ejercer sobre las células. Estos proyectos se realizan en colaboración con el grupo del Dr. Peter Ertl, del Austrian Institute of Technology, Viena, Austria.
Está en curso un proyecto que apunta el desarrollo de biosensores electroquímicos basados en la hibridización de moléculas de DNA, que permitan de manera específica la detección de secuencias de DNA, que proporcione información relevante para la detección de enfermedades en humanos y animales. Por último, se busca también el desarrollo de biosensores enzimáticos para la detección de lactato en leche; se sabe que este parámetro es un indicador temprano del desarrollo de procesos patológicos en vacas de ordeñe, como por ejemplo la mastitis.

La mastitis es la principal enfermedad que afecta a las vacas lecheras y ocasiona pérdidas en los tambos en un porcentaje promedio de 7% de la producción mundial de leche, lo que representa aproximadamente, para el volumen de leche producida en Argentina (unos 10.000 millones de litros al año). En respuesta a las pérdidas que ocasiona la mastitis, el presente proyecto tiene como objetivo la creación de una empresa (spin-off) denominada Intensive Farm Care Products (INFARM), cuya misión es diseñar y construir equipos analíticos para la detección de problemas sanitarios en bovinos lecheros -y otros animales lecheros-, tales como la mastitis; de forma tal que el veterinario pueda fácilmente diagnosticar y tratar al animal enfermo con anticipación, evitando así parte de las pérdidas y convirtiéndolas en valores positivos en la producción del tambo. Relacionado a este proyecto, se diseña software y hardware que permita manejar eficientemente los rodeos vacunos, proyecto denominado Tambos de Alta Performance (TAP).

Se diseñan biosensores microbianos para determinar parámetros críticos en el área medioambiental, como ser la demanda bioquímica de oxígeno (BOD) y toxicidad en aguas. Para esto, se estudian distintas cepas microbianas utilizando como transductores metabólicos sensores potenciométricos sensibles al dióxido de carbono, o bien sensores amperometricos utilizando electrodos de distintos materiales y ferricianuro como mediador redox (respirometría de ferricianuro). Se está trabajando también con transductores infrarrojos para la determinación de distintos gases relevantes para el seguimiento de procesos metabólicos.
Se han desarrollado sensores para BOD utilizando los transductores mencionados, y se han obtenido muy buenos resultados tanto utilizando muestras simuladas como con muestras reales, sistema que se ha sido patentado por el CONICET. Se ha desarrollado un bioensayo capaz de estimar la toxicidad en muestras de agua, con una sensibilidad mayor a varios métodos estándar. Este sistema de bioensayo microbiano se propone como parte fundamental de un sistema de alerta temprana a ser instalado sobre el Rio Pilcomayo, que permita detectar y alertar acerca de posibles eventos de contaminación por metales pesados esta importante cuenca hídrica, compartida por tres países (Argentina, Bolivia y Paraguay).
Relacionado con este proyecto se está trabajando en el diseño de equipamiento y métodos que permitan la realización o ensayo de una cantidad de normas nacionales e internacionales, basadas en la respirometría de dióxido de carbono, oxígeno y otros gases. Estas normas permiten, por ejemplo, el seguimiento de procesos de biorremediación y compostaje, la determinación de la biodegradabilidad de plásticos y otros materiales, determinar la calidad y estado de suelos agrícolas u otros suelos, entre otros procedimientos y ensayos.

Estudiamos tres tipo de celdas microbianas: celdas de combustible microbianas (MFC) utilizando cultivos puros de especies electrogénicas; celdas de combustible sedimentarias (SMFC) donde se utiliza las comunidades bacterianas nativas de los sedimentos utilizados, y celdas de combustible fotosintéticas (PMFC) basadas en el metabolismo fotosintético.
Las SMFC permiten la producción de pequeñas cantidades de electricidad. Por otro lado y al mismo tiempo, estos sistemas permiten conocer el estado metabólico, actividad y cantidad de bacterias en el suelo sumergido, por lo que son excelentes biosensores metabólicos.
Utilizando cepas anaerobias/facultativas diseñamos MFC no-mediadas. Se utilizan como material biológico bacterias como Shewanella oneidensis, capaces de colonizar electrodos y transferir carga a los mismos. Se está estudiando la capacidad de varias cepas de producir mediadores solubles, capaces de transferir electrones provenientes del metabolismo celular hasta la superficie de un electrodo. Nos proponemos utilizarlos como detectores de BOD y toxicidad en aguas naturales y/o aguas de desperdicio.
Recientemente hemos incorporado el estudio de PMFC mediante sistemas de algas unicelulares y bacterias fotosintéticas, así como sistemas que basados en la utilización de plantas tales como Oryza sativa, Salicornia sp. y Spartina sp.

El objetivo de estudiar la acción de la eritropoyetina (Epo) sobre la migración de células endoteliales se basa en la importancia del proceso de angiogénesis. El endotelio es un órgano complejo capaz de responder a varios estímulos, resultando importante la producción de óxido nítrico (NO), inducida, entre otros factores, por Epo. La demostración de que la migración de células endoteliales está relacionada con movimientos rápidos de agua, sugirió la participación del canal transportador acuaporina AQP1, cuyo rol en este tipo celular aún no ha sido aclarado. Existe evidencia de la inducción de AQPs por Epo, aunque todavía no fue demostrado para AQP1. Como se desconoce si la interacción entre estos factores puede tener un rol en la angiogénesis y dada la importancia fisiopatológica de este proceso, se estudiarán los efectos y mecanismos de acción de Epo sobre la proliferación, migración y formación de túbulos en relación con la modulación de la expresión de AQP1 y la interacción entre AQP1/NO en células endoteliales. En este contexto, resulta importante comparar la acción de Epo con la de su derivado farmacológico obtenido por carbamilación (cEpo), el cual tiene propiedades antiapoptóticas sobre distintos tejidos pero ha perdido su capacidad eritropoyética y se encuentra en etapa de ensayos clínicos.

Los mayores beneficios clínicos de la terapia con eritropoyetina (Epo) están asociados al tratamiento de anemia, disminuyendo la necesidad y, por ende, el riesgo de las transfusiones sanguíneas. Sin embargo, en la actualidad, existe preocupación por la generación de factores de riesgo de enfermedad cardiovascular. En ese contexto, debe considerarse la participación de otros factores, como el aumento de homocisteina circulante, ya que la terapéutica es aplicada en patologías muy complejas, como la insuficiencia renal crónica, pacientes con compromiso cardíaco y/o vascular. Se ha sugerido la interacción homocisteína-eritropoyetina como factor de riesgo de alteraciones cardiovasculares, por lo que se analizan, en un modelo de hiperhomocisteinemia, los cambios estructurales de las proteínas séricas y los mecanismos involucrados mediante la identificación de caminos de señalización.