Procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas.

Investigadores del Paul Scherrer Institute (PSI) de Suiza, junto con colegas de ETH Zurich y TROPOS, han llevado a cabo un proyecto que buscaba observar procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas y encontrar el efecto de la difusión en la evolución química de estas partículas. Al hacerlo, descubrieron que ciertos radicales son producidos en las partículas atmosféricas, los cuales son preservados dentro las mismas en condiciones atmosféricas cotidianas. Estos radicales pueden ser dañinos para la salud humana. Pablo Corral Arroyo y Peter Alpert, autores de este trabajo, informan sobre sus resultados en la revista Nature Communications. [DESCARGAR PDF]

Pablo Corral Arroyo, uno de los autores de este artículo, es antiguo estudiante de química de la Universidad de Salamanca (promoción 2009-2014) y para nosotros es un enorme orgullo difundir su investigación.

La atmósfera contiene muchas partículas minúsculas en suspensión en el aire que pueden representar un peligro para la salud humana. Las partículas llegan al aire de fuentes naturales como bosques o volcanes. Pero las actividades humanas pueden elevar las concentraciones, alcanzando un nivel crítico y dando lugar a eventos de contaminación atmosférica extrema. Cuantas más partículas floten en el aire, mayor es el riesgo para la salud humana. Las partículas, con un diámetro máximo de diez micrómetros, pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar y ahí ser atrapadas. Estas partículas contienen especies reactivas de oxígeno, también llamadas radicales de oxígeno (ROs), que pueden dañar las células de los pulmones. A parte de transportar ROs a los pulmones, las partículas también tienen la capacidad de generar ROs una vez dentro de los éstos porque contienen sustancias que reaccionan con oxígeno, como cobre o hierro. Estos ROs reaccionan con los ácidos grasos insaturados del cuerpo, que luego ya no pueden servir como bloques de construcción para las células. Los médicos atribuyen neumonía, asma y varias otras enfermedades respiratorias a estos procesos. Incluso el cáncer podría desencadenarse, ya que las ROs también pueden dañar el ADN del material genético.

Desde hace tiempo se sabe que ciertas especies reactivas de oxígeno ya están presentes en partículas en la atmósfera, y que ingresan a nuestro cuerpo (como los ROs) a través del aire que respiramos. Estudios anteriores han analizado las partículas de aerosol con espectrómetros de masas para determinar su composición, pero eso no le da ninguna información sobre la estructura interna de las partículas individuales y lo que está sucediendo dentro de ellas.

En este proyecto los investigadores de Paul Scherrer Institute utilizaron una microscopía de rayos X para observar detalladamente la evolución química de las partículas de aerosol cuando se producen reacciones fotoquímicas dentro de las mismas: “Utilizamos luz del sincrotrón de Paul Scherrer Institute (Swiss Light Source, SLS) para obtener imágenes de partículas mientras transcurrían dentro de ellas reacciones fotoquímicas. No solo pudimos ver esas partículas con una resolución de menos de un micrómetro, sino incluso determinar la evolución de la composición química dentro de las mismas. Utilizamos un reactor desarrollado en nuestro grupo, en el que se pueden simular condiciones ambientales atmosféricas. Puede regular con precisión la temperatura, la humedad y la exposición al gas, y tiene una fuente de luz LED ultravioleta que representa la radiación solar.” explica Pablo Corral Arroyo. Los investigadores examinaron partículas que contienen componentes orgánicos y hierro. En la atmósfera, estos componentes se combinan para formar complejos de hierro, que reaccionan por medio de luz solar, produciendo radicales orgánicos o radicales de carbono (RCs), que a su vez producen ROs cuando hay oxígeno disponible.

Imaged photochemical and oxidative cycling of iron(III)-citrate (FeIIICit) inside single aerosol particles.

Las partículas atmosféricas pueden ser muy viscosas, como un chicle o incluso como una piedra, o líquidas como el agua, dependiendo de su composición y de las condiciones atmosféricas (temperatura y humedad). Por esta razón, la difusión de oxígeno y de ROs a través de ellas puede llegar a ser muy lenta. Los investigadores de Paul Scherrer Institute encontraron que en un día húmedo (partículas no son viscosas), una gran proporción de estos ROs difundiría fuera de las partículas al aire. En ese caso, ya no representa un peligro adicional si inhalamos las partículas, que contienen menos ROs. “Sin embargo, en un día seco, cuando las partículas son viscosas, estos radicales se acumulan dentro de las partículas y consumen todo el oxígeno disponible en segundos y los ROs y RCs permanezcan atrapados en la partícula”, puntualiza Peter Alpert, “Cuando estas partículas entran en los pulmones se encuentran con condiciones de humedad alta, por lo que los ROs acumulados pueden ser liberados y los RCs pueden reaccionar con el oxígeno, que rápidamente difunde dentro de las partículas, produciendo más ROs, los que a su vez también son liberados.”

En su estudio en Nature Communications indican que las concentraciones más altas de ROs y RCs se forman a través de la interacción del hierro y los compuestos orgánicos en las condiciones climáticas usuales: por debajo del 60 % de humedad y temperaturas alrededor de los 20 °C, también condiciones típicas de las zonas de interior. “Como hemos determinado ahora, estas fuentes de radicales conocidas pueden reforzarse significativamente en condiciones diarias completamente normales”, remarcan los autores “Aproximadamente una de cada veinte partículas es orgánica y contiene hierro.”

Estas reacciones no están limitadas a complejos de hierro. “Sospechamos que estos procesos ocurren con otras especies con actividad fotoquímica presentes en partículas atmosféricas. Quinonas, imidazoles u otros complejos de metales son otras especies que podrían reaccionar de esta forma”, concluye Pablo Corral Arroyo.

Publicación original:

“Photolytic Radical Persistence due to Anoxia in Viscous Aerosol Particles” Peter A. Alpert, Jing Dou, Pablo Corral Arroyo, Frederic Schneider, Jacinta Xto, Beiping Luo, Thomas Peter, Thomas Huthwelker, Camelia N. Borca, Katja D. Henzler, Thomas Schaefer, Hartmut Herrmann, Jörg Raabe, Benjamin Watts, Ulrich K. Krieger, Markus Ammann. Nature Communications, 12, 1769 (2021)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21913-x

Nuevos medios de contraste multimodales para diagnóstico por imagen.

Álvaro García Ramos. Nuevos medios de contraste multimodales para diagnóstico por imagen. [Tesis doctoral], 2021. Universidad de Alcalá.

Siempre es un placer para nosotros dar noticia de los antiguos alumnos de Zacut y de sus avances a lo largo de los años. En esta ocasión aplaudimos a Álvaro García Ramos, antiguo alumno de la Facultad de Química (2009-2015) que acaba de defender su interesante Tesis doctoral en la Universidad de Alcalá de Henares, recibiendo la máxima nota. Cabe mencionar que es  la primera Tesis Industrial defendida en la Universidad de Alcalá, por lo que felicitamos doblemente al autor.

Al ser una Tesis Industrial, la experimentación se ha realizado en Justesa Imagen SAU (Grupo Juste), el tutor ha sido de la Universidad de Alcalá y los directores han sido personal de Justesa Imagen SAU.

RESUMEN

Este trabajo de investigación surgió de la necesidad de solventar algunas de las principales limitaciones existentes en el mercado actual de los medios de contraste utilizados en el campo del diagnóstico por imagen. Entre ellas, se encuentra la escasez de medios de contraste que puedan ser utilizados tanto de manera independiente en diferentes técnicas de este campo, como en una combinación de ellas. Además, se busca que estos medios permitan mejorar la visualización de ciertas partes del cuerpo, como por ejemplo el hígado, para las que actualmente no se han desarrollado un gran número de medios de contraste realmente efectivos. La extensa experiencia en el campo del diagnóstico por imagen de la empresa Justesa Imagen S.A.U. (Grupo Juste), en la que se ha llevado a cabo la presente tesis doctoral, ha servido para dar respuesta y soporte a la problemática planteada. 

La investigación realizada se podría considerar como multidisciplinar debido a que se han utilizado aplicaciones y conocimientos de diversos campos científicos, como son la química analítica, química orgánica, química inorgánica, química médica, biología, radioquímica, farmacología o farmacocinética.

Una búsqueda bibliográfica exhaustiva y un planteamiento claro de los objetivos a llevar a cabo, ha conducido a la síntesis de unos compuestos con unas características que posibilitan su uso como medios de contraste en el campo del diagnóstico por imagen. Para ello, se ha utilizado un proceso sintético que consta de nueve etapas, en las que se han conseguido obtener un buen rendimiento individual. Se han desarrollado una serie de métodos analíticos con el fin de realizar el seguimiento de las reacciones realizadas y de verificar que los compuestos fabricados tienen una pureza adecuada. Además, se ha realizado una caracterización espectroscópica por medio de diferentes técnicas como 1H RMN, 13C RMN, espectro infrarrojo, punto de fusión, análisis de masas y análisis elemental (microanálisis) que han confirmado su identidad.

Una vez obtenidos los productos cabeza de serie, se han evaluado una serie de parámetros fisicoquímicos como la osmolalidad, solubilidad, coeficiente de reparto, afinidad por proteínas plasmáticas, relajatividad y número de aguas de coordinación y se han comparado con otros medios de contraste que se utilizan en el campo del diagnóstico por imagen como el ácido acetrizoico (rayos X) y el gadobutrol (iRM). Según los resultados obtenidos, se puede concluir que los compuestos obtenidos podrían ser utilizados como medios de contraste en imagen multimodal. También se ha demostrado la seguridad de dichos productos, para lo que se han llevado a cabo estudios in silico e in vitro de estabilidad metabólica, citotoxicidad, mutagenicidad y biodegradabilidad; estableciendo como prioridad la reducción de la investigación con animales. 

Posteriormente se realizaron los estudios de caracterización biológica en las diferentes técnicas de diagnóstico por imagen para los compuestos sintetizados en la presente tesis doctoral. Tanto en iRM como en TAC se obtuvieron buenos resultados en el estudio de calibrador (phantom) y en la imagen in vivo, ya que se pudieron visualizar ciertos órganos del cuerpo humano que eran objeto del presente trabajo de investigación. Además, en la combinación de técnicas de PET/TAC se pudo evaluar la relación de la señal obtenida en los distintos órganos objeto de estudio, a partir de imágenes in vivo y un estudio farmacocinético realizado en función de la dosis del producto administrada.

Con todos estos resultados se ha podido confirmar el uso de los compuestos sintetizados como medios de contraste multimodales para la visualización de diferentes órganos como el corazón, el hígado y los riñones. 

EL AUTOR

  • Licenciatura en Ciencias Químicas. Universidad de Salamanca (2009-2014).
    Prácticas tuteladas en laboratorio Físico-Químico e Instrumental Aquimisa Laboratorios, Salamanca.
  • Presentación de comunicación tipo Póster: Determinación de posibles biomarcadores de cáncer de pulmón mediante HS-PTV-GC-MS. XX Reunión de la Sociedad Española de Química Analítica (SEQA). (Santiago de Compostela, 01-03 julio de 2015).
  • Universidad de Salamanca. Máster de Evaluación y Diseño de Medicamentos, Farmacia (2014–2015). Especialidad en Gestión y Producción en la Industria Farmacéutica.
  • Trabajo de Fin de Máster (TFM): Estrategia de lanzamiento de un fármaco hipolipemiante. (2015). Aplicación de una serie de técnicas en el ámbito de un departamento de Marketing farmacéutico con el fin de comercializar un medicamento hipolipemiante, Merkava®, en el territorio español.
  • Universidad de Alcalá. Doctorado Industrial en JUSTESA IMAGEN SAU (Grupo Juste) en colaboración con la Universidad de Alcalá de Henares. (2017 – 2021)
    Tesis doctoral: Nuevos medios de contraste multimodales para diagnóstico por imagen. (2021). Universidad de Alcalá. Primera tesis industrial defendida en esta Universidad.
  • Desarrolla su labor profesional (desde 2015 hasta la actualidad) en Grupo Juste, grupo empresarial dedicado al sector químico y farmacéutico con sede en Coslada, Madrid, donde actualmente es el responsable del departamento de i+d

Tópicos de Química y Fisicoquímica Ambiental.

Etchegoyen, María Agustina ; Marino, Damián José Gabriel ; Capparelli, Alberto Luis. Tópicos de Química y Fisicoquímica Ambiental : Agua, atmósfera y suelo, transferencia entre compartimientos y transformaciones. [2020].  Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP).

LIBRO COMPLETO

El texto se sustenta sobre tres aspectos centrales: la descripción macroscópica de los fenómenos, el establecimiento de correlaciones entre los fenómenos observados, así como la formulación de hipótesis, modelos y teorías para explicar los hechos experimentales. Se busca mostrar las limitaciones implícitas en los modelos, con el fin de establecer una dinámica entre lo que se observa y lo que se pretende describir en términos de los mismos. En el desarrollo de los temas, la ejercitación y la resolución de problemas está incluida explícitamente en el texto, enfatizando los aspectos en los cuales el estudiante presenta sistemáticamente mayores dificultades de comprensión de las ideas centrales.

El presente texto cubre los aspectos fundamentales de distintos cursos básicos en Química Ambiental, Introducción a las Ciencias Ambientales y Fisicoquímica Ambiental para estudiantes de Ciencias Exactas (Química y Tecnología Ambiental, Química, Bioquímica, Biotecnología y Farmacia), Ingeniería Química y ciencias afines.

La plitidepsina contra el COVID: la necesidad de la investigación básica.

Anna Lithgow, del Servicio de Resonancia Magnética de la Universidad de Salamanca, reivindica la investigación básica con la que halló la plitidepsina, compuesto con múltiples propiedades y que podría ayudar a combatir el COVID.

Hace más de 30 años, cuando acababa de defender su tesis doctoral en la Universidad de Salamanca sobre determinación estructural de productos naturales, en el Departamento de Química Orgánica y bajo la dirección de Pilar Basabe y Julio González, a Anna M. Lithgow le surgió la oportunidad de realizar una estancia posdoctoral en Estados Unidos en el laboratorio de Kenneth Rinehart, en Illinois, contratada por la empresa PharmaMar. “Me pareció interesante porque así lo que había aprendido lo podía aplicar en la rama de los compuestos de origen marino”, señala.

Apenas nueve meses después regresaría a España tras haber descubierto la plitidepsina, un compuesto químico procedente del invertebrado ‘Aplidium albicans’, que es la base del fármaco Aplidin con propiedades para tratar el mieloma y que, según un estudio que lidera el virólogo Adolfo García-Sastre, también formado en Salamanca, tiene una eficacia contra el nuevo coronavirus 27,5 veces superior al antiviral remdesivir. Así se ha probado en ratones, quedan ahora los ensayos clínicos.

“Lo que pensé cuando salió ese estudio es que 30 años después un descubrimiento que en su día no tuvo mucho interés mediático había salido por fin a la palestra”, confiesa y subraya: “Este es uno de los casos donde se muestra claramente la necesidad de la investigación básica, que es un elemento fundamental para la investigación aplicada. No cabe duda de que el grupo del doctor García-Sastre ha hecho un trabajo muy importante con respecto a lo que se ha convertido el gran problema sanitario global, pero si no hubiese existido esa investigación básica previa, el trabajo de García-Sastre no hubiese sido posible, pues el compuesto no se hubiese descubierto, ni su estructura se habría determinado”.

Fue Anna Lithgow quien determinó su estructura. Recuerda que le llamó la atención que el extracto del ‘Aplidium albicans’ era verde oscuro cuando el organismo, extraído del Mar Mediterráneo, cerca de Ibiza, era blanco. Según su teoría, y la de otros investigadores, probablemente fue parasitado en su etapa larval por cianobacterias. Al respecto, Lithgow recuerda que las bacterias “tienen una capacidad increíble de síntesis de compuestos orgánicos de todo tipo”. Los compuestos aislados en este organismo fueron los llamados dideminas. Pero, además, el hallado en el extracto con el que trabajó la investigadora ofrecía unos datos de bioactividad mejores que otros similares. Ante la duda, Anna Lithgow repitió el estudio con la otra parte del extracto original que, explica, siempre se guarda en este tipo de experimentos, y el resultado fue el mismo. Al revivir aquel momento, la investigadora, ahora al frente del Servicio de Resonancia Magnética Nuclear de Nucleus, en la Universidad de Salamanca, incide en otro aspecto muy destacado de su descubrimiento: era mucho más activo, pero también mucho menos tóxico.

Consciente de la importancia de los resultados que había obtenido esta joven posdoctoral, PharmaMar la envió de regreso a España y siguió trabajando para la compañía farmacéutica, aunque pronto se especializó en el uso de un aparato de resonancia magnética y al cabo de un corto tiempo decidió volver a Salamanca a través de una beca de colaboración en la Facultad de Ciencias Químicas. Cuando ya estaba en la Universidad recibió los papeles de la compañía para firmar el “papeleo” que acompañaba a la patente del compuesto. “Mi nombre siempre estará unido a este compuesto y el del doctor Rinehart, ya que se descubrió en su laboratorio”, explica Anna Lithgow que, sin embargo, no quiere ningún tipo de fama, de hecho, aunque su nombre siempre estará unido a la plitidepsina, nunca cobrará los derechos porque renunció.
“Es habitual renunciar porque trabajas para una empresa, pero también es lo que haces cuando trabajas en la Universidad, si haces una patente en la Universidad realmente los derechos son para ella porque trabajas en sus laboratorios, con sus herramientas, etc.”, comenta e insiste: “Lo que me parece muy importante es que se sepa que, tras estudiar en Puerto Rico, yo me formé en la Universidad de Salamanca, que la determinación estructural la aprendí en Salamanca, en el Departamento de Química Orgánica, y con medios escasísimos”, hace hincapié esta mujer nacida en Santo Domingo, aunque se considera italiana y, después de 36 años en Salamanca, charra de adopción. Aprovecha la expectación de la plitisepsina para reclamar más financiación para la investigación básica para alcanzar logros similares

Operaciones con partículas sólidas.

Adecuado para ingenieros en formación o iniciándose en el mundo laboral, este libro cubre las operaciones más importantes relacionadas con las partículas sólidas.

Ortega-Rivas, Enrique. Unit Operations of Particulate Solids, 2010

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A través de claras explicaciones de los principios teóricos y ejercicios prácticos de laboratorio, el texto proporciona una comprensión del comportamiento de los polvos y sistemas pulverizados. También ayuda a los lectores a desarrollar habilidades para operar, optimizar e innovar tecnologías y maquinaria de procesamiento de partículas para llevar a cabo operaciones industriales. El autor explora las operaciones comunes de procesamiento de sólidos a granel, incluyendo la pulverización, la concentración, la fluidificación, la mezcla y la separación sólido-líquido.