Herramientas computacionales en el estudio del cáncer de mama

Dra. Hayde Peregrina Barreto
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Es bien sabido que el cáncer de mama ocupa el primer lugar en las enfermedades de la mujer. Actualmente, se desarrolla investigación para poder mejorar la atención clínica mediante tratamientos efectivos, pero ¿cómo podemos ayudar desde la parte computacional?, ¿es posible aportar información relevante desde esta área? Se han desarrollado diversas metodologías que permiten aportar información de interés asociada a condiciones y lesiones presentes en el cáncer de mama y existe la necesidad de tener información complementaria que ayude a los expertos a tomar mejores decisiones, particularmente en la prevención.

Explorando el potencial de la hidroxiapatita en la ingeniería de tejidos y en la remediación ambiental

Dra. María Josefina Robles Águila
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

El término biomaterial se emplea para describir una amplia gama de materiales usados para aplicaciones biomédicas, estos son sustancias biocompatibles, de origen natural o sintético, o una combinación de ambos diseñados para interactuar con tejidos vivos o fluidos biológicos con el fin de evaluar tratar o sustituir a algún tejido, órgano o función del cuerpo, sin afectar de forma adversa a los constituyentes biológicos del organismo. Los biomateriales constituyen uno de los avances más importantes en la medicina actual debido a que mejoran la calidad de vida de los pacientes y nos ayudan a disminuir el tiempo de curación y convalecencia.

Los materiales compositos surgen a partir de la necesidad de crear un efecto de sinergía. Actualmente, los compositos a base de hidroxiapatita (HAp) y óxido de titanio (TiO2) están recibiendo una atención debido a que presentan una mejora en sus propiedades mecánicas, además de que está demostrado que la HAp es un biomaterial ideal en la reparación del daño tisular. Una vez que se incorpora con óxidos metálicos como el TiO2, se produce una mejora en las propiedades mecánicas y anticorrosivas del nuevo material compuesto.

Por otro lado, se han realizado numerosos estudios relacionados con el uso de hidroxiapatita en el campo de la fotocatálisis de diversos contaminantes, la mayoría se centran en el dopaje, sustitución y/o decoración de la hidroxiapatita y la formación de compositos basados en este material. Los compositos HAp/TiO2 y Zn-HAp han demostrado actividad fotocatalítica en contaminantes emergentes como el Bisfenol-A.

Recientes estudios, muestran que los compositos óxido de grafeno reducido e hidroxiapatita (rGO/HAp) han mostrado ser candidatos idales para la preparación de electrodos modificados empleados en el sensado electroquímico de biomoléculas. Esta aplicación deriva de las excelentes propiedades que presenta cada material y que pueden ser modificadas fácilmente; además, se considera que los compositos rGO/HAp son de fácil obtención y podrían utilizarse como biosensores para detectar moléculas de intéres clínico. Se presentaran resultados derivados de la investigación enfocada a las diferentes aplicaciones de la hidroxiapatita y sus compositos.

Tissue photonics: on the way to multimodal imaging and therapy using optical clearing

Prof. Valery V. Tuchin
Saratov State University

Lecture presents principles and advances of tissue optics and photonics. It discusses innovative biomedical applications of laser technologies for multimodal imaging, monitoring of drug delivery, effective phototherapy, and optical communications with implants in the human body. Tissue optical clearing (TOC) method, which controls the optical properties of tissues through the reduction of light scattering using immersion optical clearing agents (OCAs) and other physical modalities, such as short pulse probing or US compression, will be presented. The OCAs impregnate the living tissues of interest and make them transparent during a limited time in a wide spectral range from deep UV to terahertz, providing a higher imaging depth and improved contrast [1-3]. The enhancement of probing/treatment depth and image contrast for human and animal tissues investigated using diffuse reflectance and collimated transmittance spectroscopy, OCT, photoacoustic microscopy, linear and nonlinear fluorescence, SHG, LIBS, and Raman microscopies will be discussed. Numerous experimental data for the diffusion coefficients of biocompatible OCAs, such as glucose, glycerol, PEG, albumin, e-liquids, and contrast agents for CT (Iohexol and Iodixanol) and MRI (Gadobutrol) in normal and pathological tissues (cancer and diabetes) will be presented. The concept of multimodal imaging and therapy will be discussed in terms of combining different modalities with the help of optical clearing while contrasting images obtained by non-optical methods (CT, MRT).

1. L. Oliveira and V. V. Tuchin, The Optical Clearing Method: A New Tool for Clinical Practice and Biomedical Engineering, Springer Nature Switzerland AG, Basel, 2019 – 177 p.
2. V. V. Tuchin, D. Zhu, and E. A. Genina (Eds.), Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging, Taylor & Francis Group LLC, CRC Press, Boca Raton, FL, 2022 – 688 p.
3. V.V. Tuchin, E.A. Genina, E.S. Tuchina, A.V. Svetlakova, Y.I. Svenskaya, Optical clearing of tissues: issues of antimicrobial phototherapy and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews 180 (1), 114037 (2022).
4. I.S. Martins, H.F. Silva, E.N. Lazareva, N.V. Chernomyrdin, K.I. Zaytsev, L.M. Oliveira, and V.V. Tuchin, Measurement of tissue optical properties in a wide spectral range: a review [Invited], Biomedical Optics Express, 14 (1), 249-298 (2023).

Keywords: Laser, tissue, optical clearing, virtual optical window, imaging, phototherapy, multimodality.

Desarrollo de fármacos para enfermedades virales emergentes: tradición y modernidad

Dr. Gerardo Santos López
Centro de Investigación Biomédica de Oriente IMSS

Las enfermedades virales son problemas de salud muy importantes. Las vacunas son las mejores herramientas para disminuir su impacto, sin embargo, no en todos los casos existen vacunas o no siempre tienen la efectividad deseada, por lo que es necesario contar también con tratamientos efectivos. Un problema especial son las infecciones emergentes, las cuales por su novedad en la población humana no cuentan ni con vacunas ni con tratamientos. A lo largo de la historia se han utilizado diferentes formas de obtener medicamentos para tratar las enfermedades. Las distintas culturas han desarrollado y acumulado conocimientos y prácticas fundadas en experiencias para el tratamiento de distintos padecimientos. La medicina tradicional proporciona un vasto conocimiento sobre el uso terapéutico de plantas y ha sido una fuente importante de descubrimiento de compuestos bioactivos. Una de las líneas de investigación de nuestro grupo es la obtención de antivirales para el tratamiento de infecciones virales emergentes, entre ellas dengue, influenza y COVID-19. En esta presentación hablaremos sobre nuestros avances en el desarrollo de antivirales a partir de la búsqueda de principios activos en plantas de uso tradicional para el dengue y metodologías químicas y farmacológicas para su caracterización, modificación y también su análisis mediante aplicaciones bioinformáticas para mejorar su actividad farmacológica.

Dr. Francisco Renero
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Mediante la termografía de la piel plantar muestro que, la termorregulación distal de individuos en riesgo de desarrollar diabetes mellitus tipo 2 es anormal. Esto se concluye después de la analizar los termogramas de individuos sanos (enfermedades negadas y con índice de masa corporal entre 18.5 y 24.9 Kg/m2), individuos jóvenes con sobrepeso u obesidad, e individuos en riesgo de desarrollar diabetes mellitus tipo 2. En la presentación describiré las características principales de los termogramas de los individuos sanos. En particular la distribución de la temperatura en la línea media del pie.

Introducción a las redes neuronales: taller breve

Dr. Roger Chiu Zarate
Centro Universitario de los Lagos Universidad de Guadalajara

A fines del siglo XIX, la llegada de la energía eléctrica comercial desencadenó una revolución industrial sin precedentes. De manera similar, en la actualidad, las redes neuronales están generando una nueva revolución que afecta todas nuestras actividades. La biofotónica y la biomédica no son ajenas a este cambio y están aprovechando los beneficios de las redes neuronales para realizar tareas que de manera convencional serían difíciles de lograr. Como resultado, el número de publicaciones científicas que involucran redes neuronales en estas áreas ha aumentado de manera sorprendente. Por lo tanto, es de gran importancia que los profesionales en estas disciplinas adquieran conocimientos básicos sobre las redes neuronales. Esto les permitirá mejorar su comprensión y capacidad de análisis de la literatura especializada. (Se recomienda llevar computadora con acceso a internet)

Los principios de la estimulación eléctrica transcorneal

Dr. Wilfrido Calleja Arriaga
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Las afecciones en la visión humana, son motivo de atención por parte de las instituciones de salud y laboratorios de investigación, las causas principales son diversas, por lo que la ciencia médica actual con apoyo de la tecnología, buscar resolver los complejos mecanismos que conducen a la pérdida de la visión en diferentes escenarios de anormalidad.

De acuerdo con los datos obtenidos en el Censo de Población y Vivienda 2020, realizado por el INEGI, fue notable un incremento en el número de personas que padecen alguna discapacidad visual, siendo un total de 12 millones 727 mil 653, una cifra alarmante que se prevé tenga un considerable aumento para el año 2030. Por lo que es de gran importancia que a nivel nacional se promueva la investigación, ciencia y tecnología, enfocadas al desarrollo de instrumentación, innovación en técnicas de diagnóstico o alternativas para efectuar tratamientos oftalmológicos.

Los avances en diversas áreas de la ciencia y la tecnología, tales como: medicina, ingeniería biomédica, ciencia de materiales y la técnica de electrónica flexible, ofrecen alternativas para el desarrollo de nuevos prototipos de uso oftalmológico que permitan mejorar métodos de diagnóstico y/o tratamiento de enfermedades que afectan a la retina.

Las técnicas de electrofisiología visual (TEV), son de gran utilidad en el diagnóstico oftalmológico, que permiten detectar y/o localizar alteraciones en la retina. En estos estudios se analiza e interpreta la característica de un potencial registrado sobre la superficie de la córnea, resultante de la actividad eléctrica de las células retinianas en respuesta a un estímulo de luz. Estos estudios son ampliamente utilizados en evaluaciones pre-cirugía, diagnóstico de retinopatías o monitoreo del estado de la retina cuando se realizan tratamientos médicos a partir de fármacos que pueden aliviar algunas alteraciones.

El proyecto que se presenta tiene por objetivo el estudio y diseño de una técnica de aplicación de pequeños campos eléctricos de estimulación sobre la superficie de la córnea, dirigidos a la retina. Esta técnica se denomina Estimulación Eléctrica Transcorneal (EET); con la finalidad de tratar problemas de baja agudeza visual, en protocolos clínicos experimentales en personas con retinopatías, tales como: la Oclusión Arterial Central de la Retina y la Retinitis Pigmentosa.

Biosensores de Impedancia Electroquímica

Dra. Claudia Reyes Betanzos
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

En esta plática se presentará el estado del arte de biosensores con énfasis en biosensores de impedancia electroquímica, mostrando el principio de detección, componentes que integran el biosensor, figuras de mérito, requisitos de operación y medición, aplicaciones y retos. Finalmente se mostrará el diseño y fabricación de un biosensor para detección de Escherichia coli (E.coli) actualmente en desarrollo en el INAOE.

Nanoscience and Nanotechnology: From fundamentals to applications

Dr. Elder De la Rosa
Universidad La Salle Bajío (ULSA-BJ)

This a four-hour short course distributed in two blocks with a half hour break. We will discuss about a general overview of the state of the art of nanoscience and nanotechnology. You will learn about the fundamentals, fabrication methods, characterization techniques and then analyze properties, especially optical and electronics. Also analyze different applications including LEDs, solar cells, biosensors including FRET, fluorescence, scattering, colorimetry and SERS, and biomedical applications including detection, imaging, drug delivery and both photodynamic and photo thermal therapy. Finally, we will review the future of this dynamic area.

Análisis de la Dinámica de objetos biológicos basada speckle

Dr. Julio Cesar Ramírez San Juan
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

El análisis de la dinámica de objetos biológicos (y no biológicos) tales como tejidos humanos, frutas, hojas, etc, es de vital importancia pues da información sobre el estado de salud del objeto biológico. Las técnicas de speckle óptico, son populares para realizar este tipo de análisis, en esta charla hablaremos sobre los conceptos básicos de estas técnicas y sus aplicaciones.

Diseño y producción de péptidos y anticuerpos para el diagnóstico

Dra. Karen Cortés Sarabia
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

En esta platica abordaremos los conceptos básicos para definir que es un antígeno y un anticuerpo. Está enfocada en que los participantes comprendan la diferencia entre los diferentes tipos de anticuerpos, antígenos recombinantes y péptidos, así como también la forma en la que cada uno de ellos es generado en el laboratorio. También hablaremos sobre la importancia que tiene el diseño de cada uno, métodos de selección y ejemplos particulares del ponente.

Papel de las proteínas y péptidos en el desarrollo de sistemas de biosensado

Dra. Karen Cortés Sarabia
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

En esta platica retomaremos lo aprendido en la sesión anterior, enfocado principalmente en que los asistentes comprendan las reacciones antígeno anticuerpo y como estos métodos han sido de utilidad en el diagnóstico de enfermedades. Abordaremos los fundamentos de los ensayos tradicionales como Western blot, ELISA, inmunohistoquímica, entre otros; así como también el papel que tienen las proteínas y péptidos en su desarrollo. Para finalmente, hablar de forma puntual sobre el papel de estos como detectores biológicos en sistemas de biosensado.

Shining a new light on nanoparticle interaction with complex biological media

Prof. Xavier Banquy
Université de Montréal

Nanoparticles, whether from natural origin of from man-made sources, are everywhere. In paints, they can tune spectral reflectivity to obtain beautiful color patterns. In nature, animal use magnetic nanoparticles as magnetic field sensors to orient themselves during migration periods. In medicine, nanoparticles have been used for decades to formulate drugs and improve their biopharmaceutical properties. When injected in the human body, nanoparticles tend to quickly distribute non- homogeneously into vital organs and to accumulate in the liver and spleen. This clearance process limits greatly the delivery of an active compound encapsulated inside the particle to its target. To achieve precise and sustainable targeting, interaction between particles and body fluids must be understood and rationalized. Protein adsorption at the surface of nanoparticle is thought to be the determinant of nanoparticle fate in the human body. The composition so-called protein corona that forms around nanoparticles when immersed in a biological fluid has been shown to determine particles organotropism and pharmacokinetic profile. Unfortunately, techniques allowing to quantitively measure particle-proteins interaction non-invasively, i.e. without the necessity of removing the particle from its media, are scarce which has hampered the rationalization of important observations in vivo and in vitro. We have been using Differential Dynamic Microscopy to address this challenge and to showcase some original and insightful applications of the technique. In this presentation we will see how DDM can assess nanoparticle diffusivity in complex media for a large variety of materials and matrices. In its most recent modality, fluorescence imaging DDM, autocorrelation analysis allows to analyze protein adsorption quantitively in situ. We will show that using this approach, novel insight into protein – particles interactions can be gain in vitro and in vivo in animal models such as the zebra fish. These advances offer exciting perspective in the field of nanomedicine as they provide guideline to design rationally nanoparticles with high degree of organotropism.

Dr. Miguel Ángel Méndez-Rojas
Universidad de las Américas Puebla

Breve resumen del tema a tratar en el seminario: Los nanomateriales han despertado un gran interés en el mundo moderno debido a sus excepcionales propiedades físicas que los hacen de gran utilidad en numerosas aplicaciones tecnológicas (biomedicina, remediación ambiental, electrónica, generación y almacenamiento de energía, agricultura, alimentación, entre otras). Sin embargo, los riesgos potenciales de los nanomateriales (naturales o antropogénicos) son un tema de preocupación que debe tenerse en mente siempre en el diseño y preparación de nuevos productos que los contengan. En esta charla abordaremos algunos mitos y realidades alrededor del tema de la nanotoxicología (la toxicología de los nanomateriales), así como algunos resultados de investigación de nuestro grupo relacionados con este tema.

Titulo

Dra. Teresita Spezzia Mazzocco
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

La Terapia Fotodinámica (TFD) es una técnica innovadora con aplicaciones biomédicas que utiliza sustancias activadas por una fuente de luz de una longitud de onda específica. La fotoactivación induce una cascada de eventos fotoquímicos y fotobiológicos que causan cambios irreversibles en las células expuestas y eventualmente las llevan a la muerte. La TFD se ha estudiado para combatir diferentes enfermedades, desde la eliminación de cáncer hasta infecciones microbianas, y representa en muchos casos una opción más eficiente y con menores efectos secundarios, en esta plática se abordarán algunos de los trabajos más relevantes que se llevan a cabo actualmente en el INAOE en tema de Terapia Fotodinámica y Fotobiomodulación.

Biofotónica: Interacción de la luz y material biológico

Dr. Rubén Ramos García
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

La Biofotónica es una fascinante área de investigación que explora la interacción entre la luz y el material biológico, abriendo un mundo de posibilidades para el avance en ciencias médicas y biológicas. Esta breve charla ofrece una visión general de los principios fundamentales de la biofotónica y su importancia en diversos campos. Durante la charla, se abordarán los conceptos básicos de la luz y su comportamiento al interactuar con estructuras biológicas, como tejidos, células y biomoléculas. Dado el enorme número de aplicaciones, en esta charla solo se explorarán las técnicas y tecnologías desarrolladas en nuestros laboratorios como las pinzas ópticas, inyecciones sin agujas y single-pixel imaging.