Technique for early and rapid malaria diagnosis

29 09 2014

Low-cost field detection system can detect malaria infection within minutes with just a drop of blood

 

Red blood cells from a patient infected with Plasmodium falciparum.
Credit: Osaro Erhabor

 A team of Singapore scientists have invented a new technique to detect malaria within minutes and all that is required is a drop of blood.

Malaria is a mosquito-borne parasite which affects over 60 million people worldwide and could be fatal in serious cases. It is still a huge problem in developing countries because there is no vaccine for malaria while antimalarial drugs are losing their efficacy with increasing drug resistance on the rise.

 

The research entitled ‘Micromagnetic Resonance Relaxometry for rapid label-free malaria diagnosis’ was published online on 31 Aug 2014 in the prestigious scientific journal Nature Medicine. This innovative technique is developed by the Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) [新加坡-麻省理工学院科研中心] in collaboration with Nanyang Technological University (NTU).

With this disruptive new technology, hospitals may soon have the ability to rapidly screen and monitor hundreds of patients at the point-of-care for malaria, at much lower cost per patient.

Despite technological advances, currently malaria infection is still detected via stained blood smear microscopy. Lab technician will need to spot the tiny parasitized red blood cells among millions of healthy uninfected red blood cells, especially in the case of early infection, which is like finding a needle in a haystack. It is not only time-consuming and labour-intensive but also often not conclusive as it is highly dependent on the subjective judgement of the microscopist. Therefore, a false-positive call is not unusual.

Other malaria diagnostic techniques such as the Polymerase Chain Reaction (PCR) also have limitations as it is not field-deployable and can only provide semi-quantitative analysis.

 

SMART new technique

The solution developed by the SMART team since 2010, works by detecting the biomarker hemozoin crystallites, the metabolic waste product of malaria parasites during the intra-erythrocytic* cycle As the technique uses miniaturized Magnetic Resonance Relaxometry (MRR) system, a cousin of Magnetic Resonance Imaging (MRI), it is also more sensitive, accurate and faster than traditional methods.

The technique detects malaria infections at a very early stage, even when the amount of parasites in the blood is extremely low. It was successfully proven in mouse studies, where the presence of malaria parasites was detected at the very next day of infection. Moving forward the team is currently working on human study at clinical settings.

At the onset of malaria, the malaria parasites “eat up” large amount of haemoglobin^ and converts them into hemozoin crystallites. These crystallites are basically oxidized iron nanoparticles (Fe3+), making them way more “magnetic” than the healthy red blood cells, which can be easily picked up by the miniaturized MRR developed by SMART.

 

Professor Han Jongyoon, Principal Investigator from SMART’s BioSystems and Micromechanics (BioSyM) Interdisciplinary Research Group (IRG), said: “This system is more reliable and allows for rapid screening to be conducted. So, given the flux of people moving in and out of developed nations especially, this system has the potential to help prevent mass import of malaria by infected persons. For developing nations, this system, which does not require refrigeration or other extensive infrastructure, is portable enough to be deployed in rural areas, to help rapidly screen for malaria and hence stem the spread of this infectious disease.”

Professor Peter Preiser, SMART co-Investigator and Chair of NTU’s School of Biological Sciences said that the new test has the additional potential to rapidly detect parasites that are resistant to anti-malarial drugs particularly artemisinin thereby providing a valuable tool in trying to prevent the global spread of these resistant parasites.

“Importantly, rapid and accurate diagnosis will reduce the prescription of drugs to non-infected people – one factor that contributes to why we are seeing more malaria parasites developing resistance to anti-malarial drugs,” said Prof Preiser, a renowned expert in malaria.

“With a more accurate and sensitive detection system like the one we developed, doctors can better diagnose malaria infections in patients. We need to ensure that drug resistance is kept to the minimum because these drugs are really our last line of defence in helping malaria-stricken patients.”

 

SMART Research Scientist Dr Brian Peng Weng Kung and lead author of the paper, added: “The significant part of this research lies in the fact that this system is practically a “mini MRI” system that is much cheaper to produce than the million-dollar MRI machines used by hospitals. We built tiny radiofrequency (rf) coil which is used to apply rf-pulses and receive signal from a drop of blood, and the whole detection process happens in a few minutes. Furthermore, since this technique does not rely on immuno-assay# labelling that requires expensive chemical reagents, we are able to bring down the screening test cost to less than S$0.10 per test.”

SMART is now spinning off a company to commercialise this technology, which could also work for other types of blood disorders. Moving forward, the research team is also setting up field-tests in the South-East Asia region. They are testing if the system can be run on solar power, which will be useful in rural areas, where electricity is scarce. This research is funded by the Singapore National Research Foundation, Prime Minister’s Office, Singapore under its Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE) programme.

*Intra-erythrocytic: Occurring within the red blood cells
^Haemoglobin: A protein in red blood cells that carries oxygen
#Immunoassay: A test that uses antibody and antigen complexes as a means of generating a measurable result 

 

Smart.mit.edu [en línea] Memphis, TN (USA): smart.mit.edu, 29 de septiembre de 2014 [ref. 02 de septiembre de 2014] Disponible en Internet: http://smart.mit.edu/news-a-events/press-room/article/49-scientists-in-singapore-develop-groundbreaking-technique-for-early-and-rapid-malaria-diagnosis.html



Primer fármaco regulado por luz dirigido a las proteínas más comunes

25 09 2014

Los investigadores del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y sus colaboradores han anunciado el desarrollo del primer agente terapéutico controlado por luz cuyos efectos se focalizan específicamente en la mayor clase de proteínas que son diana de fármacos – los receptores acoplados a proteínas G.

 

Alloswitch-1 es el primer modulador de luz alostérico controlado por un receptor acoblado a la proteína G. Es selectivo para el receptor de glutamato metabotrópico (mGlu5) y permite el control óptico de señalización mGlu5 in vivo.

Alloswitch-1 es el primer modulador de luz alostérico controlado por un receptor acoblado a la proteína G. Es selectivo para el receptor de glutamato metabotrópico (mGlu5) y permite el control óptico de señalización mGlu5 in vivo.

En la revista Nature Chemical Biologylos científicos ponen al descubierto a Alloswitch-1, el último avance en su investigación en fármacos fotoconmutables (o regulados por luz). Controlar la actividad de un fármaco mediante la luz significa que los agentes terapéuticos pueden ser liberados con precisión a un nivel local, de este modo se reduce su efecto en otras áreas y consecuentemente se reducen también los efectos secundarios, lo que a su vez ayuda a reducir la dosis requerida.

Los investigadores, del IBEC, IQAC-CSIC, UAB e IDIBELL en Barcelona y del IGF-CNRS de Montpellier, Francia, han desarrollado una pequeña molécula agente terapéutico que al unirse específicamente en el lugar no-activo, o lugar alostérico, de la proteína diana es capaz de modular sus receptores. Los moduladores alostéricos tienen numerosas ventajas comparados con los fármacos tradicionales, ofrecen una mayor selectividad para unirse a los receptores específicos, se liberan de forma sincronizada de acuerdo a la actividad de la proteína y su potencial de toxicidad es menor.

“Para construir un modulador fotocontrolable para un receptor acoplado a proteína G hemos tenido que desarrollar un nuevo concepto de diseño químico en el que el fotoconmutable no está unido al fármaco sino que está insertado en el farmacóforo, que es el grupo de átomos de una molécula de un fármaco que son responsables de su acción,” explica Pau Gorostiza, investigador principal del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores del IBEC. “También hemos tenido un poco de suerte porque no solo hemos obtenido un ligando fotoconmutable para estas proteínas, sino que también es uno de los moduladores alostéricos más potentes y selectivos de su clase”.

Los efectos de este compuesto ‘optofarmacológico’ pueden ser controlados remotamente en el espacio y en el tiempo en organismos vivos. Esta es una ventaja en comparación con las manipulaciones optogenéticas que requieren la sobreexpresión de genes utilizando virus, por ejemplo.

Pequeñas moléculas agentes terapéuticos como Aloswitch-1, si se consigue disponer de ellos por vía oral, podrían ofrecer una ventaja competitiva respecto a los fármacos tradicionales que a menudo afectan a órganos y tejidos no diana llevando a consecuencias indeseadas que pueden comprometer sus efectos beneficiosos.

 

Artículo de referencia: Silvia Pittolo, Xavier Gómez-Santacana, Kay Eckelt, Xavier Rovira, James Dalton, Cyril Goudet, Jean-Philippe Pin, Artur Llobet, Jesús Giraldo, Amadeu Llebaria & Pau Gorostiza (2014). An allosteric modulator to control endogenous G protein-coupled receptors with light.. Nature Chemical Biology, pub ahead of print

 

Ibecbarcelona.eu [en línea] Barcelona (ESP): ibecbarcelona.eu, 25 de septiembre de 2014 [ref. 03 de septiembre de 2014] Disponible en Internet: http://www.ibecbarcelona.eu/NOTICIAS-DE-INVESTIGACION/scientist-develop-first-light-operated-drug-for-most-common-target-proteins.html



Engineering new bone growth

22 09 2014

Coated tissue scaffolds help the body grow new bone to repair injuries or congenital defects.

 

MIT chemical engineers have devised a new implantable tissue scaffold coated with bone growth factors that are released slowly over a few weeks. When applied to bone injuries or defects, this coated scaffold induces the body to rapidly form new bone that looks and behaves just like the original tissue.

 

Pictured is a scanning electron micrograph of a porous, nanostructured poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) membrane. The membrane is coated with a polyelectrolyte (PEM) multilayer coating that releases growth factors to promote bone repair. Image courtesy of Nasim Hyder and Nisarg J. Shah

Pictured is a scanning electron micrograph of a porous, nanostructured poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) membrane. The membrane is coated with a polyelectrolyte (PEM) multilayer coating that releases growth factors to promote bone repair. Image courtesy of Nasim Hyder and Nisarg J. Shah

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This type of coated scaffold could offer a dramatic improvement over the current standard for treating bone injuries, which involves transplanting bone from another part of the patient’s body — a painful process that does not always supply enough bone. Patients with severe bone injuries, such as soldiers wounded in battle; people who suffer from congenital bone defects, such as craniomaxillofacial disorders; and patients in need of bone augmentation prior to insertion of dental implants could benefit from the new tissue scaffold, the researchers say.

“It’s been a truly challenging medical problem, and we have tried to provide one way to address that problem,” says Nisarg Shah, a recent PhD recipient and lead author of the paper, which appears in the Proceedings of the National Academy of Sciences this week.

Paula Hammond, the David H. Koch Professor in Engineering and a member of MIT’s Koch Institute for Integrative Cancer Research and Department of Chemical Engineering, is the paper’s senior author. Other authors are postdocs M. Nasim Hyder and Mohiuddin Quadir, graduate student Noémie-Manuelle Dorval Courchesne, Howard Seeherman of Restituo, Myron Nevins of the Harvard School of Dental Medicine, and Myron Spector of Brigham and Women’s Hospital.

 

Stimulating bone growth

Two of the most important bone growth factors are platelet-derived growth factor (PDGF) and bone morphogenetic protein 2 (BMP-2). As part of the natural wound-healing cascade, PDGF is one of the first factors released immediately following a bone injury, such as a fracture. After PDGF appears, other factors, including BMP-2, help to create the right environment for bone regeneration by recruiting cells that can produce bone and forming a supportive structure, including blood vessels.

Efforts to treat bone injury with these growth factors have been hindered by the inability to effectively deliver them in a controlled manner. When very large quantities of growth factors are delivered too quickly, they are rapidly cleared from the treatment site — so they have reduced impact on tissue repair, and can also induce unwanted side effects.

“You want the growth factor to be released very slowly and with nanogram or microgram quantities, not milligram quantities,” Hammond says. “You want to recruit these native adult stem cells we have in our bone marrow to go to the site of injury and then generate bone around the scaffold, and you want to generate a vascular system to go with it.”

This process takes time, so ideally the growth factors would be released slowly over several days or weeks. To achieve this, the MIT team created a very thin, porous scaffold sheet coated with layers of PDGF and BMP. Using a technique called layer-by-layer assembly, they first coated the sheet with about 40 layers of BMP-2; on top of that are another 40 layers of PDGF. This allowed PDGF to be released more quickly, along with a more sustained BMP-2 release, mimicking aspects of natural healing.

“This is a major advantage for tissue engineering for bones because the release of the signaling proteins has to be slow and it has to be scheduled,” says Nicholas Kotov, a professor of chemical engineering at the University of Michigan who was not part of the research team.

The scaffold sheet is about 0.1 millimeter thick; once the growth-factor coatings are applied, scaffolds can be cut from the sheet on demand, and in the appropriate size for implantation into a bone injury or defect.

 

Effective repair

The researchers tested the scaffold in rats with a skull defect large enough — 8 millimeters in diameter — that it could not heal on its own. After the scaffold was implanted, growth factors were released at different rates. PDGF, released during the first few days after implantation, helped initiate the wound-healing cascade and mobilize different precursor cells to the site of the wound. These cells are responsible for forming new tissue, including blood vessels, supportive vascular structures, and bone.

BMP, released more slowly, then induced some of these immature cells to become osteoblasts, which produce bone. When both growth factors were used together, these cells generated a layer of bone, as soon as two weeks after surgery, that was indistinguishable from natural bone in its appearance and mechanical properties, the researchers say.

“Using this combination allows us to not only have accelerated proliferation first, but also facilitates laying down some vascular tissue, which provides a route for both the stem cells and the precursor osteoblasts and other players to get in and do their jobs. You end up with a very uniform healed system,” Hammond says.

Another advantage of this approach is that the scaffold is biodegradable and breaks down inside the body within a few weeks. The scaffold material, a polymer called PLGA, is widely used in medical treatment and can be tuned to disintegrate at a specific rate so the researchers can design it to last only as long as needed.

Hammond’s team has filed a patent based on this work and now aims to begin testing the system in larger animals in hopes of eventually moving it into clinical trials.

 

This study was funded by the National Institutes of Health.

By Anne Trafton

 

 

Newsoffice.mit.edu [en línea] Cambridge, MA (USA): newsoffice.mit.edu, 22 de septiembre de 2014 [ref. 18 de agosto de 2014] Disponible en Internet: http://newsoffice.mit.edu/2014/bone-repair-treat-injuries-0818



New Glaucoma Cause Discovered

18 09 2014

Scientists are developing eye drops to treat molecular basis of the blindness

Northwestern Medicine® scientists have discovered a novel cause of glaucoma in an animal model, and related to their findings, are now developing an eye drop aimed at curing the disease. They believe their findings will be important to human glaucoma.

A cure for glaucoma, a leading cause of blindness in the U.S., has been elusive because the basis of the disease is poorly understood.

In glaucoma, pressure builds from poor drainage of fluid from the anterior chamber of the eye, destroying retinal ganglion cells and eventually the optic nerve. The eye becomes like a bathtub that can’t drain because the pipe is clogged. The clogged or defective vessel, known as Schlemm’s canal, is part of the lymphatic system that is essential for drainage in the eye.

The new study for the first time identifies the molecular building blocks needed to make the ‘drainage’ vessels, providing the necessary chemical tools to repair the eye’s plumbing and restore normal drainage. Up until now, the molecular basis of the disease caused by an absent or defective canal was unknown.

The study was published Sept. 9 in The Journal of Clinical Investigation.

“This is a big step forward in understanding the cause of the disease that steals the eyesight from 60 million people worldwide,” said senior study author and Northwestern Medicine nephrologist Susan Quaggin, M.D. “This gives us a foothold to develop new treatments.”

Quaggin is director of the Feinberg Cardiovascular Research Institute at Northwestern University Feinberg School of Medicine and chief of nephrology and hypertension at Feinberg and Northwestern Memorial Hospital.

“Our goal now is to grow new ‘pipes’ or vessels to cure the glaucoma,” said Quaggin, also the Charles Mayo Chair of Medicine at Feinberg.

The findings are based on a new mouse model of glaucoma developed by Quaggin and Ph.D. student Ben Thomson, which is one of the first animal models of the disease. Quaggin expects the animal findings to be relevant in human glaucoma.

Quaggin is collaborating with Amani Fawzi, M.D., an associate professor of ophthalmology, and Xiaorong Liu, an assistant professor of ophthalmology, both at Feinberg, and Northwestern scientist Samuel Stupp to develop a nanofiber eye drop that activates regrowth of the clogged vessel.

“We are developing a highly potent peptide nanostructure that has the capacity to interact with many receptors at the same time,” Stupp said. “This will amplify the required signaling pathway for an effective therapy. The nanostructure is also being designed to have the necessary half-life to optimize efficacy.” He is the Board of Trustees Professor of Chemistry, Materials Science and Engineering, and Medicine, and director of the Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology.

“Just imagine if we could grow a bigger Schlemm’s canal in anybody with glaucoma to lower the pressure in the eye,” Quaggin said. “That’s what we’re hoping for with this new eye drop.”

 

The Source of Bad Eye Plumbing

The Northwestern study identifies a critical chemical signaling pathway for the healthy functioning of the Schlemm’s canal and the substances necessary for its growth and development.

That pathway requires the chemical equivalent of a lock and key to open. The lock is a substance called Tie2 and the key is a growth factor called angiopoietin Northwestern scientists discovered if either the key (angiopoeitin) or the lock (Tie2) is missing in mice, they can’t make Schlemm’s canals and will develop glaucoma.

Both these substances are necessary to unlock the pathway to a cascade of events inside the cell that produce the canals.

“We really nailed that pathway as being critical,” Quaggin said. “Now we know these two substances are key factors in the development of glaucoma, which wasn’t known before.”

The lock and key are likely to be involved in human glaucoma, Quaggin noted. “The mouse model is so similar to what we see in patients with glaucoma,” she said.

The animal model of glaucoma now will enable scientists to study treatments as well as how glaucoma develops.

“Now we can understand how raised pressure leads to the damage of the neurons in the optic nerve,” Quaggin said.

Other Northwestern authors include Thomson, Asish Ghosh, Anees Fatima, Tuncer Onay, Tsutomu Kume, Shinji Yamaguchi, Fawzi, Liu and Hui Chen.

The research was supported by grant R01EY019034 from the National Eye Institute/National Institutes of Health, the Canadian Institutes of Health Research and Terry Fox Foundation.

 

Northwestern.edu [en línea] Evanston, IL (USA): northwestern.edu, 18 de septiembre de 2014 [ref. 10 de septiembre de 2014] Disponible en Internet: http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2014/09/new-glaucoma-cause-discovered.html



Mapeo Prostático: Nueva técnica diagnóstica en Cáncer de Próstata

15 09 2014

El Dr. Fernando Gómez Sancha, Director del Instituto de Cirugía Urológica Avanzada (ICUA), presenta por primera vez en España, junto a la Dra. Estefanía Romero, en la Clínica CEMTRO de Madrid, la tecnología más avanzada para la detección del cáncer de próstata.

Este tipo de cáncer es el más frecuente en los hombres y en la mayoría de los casos no presenta síntomas hasta que no está en estadíos muy avanzados, de ahí que sea vital el diagnóstico precoz para su curación. Por ello, tratando de buscar siempre la excelencia,  ICUA en sus instalaciones de la Clínica CEMTRO pone a disposición de sus pacientes, desde el mes de junio, una novedosa y revolucionaria técnica  para el diagnóstico de cáncer de próstata, con el fin de ofrecer a sus pacientes la mejor de las atenciones y servicios médicos.

Esta técnica pionera de biopsia transperineal, supone lo último en diagnóstico por imagen,  ya que combina  imágenes de resonancia magnética nuclear 3tesla con ecografía.  Con esta fusión de imágenes diagnósticas se aumenta el rendimiento de la biopsia, mejorando y afinando el diagnóstico de los tumores. Y es que uno de los problemas de la detección precoz es discriminar los cánceres que pueden ser problemáticos de aquellos que no lo van a ser. Se ha comprobado que hasta el 40% de los tumores que se detectaban y trataban nunca hubiesen molestado al paciente de haberlos dejado evolucionar.

Además, hacer un screening de cáncer de próstata supone, si los resultados están alterados, realizar biopsias repetidas, castrar químicamente al paciente, aplicar radioterapia local o extirpar la próstata, con el riesgo que estas medidas tienen de producir incontinencia urinaria, o impotencia, o de generar una infección local o una sépsis u otra complicación operatoria que pueden llegar a ser mortales.

Tradicionalmente ante un aumento de PSA (Antígeno prostático específico) en sangre o un tacto rectal sospechoso, se realizaba una biopsia prostática transrectal para determinar si existía un cáncer en la próstata, pero conllevaba dos problemas importantes:

Su baja tasa de detección: si de 10 hombres que se someten a biopsia 5 tienen un tumor, la biopsia transrectal detecta solo 2. Por ello, era muy frecuente que los pacientes, que experimentaban aumentos progresivos de PSA, tuvieran que someterse a nuevas biopsias. Este sistema ocasionaba una falsa tranquilidad en los pacientes que retrasaban su diagnóstico, disminuyendo sus posibilidades de curación.

- Riesgo de infecciones: Al realizarse la biopsia a través del recto, la aguja de biopsia podía arrastrar bacterias fecales a la próstata y desencadenar un cuadro de infección prostática (prostatitis) o incluso cuadros de sepsis grave.

 

 

VENTAJAS DEL MAPEO PROSTÁTICO

Este programa de diagnóstico se basa en dos tecnologías: la Resonancia Magnética Multiparamétrica 3 Tesla, que permite visualizar las lesiones sospechosas de cáncer de próstata con alta sensibilidad y de manera inocua, (sin radiaciones para el paciente) y con un valor predictivo negativo muy elevado, que en muchos casos permitirá evitar la realización de una biopsia innecesaria; y el Sistema BIOPSEE de fusión de imágenes RMN-ECO que realiza el mapeo prostático por vía transperineal (a través de la piel y no a través del recto) de manera ambulatoria proyectando la localización del tumor encontrado en la RMN en tres dimensiones sobre la imagen de ecografía tridimensional permitiendo dirigir la aguja de biopsia exactamente al lugar de la lesión.

 

Las principales ventajas que ofrece este sistema son:

▪   La realización de la biopsia por vía transperineal (a través de la piel y no a través del recto) disminuye la tasa de infección prostática o sepsis del 3% al 0,01%.

▪   Si de 10 pacientes 5 tuvieran un tumor, detectaríamos 4,5, lo que supone una tasa de detección mayor del doble que de la de la biopsia transrectal.

▪   Detecta los tumores localizados anteriormente en la próstata (25% de los tumores), muy difíciles de detectar con la biopsia transrectal.

▪   El paciente además obtiene el resultado de la biopsia al día siguiente, con lo que se reduce el estrés asociado a la espera de los resultados, que típicamente es de una semana a 10 días.

▪   La mejoría en la precisión del diagnóstico obtenido por este programa es fundamental, ya que permite una toma de decisiones sobre el tratamiento a seguir mucho más adecuada al tipo de tumor del paciente.

▪   La probabilidad de escoger la opción de tratamiento adecuada para cada paciente es mucho mayor.

 

Se trata de una estrategia diagnóstica apoyada por múltiples publicaciones en revistas científicas que ya se aplica en centros punteros de Alemania, Reino Unido y EE.UU.

 

 

Icua.es [en línea] Madrid (ESP): icua.es, 15 de septiembre de 2014 [ref. 11 de septiembre de 2014] Disponible en Internet: http://www.icua.es/articulos-medicos/nueva-tecnica/

 



Investigadors de l’IBEC descobreixen un nou mecanisme de curació de ferides

11 09 2014

L’estudi de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) —centre creat per la Generalitat de Catalunya, la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i la Universitat de Barcelona— significa un gran pas endavant per comprendre el misteri de la reparació de les ferides podent ajudar a desenvolupar tractaments per accelerar-ne la curació, ja que optimitzar la reparació de teixits és una necessitat important per al tractament de malalties agudes i cròniques. El descobriment del mecanisme bàsic demostrat en aquest estudi, publicat el 3 d’agost, a Nature Physics, també és un pas important per aconseguir una regeneració eficaç d’òrgans.

Quan pensem en la curació de les ferides, normalment pensem en les ferides de la nostra pell, però també hi ha ferides en tota mena de teixits i òrgans a l’interior del nostre cos que poden estar relacionades amb malalties cròniques, com la diabetis o l’asma. Les ferides internes també poden afavorir la progressió del càncer, ja que proporcionen un entorn físic i químic que promou la invasió de cèl·lules malignes.

 

Des de fa temps se sap que hi ha dos mecanismes diferents que contribueixen a la curació de les ferides. En el primer mecanisme es forma un anell de proteïnes contràctils a la vora de la ferida i la contracció d’aquest anell la tanca de la mateixa manera que ho fa una bossa quan n’estirem els cordills. En l’altre mètode, que es denomina ‘migració cel·lular’, les mateixes cèl·lules estenen uns ‘braços micromètrics’, coneguts com a ‘lamelipodis’, que els permeten arrossegar-se fins a tancar la ferida. En algunes ferides els dos mecanismes poden funcionar simultàniament, mentre que en d’altres només se n’utilitza un dels dos.

 

El grup de l’IBEC, en col·laboració amb l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB), la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), la Universitat de Barcelona (UB), la Universitat de Paris-Diderot, el Mechanobiology Institute de Singapur i la Universitat de Waterloo de Canadà, ha desenvolupat per primera vegada, una tècnica per mesurar a la nano-escala les forces que hi ha al darrere del procés de curació de les ferides, y fent això, han descobert que els dos mecanismes acceptats actualment no són suficients per explicar el fenomen. De forma inesperada han trobat un nou mecanisme en el qual les cèl·lules generen arcs contràctils supracel·lulars que comprimeixen el teixit sota la ferida. Combinant experiments i models computacionals, els autors han demostrat que les contraccions derivades d’aquests arcs permeten la curació de les ferides d’una manera més ràpida i resistent.

 

“Des de fa temps sabíem que la curació de les ferides no es podia entendre completament sense una mesura directa de les forces que impulsen el moviment de les cèl·lules”, explica Xavier Trepat, investigador principal del grup de Dinàmica Integrativa de Cèl·lules i de Teixits de l’IBEC i professor investigador ICREA. “Som els primers investigadors a desenvolupar la tecnologia per fer aquestes mesures, però no esperàvem ensopegar amb un mecanisme tan integratiu en el qual les cèl·lules veïnes coordinessin el seu treball físic amb tanta precisió”.

 

 

Sobre l’IBEC

 

L’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) és un centre de recerca interdisciplinar dedicat a la bioenginyeria i la nanomedicina i amb seu a Barcelona. Fundat per la Generalitat de Catalunya, la UPC i la Universitat de Barcelona (UB), la seva missió és dur a terme recerca d’alta qualitat que, alhora que crea coneixement, contribueixi a una millor qualitat de vida, millori la salut i creï riquesa. L’activitat de l’IBEC està organitzada en 6 programes de recerca: Biotecnologia cel·lular, Nanobiotecnologia, Biomecànica i biofísica cel·lular, Biomaterials, implants i enginyeria de teixits, Senyals i instrumentació mèdica i Robòtica i imatges biomèdiques.

 

 

Article de referència:

Agustí Brugués, Ester Anon, Vito Conte, Jim H. Veldhuis, Mukund Gupta, Julien Colombelli, José J. Muñoz, G. Wayne Brodland, Benoit Ladoux, Xavier Trepat (2014). “Forces driving epithelial wound healing”, Nature Physics.

 

 

Upc.edu [en línea] Barcelona (ESP): upc.edu, 11 de septiembre de 2014 [ref. 04 de agosto de 2014] Disponible en Internet: http://www.upc.edu/saladepremsa/al-dia/mes-noticies/investigadors-de-l2019ibec-descobreixen-un-nou-mecanisme-de-curacio-de-ferides?set_language=es



A blood test for suicide?

8 09 2014

Alterations to a single gene could predict risk of suicide attempt

Johns Hopkins researchers say they have discovered a chemical alteration in a single human gene linked to stress reactions that, if confirmed in larger studies, could give doctors a simple blood test to reliably predict a person’s risk of attempting suicide.

The discovery, described online in ¬The American Journal of Psychiatry, suggests that changes in a gene involved in the function of the brain’s response to stress hormones plays a significant role in turning what might otherwise be an unremarkable reaction to the strain of everyday life into suicidal thoughts and behaviors.

“Suicide is a major preventable public health problem, but we have been stymied in our prevention efforts because we have no consistent way to predict those who are at increased risk of killing themselves,” says study leader Zachary Kaminsky, an assistant professor of psychiatry and behavioral sciences at the Johns Hopkins University School of Medicine. “With a test like ours, we may be able to stem suicide rates by identifying those people and intervening early enough to head off a catastrophe.”

For his series of experiments, Kaminsky and his colleagues focused on a genetic mutation in a gene known as SKA2. By looking at brain samples from mentally ill and healthy people, the researchers found that in samples from people who had died by suicide, levels of SKA2 were significantly reduced.

Within this common mutation, they then found in some subjects an epigenetic modification that altered the way the SKA2 gene functioned without changing the gene’s underlying DNA sequence. The modification added chemicals called methyl groups to the gene. Higher levels of methylation were then found in the same study subjects who had killed themselves. The higher levels of methylation among suicide decedents were then replicated in two independent brain cohorts.

In another part of the study, the researchers tested three different sets of blood samples, the largest one involving 325 participants in the Johns Hopkins Center for Prevention Research Study found similar methylation increases at SKA2 in individuals with suicidal thoughts or attempts. They then designed a model analysis that predicted which of the participants were experiencing suicidal thoughts or had attempted suicide with 80 percent certainty. Those with more severe risk of suicide were predicted with 90 percent accuracy. In the youngest data set, they were able to identify with 96 percent accuracy whether or not a participant had attempted suicide, based on blood test results.

The SKA2 gene is expressed in the prefrontal cortex of the brain, which is involved in inhibiting negative thoughts and controlling impulsive behavior. SKA2 is specifically responsible for chaperoning stress hormone receptors into cells’ nuclei so they can do their job. If there isn’t enough SKA2, or it is altered in some way, the stress hormone receptor is unable to suppress the release of cortisol throughout the brain. Previous research has shown that such cortisol release is abnormal in people who attempt or die by suicide.

Kaminsky says a test based on these findings might best be used to predict future suicide attempts in those who are ill, to restrict lethal means or methods among those a risk, or to make decisions regarding the intensity of intervention approaches.

He says that it might make sense for use in the military to test whether members have the gene mutation that makes them more vulnerable. Those at risk could be more closely monitored when they returned home after deployment. A test could also be useful in a psychiatric emergency room, he says, as part of a suicide risk assessment when doctors try to assess level of suicide risk. The test could be used in all sorts of safety assessment decisions like the need for hospitalization and closeness of monitoring. Kaminsky says another possible use that needs more study could be to inform treatment decisions, such as whether or not to give certain medications that have been linked with suicidal thoughts.

“We have found a gene that we think could be really important for consistently identifying a range of behaviors from suicidal thoughts to attempts to completions,” Kaminsky says. “We need to study this in a larger sample but we believe that we might be able to monitor the blood to identify those at risk of suicide.”

Along with Kaminsky, other Johns Hopkins researchers involved in the study include Jerry Guintivano; Tori Brown; Alison Newcomer, M.Sc.; Marcus Jones; Olivia Cox; Brion Maher, Ph.D.; William Eaton, Ph.D.; Jennifer Payne, M.D.; and Holly Wilcox, Ph.D.

The research was supported in part by the National Institutes of Health’s National Institute of Mental Health, the Center for Mental Health Initiatives, The James Wah Award for Mood Disorders, and The Solomon R. and Rebecca D. Baker Foundation.

 

By Lauren Nelson and Helen Jones

 

 

Hub.jhu.edu [en línea] Baltimore, MD (USA): hub.jhu.edu, 08 de septiembre de 2014 [ref. 29 de julio de 2014] Disponible en Internet: http://hub.jhu.edu/2014/07/29/blood-test-for-suicide



Nuevo protocolo de red para situaciones de emergencia y rescate

4 09 2014

Investigadores de la UPM y la Universidad de Loja de Ecuador desarrollan un modelo que optimiza el protocolo de encaminamiento de las redes móviles ‘ad hoc’ en situaciones de emergencia y rescate.

La solución propuesta se basa en la mejora de un algoritmo de agrupamiento y en la creación de un nuevo protocolo de enrutamiento que permiten a cualquier usuario encontrar fácilmente una zona de evacuación en un escenario de emergencia o de rescate. El modelo ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y de la Universidad de Loja y ha sido simulado en esta ciudad de Ecuador. La evaluación de sus prestaciones ha demostrado las mejoras que supone el modelo propuesto tanto a nivel matemático como a nivel real.

Una red móvil ad hoc (Mobile Ad Hoc Network, MANET) es una colección de nodos móviles que pueden dinámicamente crear una red sin necesidad de tener una infraestructura fija o una administración central. La tecnología de las redes MANET puede integrarse en los teléfonos móviles actuales (smartphones), proporcionando una red flexible y dinámica que se puede utilizar en situaciones de emergencia. Esta red estaría constituida por enlaces formados por los terminales móviles próximos entre sí.

La naturaleza dinámica y sin infraestructura de estas redes exige un nuevo conjunto de algoritmos y estrategias para proporcionar un servicio de comunicación fiable extremo a extremo. En el contexto de las redes móviles ad hoc, el encaminamiento surge como una de las áreas más interesantes para transmitir información desde una fuente hasta un destino, con calidad de servicio de extremo a extremo. Debido a las restricciones inherentes a las redes móviles, los modelos de encaminamiento tradicionales sobre los que se fundamentan las redes fijas no son aplicables a las redes móviles ad hoc. Este trabajo de investigación muestra precisamente una solución. La propuesta se basa en un modelo que involucra la optimización de un protocolo de enrutamiento apoyado en un mecanismo de agrupación.

El algoritmo mejorado, denominado GMWCA (Group Management Weighted Clustering Algorithm) y basado en el WCA (Weighted Clustering Algorithm), permite calcular el mejor número y tamaño de grupos en la red. Con esta mejora se evitan constantes reagrupaciones y que los jefes de grupo (clúster) tengan más tiempo de vida intra-clúster y, por tanto, una estabilidad en la comunicación inter-clúster.

El protocolo de enrutamiento ad hoc propuesto, denominado QoS Group Cluster Based Routing Protocol (QoSG-CBRP), utiliza como estrategia el empleo de clúster y jerarquías apoyada en el algoritmo de agrupamiento. Cada clúster tiene un jefe (JC), que administra la información de enrutamiento y la envía al destino cuando está fuera de su área de cobertura.

Para evitar que haya constantes reagrupamientos y llamadas al algoritmo de agrupamiento, se ha agregado un jefe de clúster de soporte (JCS), que asume las funciones del JC, siempre y cuando este haya roto el enlace con los otros nodos comunes del clúster por razones de alejamiento o por desgaste de batería.

Matemáticamente y a nivel de algoritmo se han demostrado las mejoras del modelo propuesto, el cual ha involucrado la mejora a nivel de algoritmo de clustering y del protocolo de enrutamiento. El sistema ha sido simulado en el área de la ciudad de Loja y evaluadas sus prestaciones. En la figura de abajo se muestra el modelo de movilidad aplicado a una situación de emergencia. La red se reconfigura de forma automática de forma que los jefes de clúster tienen la información de las zonas de evacuación que permite a cualquier nodo (cualquier usuario) encontrar una zona de evacuación a través del jefe de clúster asociado.

 

ENCISO QUISPE, L; MENGUAL GALÁN, LUIS MENGUAL. “Behavior of Ad Hoc routing protocols, analyzed for emergency and rescue scenarios, on a real urban area”. Expert Systems with Applications 41 (5): 2565-2573. DOI: 10.1016/j.eswa.2013.10.004. April 2014.

Enlaces de interés:

http://cwi.unik.no/images/Manet_Overview.pdf


www.nrl.navy.mil/itd/ncs/focus/manet


www.antd.nist.gov/wahn_mahn.shtml

 

 

Upm.es [en línea] Madrid (ESP): upm.es, 04 de septiembre de 2014 [ref. 05 de mayo de 2014] Disponible en Internet: http://www.upm.es/institucional/UPM/CanalUPM/Noticias/1f98bd12efca5410VgnVCM10000009c7648aRCRD



Nueva Escala que predice el riesgo de complicaciones respiratorias posoperatorias

1 09 2014

Este tipo de complicaciones son las más frecuentes y la principal causa de muerte después de una intervención quirúrgica

La escala consta de 7 ítems sencillos de calcular que permiten clasificar al paciente según 3 grupos de riesgo

Afinar más en el riesgo significa mejorar las medidas adoptadas antes, durante y después de la operación

El estudio se publica este mes de agosto en la edición en papel de la prestigiosa revista científica Anesthesiology, que le dedica la editorial

 

foto: Hospital Germans Trias i Pujol (Can Ruti)

foto: Hospital Germans Trias i Pujol (Can Ruti)

Profesionales del Servicio de Anestesiología y Reanimación del Hospital Universitari Germans Trias i Pujol han validado, en un estudio con 63 centros de 21 países europeos, una escala que predice el riesgo de que los pacientes intervenidos quirúrgicamente padezcan complicaciones respiratorias. Casi un 8% de las personas operadas en Europa sufren este tipo de complicaciones, que sobretodo se concretan en insuficiencia respiratoria o infección pulmonar, y que son la principal causa de muerte posoperatoria. Conocer su riesgo es necesario para actuar con antelación y reducir su incidencia.

Germans Trias creó y valido la escala en Catalunya (bajo el nombre de proyecto ARISCAT) en 2010, y este año ha ratificado su validez a nivel europeo (proyecto PERISCOPE). Así lo publicará la revista Anesthesiology de agosto, que hoy ya se puede consultar en línea y que además le dedica la editorial, ya que el estudio es el primero que valida internacionalmente una escala de estas características.

La escala, que los anestesiólogos pueden aplicar de forma sencilla en la consulta preanestésica con los pacientes, consiste en medir 7 ítems: la edad, la presencia de anemia en los análisis recientes, el tipo de intervención, su duración, la urgencia del procedimiento, las infecciones respiratorias previas y la saturación arterial de oxígeno. Este último es el único ítem que requiere una pequeña prueba en la misma consulta, colocando un aparato en el dedo. Más de 5.000 pacientes europeos aceptaron ser incluidos en el estudio, que ha confirmado que la escala funciona, una vez registrado si sufrieron o no complicaciones respiratorias posoperatorias y cómo evolucionaron.

 

50% depende de la intervención, 50% del estado del paciente

El proyecto PERISCOPE, que clasifica a los pacientes en 3 grupos en función del riesgo de complicaciones, ha ratificado que este riesgo depende en un 50% del estado de salud del paciente antes de la operación. El otro 50% hace referencia a las características de la intervención quirúrgica. También, ha detectado diferencias entre el riesgo de complicaciones respiratorias posoperatorias en función del área de Europa a la que se pertenezca, pero hace falta estudiar más esta cuestión para determinar sus causas.

El siguiente paso es concretar, en base a la experiencia, cuáles son las medidas más adecuadas a adoptar antes, durante y después de la intervención quirúrgica para minimizar el riesgo que PERISCOPE ayuda a afinar. El estudio ha sido financiado gracias a la Sociedad Europea de Anestesiología, mientras que el trabajo que lo precede, ARISCAT, se pudo llevar a cabo gracias a la Marató de TV3.

Gencat.cat [en línea] Badalona (ESP): gencat.cat, 01 de septiembre de 2014 [ref. 31 de julio de 2014] Disponible en Internet: http://www.gencat.cat/ics/germanstrias/arxius_imatges/2014/notesdepremsa/2014_07_31estudianesthesiologycas.pdf