Revista Investiga.Tec 19

Investiga.TEC

Enero del 2014

Año 7, No. 19. ISSN: 1659-3383

-PROFESORES TEC-

Presentación Medicamentos que generan esperanza (página 2)

Científicos del 2020 solo serán productivos si dominan la computación avanzada (páginas 9, 10 y 11)

Ingeniería de Materiales adquiere moderno equipo para caracterización química de materiales (página 3)

Medicamentos biotecnológicos: opción para enfermedades no tratadas (páginas 12, 13 y 14)

Primer Centro de Incubación de Empresas del país cumple 20 años (páginas 4 y 5) Plasma: Energía para el futuro… (páginas 6, 7 y 8)

La extensión universitaria desde la investigación: Hacia una investigación socialmente útil (II parte) (páginas 15 y 16) Realidades del uso de organismos mejorados genéticamente en la agricultura y la alimentación (páginas 17, 18, 19 y 20)

Desarrollan sistema integrado para la producción de microalgas acoplado a un biodigestor y a un emisor de CO2 (páginas 21 y 22) Universidades contribuyen al proceso de validación del uso correcto de las plantas medicinales en el país (página 23) Analizan efecto de los acabados en la durabilidad de la madera (página 24)

Investiga.TEC es una

publicación cuatrimestral de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del Instituto Tecnológico de Costa Rica.

Editora: Marcela Guzmán O. Comité Editorial: Dagoberto Arias A. Marcela Guzmán O. Silvia Hidalgo S. Ileana Ma. Moreira G. Edgar Ortiz M.

Teléfonos: (506) 2550-2315 ó (506) 2550-2151 Correo electrónico: vie-tec@itcr.ac.cr Apartado postal 159-7050, Cartago, Costa Rica Diseño gráfico: María José Montero V. Xinia Varela S. Diagramación e impresión: Grafos S.A. Teléfono: 2551-8020 info@grafoslitrografia.com

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Con esta tecnología, se pueden analizar grandes cantidades de información proveniente de investigaciones en los campos de la física, la biología, la geología y los materiales, entre otros. Para ello se utiliza equipo computacional de alto rendimiento que trabaja en forma de clusters a fin de aumentar su capacidad.

edicamentos que generan esperanza

Marcela Guzmán O. Editora maguzman@itcr.ac.cr En la primera edición de Investiga.TEC del año 2014, presentamos a nuestros lectores un artículo sobre el tema de los medicamentos biotecnológicos, una alternativa que permite el tratamiento de enfermedades para las que hasta ahora no había esperanzas de curación o, por lo menos, de mejorar la calidad de vida del paciente.

Según explica el autor, los medicamentos biotecnológicos, o biofármacos, “son aquellos producidos a partir de microorganismos vivos, órganos, tejidos y células de origen animal o vegetal, así como los elaborados por la tecnología de ADN recombinante”.

El primero de estos biofármacos, y uno de los más conocidos, es la insulina, que antes se extraía de páncreas de cerdos, pero ahora se fabrica por ingeniería genética.

Otro artículo que ofrecemos en esta oportunidad es el que se refiere a la computación avanzada, o computación de alto rendimiento, que se aplica a la investigación científica en cualquier área.

“Realidades del uso de organismos mejorados genéticamente en la agricultura y la alimentación” es el título de otro artículo, que se refiere a lo que son los organismos modificados genéticamente, comúnmente conocidos como organismos transgénicos.

El autor, que tiene una vasta experiencia en el tema, explica en este artículo cuáles son los procedimientos y medidas de seguridad que se utilizan en la generación de estos productos, para que los lectores tengan acceso a información científica sobre el tema y puedan formar un criterio objetivo al respecto.

También ofrecemos la segunda parte del tema de fusión nuclear que publicamos en la edición anterior de la revista, y que en esta ocasión se titula Plasma: Energía para el futuro…

Esperamos que los artículos aquí reseñados, como los demás que publicamos en esta edición No. 19, sean de interés para los lectores.

Aprovechamos para desearles a todos un productivo y feliz año 2014.

Fotografía de portada La fotografía de portada muestra un modelo de piel tridimensional basado en un sistema de diferentes capas que contienen fibrina, colágeno, células de la dermis denominadas fibroblastos y finalmente los elementos celulares de la epidermis. Estos son queratinocitos colocados en una interface aire líquido, que permite que las diferentes capas se amolden de manera tridimensional en un recipiente donde pueden expresar sus características propias celulares. Luego se incuban a 37°C y con atmósfera de CO2 y nutrientes necesarios para el crecimiento celular.

Este modelo, elaborado en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos del Centro de Investigación en Biotecnología (CIB) del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), sirve para probar medicamentos biotecnológicos. Ver artículo en página 12.

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Ingeniería de Materiales adquiere moderno equipo para caracterización química de materiales

Marcela Guzmán O. Vicerrectoría de Investigación y Extensión Instituto Tecnológico de Costa Rica maguzman@itcr.ac.cr Un moderno equipo, que le permite hacer análisis de la composición química de materiales cristalinos, adquirió recientemente la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC).

El equipo, llamado difractómetro de rayos X (DRX), vino a consolidar el laboratorio del mismo nombre y sirve de apoyo al curso de análisis térmico y difracción de rayos X que reciben los estudiantes de la carrera de ingeniería de materiales.

Según explicó el ingeniero Teodolito Guillén, Dr.-Ing., encargado del laboratorio, el equipo funciona en materiales que tienen estructuras cristalinas, tales como los óxidos, cerámicas, arcillas y arenas. Los análisis realizados con el DRX son de carácter cualitativo. Eso significa que permite saber cuáles compuestos contiene un material, por ejemplo los compuestos que forman los productos de corrosión que aparece sobre la superficie de un metal; los componentes de un medicamento; los niveles de caliza, silicatos, alúmina, sulfatos y otros componentes que debe tener el cemento portland para mantener las propiedades adecuadas.

Técnicas En la identificación de los compuestos de un material por métodos de difractometría se utilizan diferentes técnicas, tales como la de identificación de fases, que indica cuáles compuestos forman un material; los análisis de estrés o deformación residuales, por medio de los cuales se puede determinar el grado de distorsión y los cambios que sufre un material al ser deformado mecánicamente; análisis de películas delgadas, que permite reconocer el tipo de material y espesor de recubrimientos depositados sobre un material; así como la

tomografía, que permite realizar análisis volumétricos dependiendo del tipo de material, densidad y espesor de la muestra.

Los resultados de las pruebas obtenidas por el DRX son trasladadas a la computadora, siendo ahí en donde los resultados obtenidos, conocidos como difractogramas, pueden ser analizados e interpretados para realizar los reportes respectivos de los análisis.

El doctor Guillén explicó que lo que se busca es que los estudiantes de la carrera de ingeniería en materiales, y de otras carreras, puedan utilizar el equipo para aprender mediante la aplicación de conocimientos (aprender haciendo). Además, el DRX se utiliza para investigación y extensión. En el primer semestre de operación se han realizado múltiples investigaciones estudiantiles y actualmente el equipo es fundamental para realizar proyectos de investigaciones adscritos a la Vicerrectoría de Investigación y Extensión (VIE) del TEC. El difractómetro de rayos-X es el único en su tipo que está operando en el TEC en este momento y su costo es de aproximadamente $250 000,00. Se adquirió con fondos provenientes de la Vicerrectoría de Docencia y de la VIE. Materiales con memoria Entre los materiales que se pueden analizar en un difractómetro de rayos X están los que hoy se conocen como “materiales con memoria de forma”. Son aquellos creados a partir de aleaciones y que al sufrir cambios en su estructura cristalina, a determinadas temperaturas, puedan “recordar” su forma anterior y volver a ella.

Recientemente estuvo en el TEC el Dr. Tom Duering, uno de los fundadores de la empresa NDC (Nitinol Devices & Components) con sedes en Estados Unidos, Suiza y ahora en Costa Rica, para hablar de una de las materiales más conocidos con memoria de forma, llamado nitinol, que es una aleación de níquel y titanio.

El descubrimiento del nitinol data de 1962 a partir de experimentos desarrollados en los laboratorios de la marina de los EE.UU., en

donde William Beuhler descubrió una aleación de níquel (Ni) y titanio (Ti) que presentaba propiedades superelásticas y de memoria espectaculares, en un programa de investigación encaminado a la obtención de una aleación con alta resistencia a la corrosión.

El equipo de investigadores que lo descubrió bautizó el nuevo material con el nombre de NiTiNOL (acrónimo de Ni-Ti-Naval Ordnance Laboratory).

El nitinol debe sus propiedades a una transición de fase entre una estructura de tipo “ausenita” y una de tipo “martensita”. Los cambios de fase en los sólidos pueden producirse por dos mecanismos diferentes. El más frecuente radica en el desplazamiento de átomos de sus posiciones de equilibrio, mediante un proceso conocido como difusión, para adoptar una nueva estructura más estable en las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentra el material. El nitinol también sufre una transición de fase que se produce mediante un movimiento cooperativo de un gran número de átomos, los cuales sufren desplazamientos muy pequeños de sus posiciones de equilibrio. Estas trasformaciones son muy rápidas y se denominan martensíticas.

En un proceso característico de transformación con memoria de forma, la pieza se enfría cuando esta está en el estado de austenita para transformarla en martensita. La pieza en esta fase del material es maleable y se deforma fácilmente, lo que permite modificar su forma.

Un calentamiento a una temperatura superior a la de transformación devuelve el objeto a su forma o geometría original.

El doctor Teodolito Guillén cuenta que en su conferencia, el doctor Duering se refirió a los fracasos que tuvieron inicialmente en algunas de las aplicaciones del nitinol, con el fin de que quienes asistían a su conferencia no tuvieran que repetirlos y más bien incentivar en el desarrollo de nuevas aplicaciones con conocimiento profundo de este material.

Este tipo de materiales, por sus propiedades superelásticas, se utilizan hoy en día en dispositivos de aplicación en medicina, como cilindros-mallas autoexpansibles para mantener permeabilidad de vasos sanguíneos (stents), o dispositivos para oclusión de defectos cardiacos. Además, el nitinol se puede usar en monturas de gafas para niños, sensores, actuadores, etc.

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rimer Centro de Incubación de Empresas del país cumple 20 años

• Tasa de éxito del proceso de incubación es del 56,58%

-PROFESORES TECEugenia Ferreto Gutiérrez (*) eferreto@itcr.ac.cr En el año 1994 la incubación da sus primeros pasos de la mano del Centro de Incubación de Empresas (CIE), por medio de la Escuela de Administración de Empresas del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Era esta una propuesta arriesgada al tratarse de un proceso desconocido para la institución y para el país.

Aunque en ese momento no había certeza de cómo reaccionaría el mercado, eso no hizo mella en el ánimo de los promotores para continuar con la idea. Esperanzados, buscaron personas que requirieran del apoyo del TEC en diferentes áreas administrativas y técnicas, con el fin de potenciar sus proyectos.

Cabe resaltar que a estas personas hoy en día se les conoce como emprendedores y que muchos de ellos se convertirían en modelos a seguir por las generaciones venideras.

Uno de los principales retos en ese momento era la búsqueda de un lugar adecuado para la ubicación de las instalaciones, ya que el TEC no contaba con un espacio físico para llevar a cabo la incubación. Ante esta situación se lleva una propuesta al Grupo Zeta, propietario del Parque Industrial Cartago y de otras propiedades fuera del parque, para solicitarle que albergara a las empresas hasta que concluyeran el proceso de incubación.

Bajo dicho esquema se procede a la creación del espacio para la incubadora, que inicialmente se ubica en una nave industrial del Grupo Zeta en el distrito de Guadalupe, Cantón Central de Cartago, frente a la carretera Interamericana.

Con el pasar de los años y de acuerdo con las necesidades de crecimiento del Grupo, 4

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se lleva a cabo el traslado del CIE-TEC, esta vez a una nave dentro del Parque Industrial.

En este lugar se podía encontrar un ambiente empresarial adecuado para las empresas y lograr, además, un encadenamiento con las industrias instaladas en el Parque.

Pese a estar muy lejos de los intereses del Gobierno del momento y de los distintos jerarcas de los ministerios, los encargados del Centro continuaron luchando para apoyar a quienes creían en el emprendedurismo y los emprendimientos, convencidos de que su persistencia tendría un impacto positivo en el país.

Sin duda alguna, la labor realizada por cada uno de los diferentes directores ha significado un aporte al desarrollo de las empresas en incubación, donde las experiencias positivas son muchas.

Según lo demuestran los estudios realizados por el CIE-TEC, se ha apoyado a más de 75 empresas en áreas tan diversas como biotecnología, computación, construcción, tecnología de alimentos, farmacia, química, electromecánica, mecatrónica y servicios contables, entre otros. Al día de hoy, continúan en vigencia 43 empresas, lo que corresponde a una tasa de éxito del 56,58%.

Modelos de incubación Una incubadora es el medio por el cual se colaborara con el desarrollo, fortalecimiento y mejoramiento de la gestión administrativa de una empresa, mediante asesoría y capacitación. Se ofrecen herramientas administrativas que han sido utilizadas y probadas en el surgimiento de nuevos emprendimientos y empresas de reciente creación, tanto de base tecnológica como dinámicas. Allí se crean condiciones específicas que permiten dismi-

nuir el nivel de riesgo y mortalidad de estas organizaciones en las etapas iniciales de su desarrollo, ya que además cuentan con apoyo estratégico y logístico durante el período de tiempo que permanecen en el proceso de incubación.

La experiencia acumulada en más de 19 años de trabajo continuo demuestra que las dos modalidades de incubación -intramuros y extramuros- promueven la consolidación de empresas cuyo valor agregado contribuye al desarrollo económico nacional y que el tiempo que cada empresa permanezca en la incubadora dependerá de las características particulares de la propuesta empresarial.

Ante estas razones el CIE-TEC optó por la incubación intramuros, donde se albergan empresas en espacios asignados especialmente para la ejecución de las actividades. Las medidas no superan los 40 m2, tamaño inicial más que suficiente para que la nueva propuesta empresarial ofrezca sus aportes, tanto en productos como en servicios, con una repercusión positiva en la sociedad, colaborando a la vez en el empleo de personal técnico y especializado y en el desarrollo económico.

Por su parte, el proceso de incubación extramuros está planificado para empresas ya establecidas, que incluso tienen su espacio físico de trabajo o producción, y para aquellas que deseen iniciar fuera del Centro de Incubación. En estos casos la incubación se hace mediante una asesoría de seguimiento de gestión según los objetivos que la empresa desea alcanzar, con el fin de fortalecer su desarrollo, mejorar su competitividad y buscar alianzas estratégicas.

Es importante recordar que uno de los objetivos más importantes de las incubadoras es ser autofinanciables, sin requerir de terceros para el correcto desarrollo de sus actividades, lo que significaría que con los ingresos que se perciban por arrendamiento puedan cubrirse los costos de operación. Así, se deja de lado toda finalidad de lucro, debido a que no es interés de la institución sacar provecho de las actividades empresariales de los incubados en su periodo de iniciación.

Concurso Nacional de Emprendedores En el transcurso de los años se ejecutaron diferentes estrategias para la atracción de empresas al CIE y en el año 2005 se determinó que la opción idónea era integrar el Concur-

so Nacional de Emprendedores y el Centro de Incubación de Empresas.

Entre los meses de agosto y octubre de cada año se lleva a cabo el Concurso Nacional de Emprendedores, el cual tiene como principal objetivo la atracción de nuevas ideas y proyectos en marcha para introducirlos en los procesos de incubación. Dicho proceso consiste en colaborar con el desarrollo, fortalecimiento y mejoramiento de la gestión administrativa, mediante asesorías y capacitaciones, por un período determinado que dependerá de la modalidad de incubación elegida.

Dentro de las etapas que conlleva el concurso se encuentra el establecimiento de un período de recepción de solicitudes; luego se procede a la preselección de las mejores propuestas, cuyo número depende del total recibido. Posteriormente se establece una única fecha, donde por un período máximo de 30 minutos se presenta cada proyecto preseleccionado ante un jurado experto. Este tiene la responsabilidad de decidir cuáles serán las propuestas ganadoras para dar inicio en el mes de enero del año siguiente al proceso de incubación.

Según los registros del CIE-TEC, se han analizado más de 1000 propuestas correspondientes a las ediciones anteriores. Según el registro, desde el 2002 se han incubado 97 empresas de base tecnológica y dinámicas, lo que constituye una experiencia sólida en la realización de este tipo de eventos.

Como ejemplo más reciente, el CIE-TEC organizó junto con el Ministerio de Economía, Industria y Comercio (MEIC), el concurso ¡Limón está emprendiendo!, primer Concurso de Emprendedores que se llevó a cabo en la provincia de Limón. Allí se se contabilizaron más de 90 proyectos emprendedores, de los cuales el CIE-TEC analizó cada uno para posteriormente seleccionar a los 40 mejores, que serían expuestos en la feria realizada el 23 de agosto del 2013.

Finalmente, un grupo de jurados invitados aplicaron su criterio con la ayuda de un formulario confeccionado con parámetros definidos por la incubadora, para elegir las cinco mejores propuestas. Cada una ellas recibió US$ 2000,00 (dos mil dólares) como capital semilla.

En la edición del año 2012, luego de la lectura y selección de propuestas, el CIE-TEC

Figura 1. Máquina CNC modeladora para elaboración de productos a utilizarse en el área de la arquitectura y la ingeniería.

Figura 2. Bairon Pérez Cerdas presenta un software especializado en la búsqueda de citas bibliográficas.

introdujo a un grupo de mentores a trabajar de la mano de los emprendedores por un período de seis semanas, para que finalmente expusieran las cualidades técnicas y administrativas ante un jurado especializado. Las figuras 1 y 2 son ejemplos de los emprendedores y los equipos propuestos para ser considerados dentro del proceso de incubación intramuros.

En octubre del 2013 inició la recepción de proyectos para la XV Edición del Concurso Nacional de Emprendedores, en donde se convoca en forma abierta a la comunidad nacional para que presenten propuestas de proyectos emprendedores en distintas áreas de interés; el eje diferenciador es que se presenten propuestas para ser desarrolladas en el proceso de incubación extramuros.

lecomunicaciones (MICITT) y es miembro permanente del Consejo de Emprendimiento del MEIC y del Consejo Mixto Asesor del Sistema de Banca para el Desarrollo.

A casi 20 años de estar operando, se comprende la importancia de la especialización de la incubadora en sectores específicos y una mayor vinculación con los centros de investigación del TEC, los estudiantes y sus investigadores. Por ello, el siguiente gran paso es desarrollar una infraestructura propia en la institución, con la finalidad de estar cerca de cada uno de los elementos antes mencionados.

Finalmente, la importancia de la relación con el sector público y particularmente en el otorgamiento del apoyo financiero para el correcto desarrollo de las empresas, hace que el CIE-TEC continúe buscando mecanismos que faciliten el progreso de las empresas y que las impulse a la etapa posterior denominada aceleración de empresas. Para lograrlo, se está en conversaciones con dos instituciones del Estado que pueden llegar a contribuir en la mejora de las pymes.

La perseverancia, y continuar por el camino establecido, coloca al TEC en lo alto en todos los temas relacionados con emprendimiento, incubación y, próximamente, aceleración en el país. Mas no debe verse como suficiente; por el contrario, todo esto debe ser la base para plasmar nuevas metas y lograr más éxitos en los próximos veinte años.

Actualmente En el año 2010, bajo la tutela del MEIC se creó la primera política pública denominada Política pública de fomento a las pyme y al emprendedurismo, mecanismo por el cual se empieza a visualizar a profundidad a las pymes, los emprendedores, el fomento emprendedor y las incubadoras.

Reconoce además el Ministerio la ayuda y apoyo que el TEC ha brindado a los emprendimientos nacionales en sus años de existencia y aplaude las diferentes iniciativas que ha desarrollado en estos años.

El CIE-TEC está ligado a la Red Nacional de Incubadoras y al Registro Científico Tecnológico del Consejo Nacional para Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT), como unidad consultora e investigadora para las pymes que opten por los Fondos Propyme.

Participa, además, en el Portal de Innovación del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Te-

(*) Eugenia Ferreto Gutiérrez es profesora e investigadora de la Escuela de Administración de Empresas del Instituto Tecnológico de Costa Rica y actualmente es la coordinadora del Centro de Incubación de Empresas del TEC. Es administradora de empresas y tiene una maestría en administración con énfasis en mercadeo.

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lasma: Energía para el futuro…

Saúl Guadamuz Brenes (*) sguadamuz@itcr.ac.cr En un artículo precedente, abordamos la pregunta ¿qué es el plasma?, donde presentamos algunas de sus características más importantes, así como las aplicaciones más comunes en las que el cuarto estado de la materia afecta nuestra vida.

También explicamos cuál es el mecanismo que opera en las estrellas como nuestro Sol y por qué dicho mecanismo no puede ser reproducido en la Tierra debido a su tasa de reacción y sus requerimientos de presión y densidad de partículas.

Retomamos ahora una reacción nuclear que sí se podría dar en condiciones de laboratorio: la reacción deuterio-tritio.

El criterio de Lawson A mediados de los años cincuentas, el ingeniero y físico británico John D. Lawson determinó cuáles eran los factores críticos para obtener la “ignición” en un reactor de fusión nuclear, es decir, la condición en que la energía generada por la reacción es suficiente para mantener la temperatura del plasma sin ayuda externa.

Dicho criterio era el producto de la densidad de electrones en el plasma y lo que él llamó “tiempo de confinamiento energético”[1].

En aquel entonces, se creía que la fusión nuclear podía tener aplicaciones militares, por lo que las investigaciones de Lawson eran información clasificada. Cuando se determinó que la fusión nuclear tendría su uso principal con fines pacíficos, la información fue revelada a la comunidad científica internacional y se mejoró el criterio ligeramente como el producto de tres cantidades: densidad del plasma, ne, la temperatura, Te, y el tiempo de confinamiento, tE. Este “producto triple” es al que nos referimos actualmente cuanto hablamos del criterio de Lawson [2]. ¿Qué buscamos con dicho criterio? En la figura 1, observamos la comparación del producto triple de tres reacciones: deuteriohelio3(D-He3), deuterio-deuterio(D-D) y deuterio-tritio(D-T); se observa cómo el mí6

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nimo producto triple requerido que se alcanza a menor temperatura (la cual debemos suplir de manera externa) es el de la reacción D-T. Ahora bien, aunque podríamos decir que la reacción D-T es la más fácil de lograr, la palabra “fácil” merece ser contextualizada, ya que necesitamos alcanzar una temperatura del orden de los 100 000 000 de grados Celsius1; esto es unas seis veces la temperatura del núcleo del Sol.

Figura 1. Producto triple para tres posibles reacciones nucleares. Imagen de Dstrozzi.

En este momento quizás el lector se pregunta: “¿Seis veces la temperatura del Sol? Pero si habíamos quedado en que las condiciones del Sol no se podían reproducir en la Tierra, ¿cómo se va a obtener una temperatura seis veces mayor?”

Es una pregunta totalmente justificada y la respuesta es la siguiente: las condiciones que no se pueden reproducir en la Tierra, son las de presión y densidad de partículas, dichas condiciones se “suavizan” al usar la reacción D-T, pero hay un precio que pagar, el cual es aumentar la temperatura. Afortunadamente, a diferencia de las condiciones de presión y densidad de partículas que son imposibles de lograr, la condición de temperatura solamente es muy difícil de lograr…

Confinamiento del plasma La siguiente pregunta lógica es cómo confinar el plasma: ¿dónde podría alguien comprar un recipiente en el cual introducir un gas a cien millones de grados Celsius? ¡En ningún lado!

El plasma para fusión nuclear no puede ser confinado físicamente.

Pareciera una situación sin salida hasta que recordamos que una de las características del plasma expuestas en el artículo anterior, es que el gas está ionizado; estas son excelentes noticias ya que si el plasma es una gas ionizado entonces responde a campos magnéticos:

lo que necesitamos es un recipiente magnético.

Ahora debemos definir la forma del recipiente; la respuesta la encontramos en el trabajo del matemático francés Henri Poincaré, quien hace más de un siglo determinó que la única geometría que no permite puntos nulos en una superficie vectorial cerrada2 es la toroidal [3]. De modo que nuestro recipiente magnético debe tener forma de toro (la figura geométrica, no el animal).

El problema técnico de cómo generar un campo magnético en forma de toro lo resolvieron, independientemente, científicos en la antigua Unión Soviética y en Estados Unidos.

Los rusos propusieron combinar dos campos magnéticos más sencillos de manera que el campo magnético total fuera un toroide aproximadamente circular (ver figura 2) llamado “cámara toroidal con bobinas magnéticas” (tokamak, por sus siglas en ruso); mientras que los estadounidenses propusieron obtener el campo como resultado de una complicada geometría de bobinas de inducción (ver figura 3), aparato al que llamaron stellarator o “generador de estrellas”.

Como sucede muy frecuentemente, ambos acercamientos tienen sus pro y sus contra, y una comparación justa requeriría discusiones que van más allá del objetivo de este artículo; más bien, lo que haremos ahora es tomar uno de ellos para ilustrar aspectos de funcionamiento y seguridad.

Fusión nuclear como fuente de energía Volvamos por un momento a nuestra reacción favorita: queremos fusionar un átomo de

Figura 2. Tokamak ITER. Nótese el tamaño en comparación con una persona en la esquina inferior derecha. Imagen tomada de http://www.fusion.kit.edu.

1 No es un error de impresión, necesitamos unos cien millones de grados Celsius.

2 Que es solo la manera elegante de decir que nuestro recipiente magnético no tendrá fugos de plasma.

Figura 3. Stellarator japonés LHD. Imagen de National Institute for Fusion Science.

deuterio con uno de tritio para producir un átomo de helio y un neutrón; esto se puede expresar como una fórmula:

Pero lo interesante es hacer un balance de masas entre el antes y el después de la reacción, utilizando la masa del protón (mp=1,6726×10-27 kg) como referencia:

Se observa que existe un déficit de 0,01875mp que traducido en energía, utilizando la famosa ecuación de Einstein, da como resultado:

Ahora bien, probablemente algunos de los lectores no estén familiarizados con las unidades de energía de la ecuación anterior, por lo que es útil poner esos números en perspectiva de la siguiente forma: la energía que podemos obtener de 33 mg de deuterio y 50 mg de tritio es equivalente a la que se obtiene de 360 litros de petróleo [4].

Una vez obtenida la reacción de fusión, la energía liberada se capta en las paredes del dispositivo de confinamiento –digamos el tokamak– en forma de calor, el cual se utiliza para producir electricidad por medio de generadores como normalmente se haría en cualquier otro proceso de producción térmica de energía, como una fuente geotérmica.

La figura 4 ilustra, de manera simplificada, el proceso recién descrito.

Sin embargo, antes de poder explotar las ventajas energéticas de la fusión nuclear, hay que superar varios obstáculos de implementación técnica muy interesantes desde el punto de vista de la ingeniería.

Primer reto: confinamiento magnético Como ya dijimos, en un tokamak se deben

Figura 4. Esquema simplificado de la producción de electricidad mediante un tokamak. Imagen de JET EFDA.

generar, no uno, sino dos campos magnéticos que se combinarán para confinar el plasma; estos campos son: • Campo poloidal: se aprovecha la alta conductividad eléctrica del plasma para inducir una corriente en él utilizando el principio de un transformador; la llamada bobina interna de campo poloidal (“inner poloidal field coil”, en la figura 5) funciona como promeario y produce la corriente eléctrica del plasma (“plasma electric current”, en la figura 5) que sería el secundario; esta corriente, a su vez, induce el campo magnético poloidal (“poloidal magnetic field” en la figura 5).

• Campo toroidal: una serie de bobinas de inducción que “abrazan” al plasma (“toroidal coils”, en la figura 5) inducen el campo magnético toroidal (“toroidal magnetic field”, en la figura 5).

consecuencia, la corriente que circula por las bobinas de inducción es muy alta y estas deben ser enfriadas a temperaturas criogénicas (menores a los 100 grados bajo cero) para que funcionen adecuadamente.

El hecho de tener dos extremos de temperatura (el plasma muy caliente y las bobinas de inducción muy frías) en un mismo aparato es todo un reto para ingenieros en materiales, eléctricos, electrónicos, mecánicos, etc.

Segundo reto: calentamiento Después de confinar el plasma es necesario calentarlo hasta alcanzar la ignición, pero el escenario no es el mejor, tal como se aprecia en la figura 6. Conforme se va incrementando la temperatura del plasma por medio del calentamiento óhmico (producto de la corriente de plasma en figura 5), la eficiencia de este calentamiento decae hasta alcanzar un punto en que las pérdidas de calor superan la entrada de calor.

Se hace necesario entonces implementar sistemas auxiliares de calentamiento hasta que el plasma alcance la ignición. Estos sistemas auxiliares de calentamiento hacen uso de: • Ondas electromagnéticas: en donde microondas a frecuencias específicas aumen-

Figura 5. Ilustración de cómo los campos poloidal y toroidal se combinan para confinar el plasma en un tokamak. Imagen de JET EFDA.

Podemos observar cómo el campo magnético total tiene forma de hélice y sigue la geometría toroidal del plasma (“resulting helical magnetic field”, en la figura 5).

La intensidad del campo magnético en un tokamak es muy alta; por ejemplo, en el Massachusetts Institute of Technology opera el tokamak ALCATOR C-MOD, en el que se establecen campos magnéticos unas 100 000 veces el campo de la Tierra [5]. En

Figura 6. Balance de potencia al calentar el plasma: el punto señalado como “total heat input” es menor a la línea “total heat loss”, lo que hace necesario emplear sistemas de calentamiento auxiliares. Imagen de D. R. Sweetman, Nucl. Fus. 13 (1973) 157-165.

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tan la energía cinética de las partículas en el plasma; para hacerlo se utilizan arreglos de antenas y guías de onda.

• Rayos de partículas neutras: en donde el aumento en la energía se logra por medio de colisiones entre el plasma y las partículas neutras inyectadas.

Vale la pena mencionar que aún no se ha podido llegar al punto conocido como “breakeven”, en donde la energía invertida es igual a la obtenida del plasma; se espera que el proyecto ITER alcance e incluso supere dicho punto [6].

Seguridad en la fusión nuclear Una de las mayores preocupaciones cuando se habla de implementar un reactor de fusión nuclear es la seguridad; esto en vista de la inevitable asociación que se hace de la palabra “nuclear” con la palabra “bomba” y la expresión “desechos radioactivos”.

Entonces, ¿representa un reactor de fusión nuclear, peligro en forma de una eventual y violenta reacción en cadena? La respuesta es no, lo cual pudiera parecer contradictorio a la luz de eventos como los de Three Mile Island en Pensilvania, Estados Unidos, 1979; Chernóbil en Ucrania, antigua Unión Soviética, 1986; y más recientemente en Fukushima, Japón, 2011.

Lo primero que debemos dejar claro, es que accidentes como los mencionados anteriormente fueron todos en plantas de fisión nuclear y no de fusión nuclear3 que es el tema de este artículo; por otra parte, lo que ocurrió en tan lamentables eventos no fue una reacción en cadena como la que se da en una bomba, ya que el combustible de uranio para una bomba atómica está mucho más enriquecido (es decir, tiene una cantidad de isótopos de uranio específicos artificialmente aumentada) que el utilizado en plantas para producción de energía eléctrica.

En los tres accidentes señalados se produjo un evento llamado comúnmente “nuclear meltdown” (usualmente traducido al español como “fusión de núcleo”). Esto ocurre cuando el sistema de enfriamiento del reactor falla y las barras de combustible nuclear (uranio) se calientan hasta el punto de derretirse total o parcialmente; si el sistema no se enfría, el calor puede derretir incluso el confinamiento de 3 De hecho, el proceso de fisión es contrario al de fusión: elementos pesados (como el uranio) se dividen en elementos más livianos.

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acero alrededor de las barras de uranio, llamado núcleo. En un caso extremo, las barras de uranio derretido podrían hundirse en la tierra debajo de la planta hasta unos 15 metros y, si llegara a tocar mantos acuíferos, produciría explosiones de vapor radioactivo y escombros [7].

Por otra parte, la fusión nuclear es intrínsecamente segura, ya que las condiciones para que esta suceda son muy difíciles alcanzar, como ya se ha mencionado en este artículo. De hecho, si un accidente llegara a ocurrir en un reactor de fusión nuclear, lo peor que podría pasar sería que la reacción se detuviera, eliminando automáticamente los riesgos de una “fusión descontrolada”.

Tenemos que considerar también las diferencias a nivel de desechos radioactivos; en el caso de la fisión, estos son abundantes y duraderos, no solo debido a la reacción en sí misma, sino a que el agua o cualquier otro agente de enfriamiento queda también contaminado. En cambio con la fusión, los desechos radioactivos son mínimos y su “vida” es menor a una generación; es más, si se escogen bien los elementos a fusionar y el proceso para lograrlo, los productos secundarios peligrosos para el medio ambiente son comparables a los de cualquier otro proceso de producción de energía y ni siquiera se clasifican como “basura radioactiva” [8].

De hecho, en el diseño de reactores de fusión nuclear se tiene más cuidado con los riesgos debidos a los sistemas secundarios que a los del reactor mismo.

Evidentemente, la comparación entre fisión y la fusión no es del todo justa, ya que la primera es una tecnología madura, de la cual se conocen los riesgos gracias a la experiencia; mientras en el caso de la segunda, no solo la tecnología, sino que incluso la teoría, está en desarrollo por lo que no podemos excluir a ciencia cierta problemas de implementación y manejo.

En conclusión, la fusión nuclear ofrece la posibilidad de brindar energía de forma abundante, segura y amigable con el ambiente; por supuesto, no es una tecnología perfecta, pero de hecho ninguna lo es, por lo que debemos concentrarnos en plantear la mejor estrategia de producción de energía posible ya que lo que sí es cierto, es que nuestro planeta no soportará el ritmo de consumo energético que le exigimos de forma indefinida. No importa si participamos en la investigación en fusión nuclear,

si desarrollamos mejores paneles solares, si explotamos la biomasa o si simplemente apagamos la luz cuando no la estamos utilizando: todos podemos colaborar en disminuir nuestra huella ecológica y garantizar energía para las futuras generaciones.

El lector interesado puede enterarse de cómo el Instituto Tecnológico de Costa Rica se involucra activamente en este proceso ingresando en los sitios web: http://www.plasma.ietec.org http://www.seslab.ietec.org http://www.google.com/url?sa=t&rct=j &q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad =rja&ved=0CDoQFjAC&url=http%3 A%2F%2Fwww.renenergyobservatory. org%2Falfresco%2Fd%2Fa%2Fworkspa ce%2FSpacesStore%2F1d9ae9e2-8d074cd2-ae1a-e95179702c62%2Fpeltec. pdf%3Fguest%3Dtrue&ei=_q5cUquXJ9SP kAeH2YDIDg&usg=AFQjCNGQSUVrDt UAlWXYP9uK2kEdkoctLg&sig2=kO7bg_ s6xrqbc4cxnm_fUw&bvm=bv.53899372,d. eW0 Referencias [1] J. D. Lawson. “Some Criteria for a Power Producing Thermonuclear Reactor”. Proceedings of the Physical Society B, Volume 70 (1957), p. 6 [2] Wesson, John. “Tokamaks”. 3 Ed, Oxford University Press, New York. 2004.

[3] Kikuchi, Mitsuru. “Frontiers in Fusion Research”. Springer, 2011.

[4] FOM-Rijnhuizen/Verdult - Kennis in Beeld. “Fusion Energy. Cleaner Energy for the Future”. EFDA, 2005.

[5] The Alcator C-Mod Tokamak. En: http:// www.fusionfuture.org, accesado 16-10-2013.

[6] FAQS. En: https://www.efda.org, accesado 16-10-2013.

[7] Nuclear Disasters and Accidents. En: http://library.thinkquest.org, accesado 09-102013.

[8] Nuclear Fusion, JET and ITER: Your Questions Answered. En http://www.theengineer.co.uk accesado 09-10-2013. (*) Saúl Guadamuz Brenes es profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería Electrónica del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Es ingeniero en electrónica graduado en el TEC y tiene una maestría y un doctorado en ingeniería electrónica y comunicaciones, ambos del Politecnico di Torino, Italia.

C

ientíficos del 2020 solo serán productivos si dominan la computación avanzada

(*) Marcela Guzmán O. Vicerrectoría de Investigación y Extensión Instituto Tecnológico de Costa Rica maguzman@itcr.ac.cr

La National Science Foundation (NSF) de los Estados Unidos determinó que para el año 2020 será difícil que un investigador sea productivo si no domina las herramientas de la computación avanzada. Tal conclusión llevó a esa organización gubernamental a crear una nueva división denominada Advanced Ciberinfraestructure, con el fin de fomentar la generación de capacidades en esta área (http:// www.nsf.gov/div/index.jsp?div=ACI).

La ciberinfraestructura consiste en computación de alto rendimiento (Computational Science) aplicada a la investigación científica, especialmente en lo que tiene que ver con simulación y análisis de datos en las áreas de biología, física, geología y materiales, pero no exclusivamente.

Según expresa José Castro Mora, Ph.D., investigador y profesor de la Escuela de Ingeniería en Computación del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), en esta universidad se hizo el primer intento de aplicar la computación de alto rendimiento desde el año 2006. Luego de realizar estudios doctorales en el área de redes neurales en la University of Central Florida (UCF), regresó al país a hacer “proselitismo” para motivar la investigación utilizando la computación de alto rendimiento.

Explica que el concepto de “Computational Science” es diferente al de ciencias de la computación, más conocido, y se refiere al estudio científico de cualquier área utilizando la 1 Según Wikipedia, un cluster de computadores son conjuntos o conglomerados de computadoras construidos mediante la utilización de hardwares comunes y que se comportan como si fuesen una única computadora.

El Ph.D. José Castro Mora ha liderado en el TEC los estudios sobre computación avanzada.

computación. Para ello se necesita de equipo computacional de alto rendimiento que trabaje en forma de “clusters”(1) para aumentar su capacidad.

Considera que ese interés se vino a cristalizar en el año 2010 con la creación en el TEC del programa de investigación eScience, que aglutina a investigadores de distintas áreas de la institución y cuya herramienta común es la computación de alto rendimiento.

Para el Dr. Castro, el equipamiento en este campo es muy importante, pero también lo es la formación de recursos humanos calificados. Ya desde 1995 Costa Rica tenía un convenio con la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) para el uso de las capacidades de supercomputación de esa entidad, pero entonces aún no había personal calificado en el país que pudiera utilizar los recursos. Tampoco se disponía del equipo adecuado y de alguna forma el convenio se desaprovechó.

Ceniza del Irazú El investigador sostiene que para desenvolverse adecuadamente en este campo es fundamental el trabajo en equipo interdisciplinario. Pone como ejemplo el proyecto que él coordinó a partir del 2006, utilizando como base los datos que existían de las erupciones de ceniza del volcán Irazú de los años 1963 a 1965. El objetivo del proyecto era poder predecir el comportamiento del volcán en diferentes escenarios, mediante la simulación.

Los datos estaban dispersos y mucha información se perdió o se dañó, pero el investigador hizo una evaluación cualitativa y los resultados coincidieron con lo que efectivamente sucedió. El proyecto demostró que la aplicación de la computación de alto rendimiento era válida y dio origen a un modelo de simulación.

Sin embargo, de esa primera etapa no se originó ningún trabajo científico publicable porque no había un equipo de investigación debidamente conformado. Más tarde se incorporaron investigadores de otras áreas que hicieron posible validar el modelo.

Los resultados obtenidos del proyecto Ceniza Irazú permitieron aplicar el modelo a otros 52 posibles escenarios. Para ello, a cada caso asociado a la actividad del volcán, y a los vientos, se les asignó una probabilidad.

Esto permitió construir un mapa general de amenaza que indica cuáles zonas serían eventualmente más afectadas en el largo plazo, o cuáles son las zonas de alto riesgo que deberían pasar a formar parte del parque nacional que alberga al Irazú.

El Dr. Castro indica que para lograr estos resultados se “corrieron” inicialmente 217 mil simulaciones en clusters localizados en Australia. Esto porque el equipo computacional para estos fines es sumamente costoso y hay que buscar colaboradores.

En la segunda fase del proyecto Ceniza Irazú participaron, además de José Castro, Santiago Núñez, de la Escuela de Computación; ENERO 2014 -

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Super cómputo paralelo Mauricio Monge Agüero (*) mmonge@itcr.ac.cr Cuando el Dr. José Castro Mora regresó a Costa Rica en el año 2004, recién graduado de su doctorado, había desarrollado una pasión por las aplicaciones de súper cómputo paralelo y deseaba su implementación en el país. Escoge entonces aprovechar su conocimiento para analizar una de las mayores preocupaciones de los cartagineses: un eventual desastre ocasionado por la actividad del volcán Irazú.

Así, inicia planteando el proyecto de investigación “Evaluación de riesgo de ceniza (tefra) y de deslizamiento de lodo por erupciones del volcán Irazú”. Esto lo hace entre los años 2005 y 2006, mediante simulación numérica, en un cluster de computadores Beowulf. El financiamiento lo recibe de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión (VIE) del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC).

Este proyecto contó también con la participación de los investigadores Bruno Chiné, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y José Helo Guzmán, de la Escuela de Ingeniería en Computación. Tuvo un aporte financiero privado de Florida Ice & Farm y de Microsoft.

Posteriormente, el Dr. Castro plantea la segunda parte del proyecto Ceniza Irazú (20112012), que contó con presupuesto del Consejo Nacional de Rectores (CONARE). Participaron entonces el Ing. Santiago Núñez, del TEC, y otros investigadores. eScience Para implementar el primer cluster de computadoras, la compañía Intel donó al TEC 16 procesadores. Así, al estar operando este primer cluster institucional, el investigador José Castro busca nuevas aplicaciones qué correr en este equipo.

Dado que el cómputo es una herramienta transversal a muchas disciplinas, la iniciativa de investigar en super cómputo paralelo se convierte en el primer programa de investigación interdisciplinario promovido por la VIE y nace así el programa eScience.

Una vez concluido administrativamente el proyecto Ceniza Irazú, el programa sigue enriqueciéndose con la participación de nuevos integrantes de distintas áreas, quienes también plantean interesantes proyectos de investigación, los cuales son posibles por la existencia de la plataforma del clúster paralelo común. Así, se pueden mencionar proyectos como eBridge, eFlora y eReal.

El proyecto Ceniza Irazú se ha visto beneficiado del trabajo en equipo promovido por la integración del grupo de investigación eScience, donde los investigadores tienen la oportunidad de comentar y participar de las necesidades e inquietudes de sus colegas, aunque no tengan una participación formal en el proyecto propiamente. Así por ejemplo, el Dr. Franklin Hernández y el M.Sc. Johan Carvajal, han hecho importantes contribuciones.

Claro está que por la existencia de esta herramienta, que es tanto de procesamiento como de programación, es posible obtener datos que deben ser interpretados, en este caso por geólogos y vulcanólogos, quienes pueden de manera calificada dar un pronóstico de riesgo en minutos, situación de suma importancia que no sería posible sin el desarrollo de esta potente herramienta.

Se pone así al servicio de la sociedad costarricense una aplicación tecnológica desarrollada en el Instituto Tecnológico de Costa Rica para beneficio común, lo que constituye también un ejemplo de cómo se invierten los fondos públicos en investigaciones tecnológicas que luego salvarán vidas. (*) Mauricio Monge Agüero es administrador de empresas y tiene una maestría en computación, ambos del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Actualmente es candidato a doctor en economía y gestión de empresas de la Universidad Politécnica de Cartagena, España. Trabaja como gestor de proyectos de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del TEC y tuvo a su cargo el seguimiento del proyecto Ceniza Irazú en los años 2005 y 2006.

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Franklin Hernández-Castro, de la Escuela de Diseño Industrial; y José Brenes de la Escuela de Física. De la Universidad Nacional fueron parte del grupo de investigación, Gustavo Barrantes, de la Escuela de Geografía; y Eduardo Malavassi del OVSICORI. También han trabajado en los proyectos 10 estudiantes asistentes, quienes los han enriquecido y han colaborado en la instalación y configuración de equipos, así como en la prueba de software y el mantenimiento.

Para el desarrollo del estudio el grupo contó con financiamiento de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del TEC y posteriormente dispuso también de fondos del Consejo Nacional de Rectores (CONARE).

Esta investigación dio origen al artículo “Simulación de caída de ceniza del Volcán Irazú aplicando el programa TEPHRA modificado”, que se publicó en la revista Geo UERJ correspondiente al primer semestre del 2013 (ver http://www.e-publicacoes.uerj.br/index. php/geouerj/issue/view/520 eScience Al crearse el programa de investigación e Science en el TEC, se unieron a Castro los investigadores doctores Franklin Hernández y Jorge Monge, quienes comenzaron a fortalecer el grupo y el uso de la Computational Science en distintos campos.

Junto con otros investigadores más que se integraron al programa, visitaron el California Institute for Telecommunicationes and Information Technology, conocido como Calit2, en Estados Unidos, donde se entrenaron en el trabajo de visualización y simuladores y se relacionaron con grupos de investigación de muy alto nivel.

También pudieron valorar la importancia de la interfaz entre máquinas, tanto para la comunicación con la gente común, como entre científicos, según las necesidades. Esto requiere de profesionales en diseño.

En este sentido, el diseñador industrial Franklin Hernández explica que los desarrolladores por lo general diseñan interfaces muy particulares, específicas y poco comunes. El resultado es, dice Hernández, “como preguntarle a un bioquímico por qué es buena la aspirina”.

Pero en una interface, lo mismo si es para un nicho específico (como los científicos de un área determinada) que si es para el público en

general, el éxito depende de que la gente que la usa la entienda. Y vuelve al ejemplo: “yo no necesito entender cómo funciona la aspirina, lo que quiero es que me quite el dolor”.

Hernández dice que para el usuario, la interface es el software: para el 99,99 por ciento de las personas que usan Excel, este es la pantalla con iconos y celdas. Para los desarrolladores, en cambio, Excel es una serie de rutinas que permiten hacer cálculos, los algoritmos que permiten su despliegue, así como imprimir, guardar, etc. La visión es correcta, pero no es útil como interface.

En eso consiste la importancia que tiene el diseño en el desarrollo de una interface: si el usuario no la entiende, no tendrá éxito; por eso hay que hacerla accesible.

El grupo eScience, que actualmente coordina el ingeniero Johan Carvajal, de la Escuela de Ingeniería Electrónica, también ha establecido una importante relación académica con el National Center for Supercomputing Applications (NCSA), un centro de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, cuyos investigadores trabajan en el área de la ciencia computacional (ver: http:// www.ncsa.illinois.edu/).

Fue en el NCSA donde, en 1993, desarrollaron el Mosaic, primer navegador gráfico disponible para visualizar páginas web y el primer navegador gráfico para Microsoft Windows (ver: http://es.wikipedia.org/wiki/ Mosaic).

El Dr. Castro señala que han recibido mucho apoyo de ese centro para crear colaboraciones estratégicas; varios de sus investigadores visitaron en Costa Rica el Centro Nacional de Alta Tecnología (CENAT), adscrito a CONARE, para tratar de establecer proyectos conjuntos. Además, actualmente los investigadores de eScience forman parte del programa International Affiliates del NCSA y

un profesor del TEC, Esteban Meneses, está estudiando su doctorado allá como parte de la relación establecida.

Próximos pasos José Castro está convencido de que aún falta más capacitación en Costa Rica en el campo de la computación de alto rendimiento. Considera necesario crear en el TEC, en el plazo de dos o tres años, un doctorado en ciencias computacionales con un enfoque muy tecnológico, interdisciplinario, de aplicación de la computación a la ciencia. El énfasis estaría en la modelación y técnicas computacionales de alto rendimiento, lo mismo que en programación y en la parte científica.

De momento, y a pesar de que el equipo es sumamente costoso, hay que tener un mínimo que permita a los investigadores familiarizarse con el uso.

Por su parte, eScience se ha enfocado fuertemente en el área de la visualización y el equipo con que cuenta el TEC en este momento es “de primera línea”. Castro considera que la institución está al mismo nivel que otros países desarrollados.

Finalmente, señala que la institución tiene una muy buena Escuela de Diseño y personal capacitado que garantizan el avance institucional en este campo. (*) Marcela Guzmán Ovares es comunicadora en la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Es la editora de la revista investiga.TEC. Tiene títulos de bachillerato y licenciatura en ciencias de la comunicación colectiva, así como una maestría académica en comunicación, todos de la Universidad de Costa Rica. Se ha especializado en la comunicación pública de la ciencia y es miembro de la Red de Comunicación de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación (RedCyTec) de Costa Rica.

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edicamentos biotecnológicos: esperanza para enfermedades no tratadas

Miguel Rojas Chaves (*) mirojas@itcr.ac.cr

Medicamentos biotecnológicos son aquellos producidos a partir de microorganismos vivos, órganos, tejidos y células de origen animal o vegetal, así como los elaborados por la tecnología de ADN recombinante (WHO, 2001), que consiste en insertar información genética de un organismo en otro diferente y obtener una nueva proteína. Son disímiles a los medicamentos convencionales, basados en compuestos químicos de bajo peso molecular y fabricados mediante procesos sintéticos. Esto marca una diferencia sustancial en la investigación, el desarrollo, la producción, la regulación y la comercialización entre ambos tipos de fármacos (Blaich et al, 2007).

La descripción de estas macromoléculas se presenta de manera resumida en el presente artículo.

Las características de ambos tipos de medicinas varían sustancialmente, algunas están señaladas en el cuadro N°1. Así, los nuevos terapéuticos, llamados igualmente biofármacos, son usualmente moléculas proteicas de gran peso molecular y compleja estructura química, que tiene hasta cuatro niveles, con un plegamiento espacial determinado por enlaces covalentes y no covalentes, para que sea funcional. Esto implica que el medicamento debe mantener su disposición estructural, por lo que se utilizan diversos compuestos, tales como amortiguadores, antioxidantes, azúcares y polisacáridos como estabilizadores. Por el contrario, en los medicamentos tradicionales únicamente la estructura primaria molecular define su función.

Las compañías biotecnológicas dedicadas a la generación de estos novedosos productos, deben primeramente determinar la causa de una enfermedad, así como cuáles tipos de células están afectadas; también, si esta pato12 Investiga TEC

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Cuadro N° 1. Algunas características de los fármacos convencionales y biotecnológicos Tipo de fármacos

Convencionales

Biotecnológicos

Estructura química

Simple

Compleja

Estructura química que determina la función

Primaria

Desde la primaria hasta la cuaternaria

Peso máximo aproximado en Daltons*

600

200.000

Producción

Síntesis química

Mediante microorganismos y células vegetales, animales y humanas

Proceso de síntesis

6 a 10 pasos separados

Hasta 20 pasos conectados

Vía de administración

Usualmente oral

Parenteral

Vida media

Corta (menos de 24 horas) Larga (de una a tres semanas)

Relevancia de la inmunogenicidad**

Ninguna

Muy importante

Fuente: E. Zika et.al, 2007, Materi W., 2007, M L. Pombo et al, 2009. * Unidad de masa atómica. ** Capacidad de producir respuesta inmune

Cuadro N°2. Algunos requisitos solicitados para inscribir medicamentos convencionales.

Medicamentos convencionales Estudios fase II para demostrar eficacia terapéutica

Metabolismo y posible actividad farmacológica de los metabolitos formados

Estudios de toxicidad

Absorción y efectos sobre los diferentes órganos y sistemas

Estudios de seguridad terapéutica

Acción endocrina

Dosis recomendadas en el ser humano

Paso a través de la placenta

Estudios microbiológicos y biológicos

Efectos sobre la fertilidad, teratogénicos*, en el lactante y la secreción láctea

Estudios de biodisponibilidad

Vías de excreción o eliminación

Distribución de la droga en el organismo

Estudios pediátricos, si corresponde

Estudios farmacocinéticos en caso de productos de acción prolongada Fuente: Decreto N° 28466-S. *sustancia que durante la gestación puede producir una alteración morfológica o funcional del feto.

Cuadro N° 3. Algunos requerimientos del principio activo solicitados para la inscripción de los medicamentos biotecnológicos.

Información de calidad relacionada con las propiedades fisicoquímicas, biológicas e inmunológicas del principio activo; se solicita descripción de: La estructura química, secuencia de aminoácidos, modificaciones postraduccionales, propiedades fisicoquímicas, biológicas e inmunológicas El proceso de fabricación, de los controles durante el proceso, del control del sustrato celular, del control de las etapas críticas y de los productos intermedios y de la validación de los procesos La metodología para la caracterización, incluyendo la descripción de la estructura química y las impurezas relacionadas con el producto y el proceso y contaminantes Los controles del principio activo, incluyendo especificaciones, métodos analíticos y validación de los métodos analíticos Los patrones o materiales de referencia El sistema cierre-envase Resultados del estudio de estabilidad

Fuente: Decreto Nº 37006-S.

Cuadro N° 4. Algunos requerimientos del producto terminado solicitados para la inscripción de los medicamentos biotecnológicos.

Información de calidad relacionada con las propiedades fisicoquímicas, biológicas e inmunológicas del producto terminado; se solicita descripción de: El producto y de su composición El proceso de fabricación, de los controles durante el proceso, de las etapas críticas y de los productos intermedios y de la validación de los procesos El control de calidad, incluyendo especificaciones, métodos analíticos, validación de los métodos analíticos, análisis de los resultados de los lotes utilizados para las especificaciones, caracterización de impurezas y contaminantes y justificación de las especificaciones que garanticen la uniformidad lote a lote

Fuente: Decreto Nº 37006-S.

logía está causada o influenciada por factores genéticos, entre otros. Por estas razones, el proceso de investigación y desarrollo se torna, en el caso de las biocompañías, más caro, lento y difícil, comparado con las farmacéuticas convencionales. Para su elaboración es necesario contar con modelos biológicos que ayudan a esclarecer –entre otros- las diferencias en procesos celulares y en expresión proteica. Asimismo se comparan estas moléculas y los genes en diferentes especies, incluyendo los humanos, dado que pueden ser comunes en diferentes organismos.

Estos estudios generan enormes volúmenes de información biológica cada día. Por ello, la bioinformática ayuda a organizar esos datos y así formar una imagen más clara de la actividad de las células normales y afectadas.

Se emplean también sustancias denominadas marcadores biológicos para estimar una función biológica, identificar un proceso patológico o evaluar el desarrollo de un tratamiento. Adicionalmente, se utiliza la proteómica, que estudia la actividad de las proteínas en células, tejidos u organismos. De esta manera, se logra conformar el panorama global del proceso patológico.

Una vez producidos, la comercialización de estos medicamentos entraña considerables desafíos, como se diferencia en algunos de los requerimientos de información científica necesarios para su inscripción (por ejemplo en Costa Rica), según se puede ver en los cuadros 2, 3 y 4.

Se entiende por principio activo, la “sustancia o mezcla de sustancias de origen biológico responsables de un efecto farmacológico específico” (Decreto Nº 37006-S). En los medicamentos convencionales “una entidad química” es responsable del principio activo.

Como se observa, ambos tipos de sustancias son muy desiguales dado que, los biotecno-

lógicos son elaborados en sistemas celulares, los cuales aunque del mismo tipo, pueden ser no exactamente iguales en sus características bioquímicas y fisiológicas. Esto representa un gran reto científico, tecnológico y logístico.

Además, las proteínas producidas son deshidratadas por un proceso denominado liofilizado y posteriormente reconstituidas antes de su uso, pero manteniendo su integridad estructural, actividad biológica y, desde luego, su actividad farmacológica. Lo anterior es mucho más complejo que la síntesis química de los medicamentos convencionales, en la cual es factible mantener una homogeneidad prácticamente constante en su fabricación (Blaich et al, 2007).

Los medicamentos Ahora, ¿cuáles son estos medicamentos tan

singulares? El primero de ellos fue la insulina lanzada al mercado en 1982 (Materi W. et al, 2007). Esta hormona tradicionalmente se extrae de páncreas de cerdos, mientras que la nueva es producida en bacterias, gracias a la ingeniería genética, y es una proteína transgénica muy similar a la humana.

En poco más de 20 años de comercialización, estos novedosos productos han llegado a alcanzar el 20% del mercado farmacéutico (Pombo et al, 2009). En el 2007 ya existían 46 de estos medicamentos, entre hormonas, factores de crecimiento y de la coagulación, vacunas y anticuerpos monoclonales y demás aprobados por la FDA (Materi W. et al., 2007).

Estos fármacos distintos constituyen una opción terapéutica para muchos padecimientos que antes no podían ser tratados y por ello los pacientes logran una mejor calidad de vida. Por ejemplo se emplean en: cáncer, diabetes, artritis reumatoide, hemofilia, hepatitis, artritis, insuficiencia renal crónica, esclerosis múltiple, entre otros Experiencia de biofármacos en Costa Rica Todavía en Costa Rica no es factible la producción a escala comercial de estos medicamentos, pero se importan de manera creciente. Por ello, para efectos de regulación en noviembre del 2011 se promulgó el Reglamento técnico: RTCR 440: 2010. Regla-

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mento de inscripción y control de medicamentos biológicos, Nº 37006-S. Este reglamento tiene el objetivo de que el Ministerio de Salud pueda “establecer los requisitos y trámites necesarios para la inscripción y control de medicamentos biológicos de uso humano y aplica a todos los productos de este tipo, sean producidos en el territorio nacional o importados”. Este es un esfuerzo importante del país para mantener vigente la reglamentación farmacéutica. El control de estos medicamentos estará a cargo de la Dirección de Regulación de la Salud.

En el laboratorio Para probar estos medicamentos se necesitan modelos in vitro adecuados que, entre otras cosas, reducen el uso de animales en las primeras etapas de investigación. Uno de estos ha sido elaborado en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos del Centro de Investigación en Biotecnología (CIB) del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC).

Este modelo es un equivalente de piel tridimensional basado en un sistema de diferentes capas que contienen fibrina, colágeno, células de la dermis denominadas fibroblastos y finalmente los elementos celulares de la epidermis, que son queratinocitos, colocados en una interface aire líquido, que permite que las diferentes capas se amolden de manera tridimensional en un recipiente donde pueden expresar sus características propias celulares. Luego se incuban a 37°C y con atmósfera de CO2 y nutrientes necesarios para el crecimiento celular (ver fotografía adjunta).

Gracias a este modelo ha sido factible recrear el proceso de fotocarcinogénesis, que es cáncer inducido por las radiaciones electromagnéticas de la energía solar. A su vez, se puede estimar la capacidad de quimioprevención, que es el uso de sustancias (entre ellos biofármacos) que pueden prevenir, inhibir, revertir o retardar el proceso de carcinogénesis.

Asimismo determinar la capacidad biológica de diversas sustancias como posibles nuevos medicamentos (Calvo L. et al, 2013).

Bibliografía: Blaich, G., Bernd, J., Roth G., Salfeld, J. (2007).

Overview: Differentiating Issues in the Development of Macromolecules Compared with Small Molecules. Cox, S. (Ed). Handbook of Pharmaceu-

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tical Biotechnology (pp. 89-123). New Jersey: John Wiley & Sons.

Calvo, L., Syed, D., Chamcheu, J.C., Vilela, F., Perez, A.M., Vaillant, F., Rojas, M., Mukhtar, H. (setiembre, 2013). Protective Effect of Tropical Highland Blackberry Juice (Rubus adenotrichos Schaltdl.) against UVB-mediacated Damage in Human Epidermal Keratinocytes and in a Reconsituted Skin Equivalent Model. Photochemistry and Photobiology, 89(5), 1199-1207. Obtenido desde Wiley Online Library.

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L

a extensión universitaria desde la investigación Hacia una investigación socialmente útil II parte

“Regala un pescado a un hombre y le darás alimento para un día, enséñale a pescar y lo alimentarás por el resto de su vida”.

Proverbio Chino Maribel Jiménez M. (*) marjimenez@itcr.ac.cr María del Milagro González C. (**) mgonzalez@itcr.ac.cr Tomando como referencia el modelo de Kline y Rosenberg para la innovación con un enfoque de cadena, el proceso de extensión universitaria deberá seguir una ruta no lineal en donde la investigación y el desarrollo tecnológico sean orientados de manera constante por las necesidades de un grupo ya sea este social o empresarial. Esta sería la manera más acertada de lograr procesos de I+D hacia la solución de problemas reales.

De acuerdo con esta esfera de la extensión universitaria, se proponen dos modelos de proyectos de vinculación externa en la Vicerrectoría de Investigación y Extensión (VIE), del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Distinguen uno del otro el hecho de privar -o no- una relación comercial entre las partes involucradas: • Aquellos proyectos en donde la responsabilidad social es un elemento inherente.

En ellos la universidad interactúa con un

grupo específico para resolver un problema práctico. Se trata de la generación de soluciones conjuntas en donde el conocimiento popular interactúa con el científico y técnico. Aunque no es común, la relación entre las partes debe regularse por medio de un consentimiento informado.

• Aquellos en donde la universidad construye con un grupo empresarial un nuevo conocimiento, producto o servicio y en donde se comparten beneficios económicos del bien generado. La relación entre las partes se regula mediante contratos de protección a la propiedad intelectual. En algunas esferas se incluye dentro de esta modalidad las asesorías y la investigación contratada.

Siguiendo el modelo de Kline, se trata entonces de proyectos de transferencia tecnológica, entendida como un espacio dialógico en donde la universidad contribuye a la solución de problemas de índole científico y tecnológico de la sociedad en general. Vale decir que no es función de la universidad imponer soluciones a los problemas ni asumir posiciones filantrópicas de tipo asistencialista.

Desde esta perspectiva, son competencia de la VIE los proyectos de investigación, sea esta básica o aplicada, y los proyectos de transferencia tecnológica en las dos modalidades propuestas en párrafos anteriores.

En contraposición, otras actividades de vinculación externa que no correspondan a esfuerzos de transferencia de los productos de la investigación deberán ser asumidas por otras instancias, como la Vicerrectoría de Vida Estudiantil y Servicios Académicos (VIESA).

Aquellas iniciativas de capacitación que no responden a un proceso de vinculación como los antes descritos, no serán consideradas como un proyecto dentro de la VIE.

Visto desde los conceptos de la responsabilidad social universitaria (RSU), se trata de “investigación socialmente útil y gestión social del conocimiento” (Vallaeys, F.).

Evaluación de proyectos de extensión Considerando entonces los proyectos de extensión como un esfuerzo de vinculación con la sociedad, los criterios para evaluar estos proyectos deberán necesariamente tener una valoración mayor en aquellos aspectos que tienen que ver con ese actor externo a la universidad, sea este social o empresarial.

En este sentido, tenemos cuatro apartados sujetos de evaluación para discernir en estos proyectos: • Consistencia técnica En este apartado deberá hacerse una valoración de la coherencia interna del proyecto, esto es, la relación entre el plan de proyecto o plan de acción con el problema planteado, el cronograma y la asignación de recursos humanos, físicos y financieros.

• Impacto Este debería ser uno de los componentes con mayor peso; se debería valorar la contribución del proyecto a la resolución de necesidades sustantivas de los grupos sociales o empresariales. También, la participación activa de los beneficiarios en el proceso de transferencia, para agregar valor al sistema de producción vigente.

En este apartado deberá haber una descripción clara de los grupos beneficiarios.

• Sostenibilidad En la propuesta de proyecto deberá medirse cuál es el fortalecimiento de las capacidades en el grupo beneficiario para que el trabajo conjunto en el desarrollo de procesos, paquetes tecnológicos, modelos, productos, servicios y otros, sea utilizado y actualizado en el corto y mediano plazo.

• Pertinencia En este apartado es necesario medir la relación del proyecto con las líneas estratégicas de trabajo de las instancias involucradas. Es necesaria también la valoración de medios para verificar la existencia de una necesidad real, esto es, valorar si el proceso a transferir es pertinente para el grupo social o empresarial con el cual se trabajará.

En temática de responsabilidad social universitaria (RSU), y para el caso de la investigación en particular, se tienen indicadores ENERO 2014 -

Investiga TEC 15

que son consistentes con los elementos anteriormente citados para los proyectos de extensión, pues se parte de que la extensión es la socialización de la investigación. Se tienen entonces como criterios: • Modo de producción del conocimiento En este aspecto se analiza la pertinencia de la investigación tanto para la institución como para los grupos beneficiarios (respuesta a una necesidad real y acorde con la misión y visión universitaria).

• Transdisciplinariedad e investigación Este aspecto mide el trabajo interdisciplinario y los espacios para la socialización e identificación de necesidades de trabajo conjunto.

• Calidad y pertinencia social del conocimiento En este apartado se valora la relación de la universidad con entes externos en la generación de conocimiento, así como la evaluación de los alcances prácticos de la investigación generada.

• Democratización y gestión social del conocimiento Se considera en este apartado la divulgación de la información no solo entre los beneficiarios sino también entre los tomadores de decisiones en el ámbito de políticas públicas.

• Vinculación entre investigación y formación En este apartado se analiza si se incorporan los resultados de investigación a la docencia, así como la participación estudiantil en la investigación.

• Vigilancia ética de la ciencia En este apartado se valora si las políticas instituciones permiten la participación equitativa en la investigación sin hacer diferencias de género, edad o posición académica.

Se proponen los siguientes criterios de evaluación para los proyectos de extensión: Consistencia técnica • La propuesta está bien fundamentada y presenta coherencia entre el planteamiento del problema, los objetivos, los indicadores, la metodología y las actividades propuestas • Las metas esperadas han sido definidas en correspondencia con los objetivos • La asignación de recursos (humanos, carga académica y materiales) es adecuada para lograr los objetivos propuestos • El período de vigencia es adecuado para lograr los objetivos propuestos 16 Investiga TEC

- ENERO 2014

• La definición y asignación de las responsabilidades de cada uno de los participantes guarda coherencia con sus perfiles Impacto • El proyecto contribuye a solventar necesidades sustantivas de un grupo específico, sea este social o empresarial • El proyecto propiciará el fortalecimiento de las capacidades de los beneficiarios tomando en cuenta sus competencias (incluye mejoramiento de procesos, apropiación de tecnología, implementación de buenas prácticas, etc.)

• El proyecto prevé acciones que propician la participación activa de los beneficiarios tomando en cuenta diferencias culturales y sociales • El proyecto promueve y protege los derechos humanos tanto de los grupos beneficiarios como del equipo ejecutor Sostenibilidad • Se generarán o fortalecerán las capacidades del o los grupos beneficiarios de manera que se propicie la continuidad del proceso • El proyecto cuenta con financiamiento compartido proveniente de otras instituciones o de cooperantes nacionales o internacionales • La propuesta considera la participación de instituciones locales y otras instancias que hagan viable la transferencia y apropiación de los resultados del proyecto Pertinencia • Desde su formulación y en la ejecución el proyecto se considera la participación activa de los beneficiarios.

• La propuesta promueve la generación de conocimiento compartido.

Dado lo anterior, son competencia de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión (VIE) aquellos proyectos de investigación, desarrollo y transferencia de conocimiento vinculados con el sector externo, tendientes a la resolución de problemas concretos y en donde haya un proceso de retroalimentación constante desde la elaboración de la propuesta misma hasta su ejecución.

El impacto de estos proyectos, entendido como la generación de cambios positivos en ambas partes y la sostenibilidad como el elemento que permite que el grupo se apropie

del conocimiento compartido desde la universidad, deberán ser los elementos más importantes a considerar durante la evaluación de proyectos de extensión universitaria.

Fuentes consultadas: Azmitia, Oscar. Hacia una nueva concepción de la extensión universitaria en el marco de la Responsabilidad Social Universitaria. En: Congreso Nacional Responsabilidad Social Universitaria ( I, 2009, San José, Costa Rica). Conferencia. San José, Costa Rica.

Universidad de Ciencias Médicas. 2009.

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Wikipedia. La enciclopedia libre. 2009. Consultado 15/12/2009. Disponible en: <http://es.wikipedia. org/wiki/Cultura> Díaz Bordenave, Juan. Universidad y sociedad.

Comunicación y participación. En: Congreso Iberoamericano de Extensión Universitaria (X, 2009, Montevideo, Uruguay). Conferencias por eje. Montevideo, Uruguay. Universidad de la República. 2009 Navarro, Gracia. Universidad de Concepción: experiencia de incorporación de la Responsabilidad Social en una universidad chilena. En: Congreso Nacional Responsabilidad Social Universitaria ( I, 2009, San José, Costa Rica). Conferencia. San José, Costa Rica.

Universidad de Ciencias Médicas. 2009 Vicerrectoría de Investigación y Extensión. Guía para la Gestión Interna de la Investigación y la Extensión en el ITCR. 2011.

Vallaeys, Francois. “Hacia la construcción de indicadores de Responsabilidad Social Universitaria”. En: Universidad de las Américas de Puebla. Responsabilidad Social Universitaria. Herramientas RSU. Consultado 02/12/2009. Disponible en: <http://www. udlap.mx/rsu/pdf/2/IndicadoresRSU.pdf>.

Vega, Jaider; Fernández, Ignacio.; Rónald Huanca.

2007. ¿La relación universidad-empresa en América Latina: apropiación incorrecta de modelos foráneos?. En: Journal of Technology Management and Innovation (2): 97-109. [publicación en línea] Disponible en: < http://digital.csic.es/bitstream/10261/10043/1/AR50_1_Articulo%2520def initivo%2520Jaider.pdf>. (*) Maribel Jiménez es graduada en ingeniería agronómica, de la Universidad Nacional de Costa Rica. Tiene una maestría en sistemas agroforestales del CATIE y se ha desempeñado en la ejecución y evaluación de proyectos de investigación y extensión del sector agropecuario y forestal. Trabaja en la Dirección de Proyectos de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del Instituto Tecnológico de Costa Rica en la gestión de la investigación y la extensión. (**) María del Milagro González es graduada en ingeniería agropecuaria administrativa, en el Instituto Tecnológico de Costa Rica. Se ha desempeñado en la evaluación de proyectos de investigación y extensión del sector agropecuario. Trabaja en la Dirección de Proyectos de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del Instituto Tecnológico de Costa Rica en la gestión de la investigación y la extensión.

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ealidades del uso de organismos mejorados genéticamente en la agricultura y la alimentación

Giovanni Garro (*) ggarro@itcr.ac.cr Los cultivos y alimentos mejorados por biotecnología moderna, conocidos mundialmente como GMO (Genetically Modified Organism) u OGM (en español), representan el avance de mayor impacto comercial de la agricultura moderna en los últimos 20 años. Estos se refieren al uso de técnicas de ingeniería genética que permiten insertar, de forma dirigida, secuencias génicas en los genomas de los cultivos o alimentos con el fin de que se incorporen y se expresen de forma adecuada como un nuevo rasgo o característica propia de la planta (Garro 2012).

Estos cultivos se han posicionado en el mercado con una gama de características mejoradas, entre ellas caracteres de interés agronómico (primera generación), como resistencia a virus o insectos o tolerancia a herbicidas como el glifosato.

Otro grupo de caracteres de interés se relaciona con el procesado de los alimentos para evitar la oxidación de la manzana o la papa (segunda generación) y otras características relacionadas con la nutrición o modificación en la composición de cultivos y alimentos (tercera generación) (Pantanelli, 2007, Giardi, 2010).

También es importante la búsqueda de genes o características relacionadas con la resistencia a condiciones adversas producto del cambio climático, como a la sequía o a concentraciones altas de salinidad, aumentando así el rendimiento del cultivo y la capacidad de utilización.

Si bien estas técnicas de la biotecnología han permitido desarrollar cultivos y alimentos de forma más dirigida en comparación con las técnicas convencionales de mejora genética, se deben ver como forma alterna y complementaria a las técnicas convencionales, en las que se basa el desarrollo actual del 98%

Figura 1. Evolución en el tamaño del área sembrada de cultivos OGM a nivel mundial en el período de 1996 al 2012, según James (2012).

Figura 2. Principales cultivos a nivel mundial y su proporción del total de área cultivada con transgénicos, según James (2011).

de los alimentos vegetales y animales que se consumen (Garro 2004).

Situación mundial en el cultivo de OGM En 2012 el total mundial de área sembrada con cultivos transgénicos alcanzó los 170,3 millones de hectáreas (Figura 1), lo cual se traduce en un incremento del 6% comparado con datos del 2011 (James 2012). La soya, el algodón, el maíz y la canola son los principales cultivos transgénicos con mayor área de siembra (Figura 2).

En cuanto a los países con mayor área cultivada, Brasil (soya, maíz y algodón) ocupa el segundo lugar, tras EE.UU., en hectáreas de cultivos biotecnológicos en el mundo, con 36,6 millones de hectáreas y emergiendo como un líder mundial en cultivos biotecno-

lógicos. Por cuarto año consecutivo, Brasil fue el motor de crecimiento a nivel mundial en 2012, aumentando sus hectáreas de cultivos biotecnológicos más que cualquier otro país del mundo: un aumento récord de 6,3 % (James, 2012).

Cinco países de la Unión Europea (UE) -España, Portugal, República Checa, Eslovaquia y Rumanía- plantaron un récord de 129 071 hectáreas de maíz biotecnológico Bt, un incremento sustancial del 13% sobre 2011; España cultiva el 90%, equivalente a 116 307 hectáreas del total de hectáreas cultivadas con maíz biotecnológico Bt en la UE. Dos nuevos países, Sudán (algodón Bt) y Cuba (maíz Bt) plantaron cultivos biotecnológicos por primera vez en 2012. Alemania y Suiza no pudieron plantar papas ENERO 2014 -

Investiga TEC 17

biotecnológicas Amflora al descontinuarse su comercialización; Polonia descontinuó la plantación de maíz Bt debido a inconsistencias regulatorias en la interpretación de las leyes sobre aprobación de plantaciones entre la UE y Polonia. La UE, salvo Polonia, sostiene que todas las autorizaciones necesarias para plantar están vigentes. En 2012, Sudán se convirtió en el cuarto país en África, después de Sudáfrica, Burkina Faso y Egipto, en comercializar un cultivo biotecnológico: algodón Bt biotecnológico. Se plantaron un total de 20 000 hectáreas tanto en superficies de secano como de riego (James, 2012).

Desarrollos recientes para la alimentación Resistencia a virus del mosaico dorado en frijol, Brasil El mosaico dorado es la mayor plaga que afecta el cultivo de frijol en Suramérica y puede causar pérdidas de hasta el 100% de la cosecha. En 2011, Brasil aprobó el cultivo y comercialización del frijol Embrapa 5.1, una variedad genéticamente modificada resistente a esa plaga que amenaza la producción del alimento más popular de Brasil y el primer transgénico totalmente desarrollado en el país. Según Embrapa, considerado el mayor centro mundial de investigaciones en agricultura tropical, las semillas del frijol transgénico resistente al virus del mosaico dorado estarán disponibles para los productores en 2014.

El Embrapa 5.1 fue generado con la estrategia de ARN interferente o de interferencia (RNAi) y es altamente resistente al virus del mosaico dorado del frijol [cuya nomenclatura oficial en lengua inglesa es bean golden mosaic virus (BGMV)]. Para la obtención de resistencia al virus se insertó un gen quimérico para la expresión de un ARN que contiene un par de fragmentos del gen rep (AC1) del BGMV, colocados en sentido y antisentido pero intercalados por un intrón. Ese RNA fue diseñado para formar un transcrito con secuencias de ARN bicatenario (double stranded, o dsRNA) que son reconocidas por un complejo molecular de la célula, el cual genera pequeños fragmentos de ARN (small, interfering o siRNA) los cuales interfieren con la expresión del gen rep viral. Como consecuencia de la falta de expresión del gen rep, la replicación viral se ve comprometida y 18 Investiga TEC

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las plantas se vuelven resistentes a la virosis (Bonfim et al. 2007).

Manzanas que no se oxidan: Arctic apples ® El oscurecimiento de las manzanas pardas es su principal padecimiento, un mal conocido como pardeamiento enzimático. Es causado por la reacción química de la manzana después de que ha sufrido alguna lesión celular como aplastamiento, mordeduras o cortes.

Las arctic apples no sufren de ese pardeamiento.

Para crear científicamente manzanas del Ártico, el equipo científico Okanagan de especialistas en frutas evita la expresión de los genes de PPO (polifenol oxidasa, enzima que oxida la manzana) en un proceso conocido como silenciamiento génico, que utiliza genes de baja PPO de otras manzanas. El silenciamiento génico es un proceso natural que todas las plantas y animales utilizan para controlar la expresión de sus genes.

Esta transformación de manzana a manzana es ayudada por herramientas biotecnológicas probadas con el tiempo. Al final, las manzanas Ártico producen muy poca PPO lo que impide que se oscurezcan con la exposición al aire luego de ser cortadas (Bettenhausen et al. 2013).

Inocuidad alimentaria (las pruebas vs. los mitos) Con respecto a la polémica sobre la inocuidad de la ingesta de estos productos, expresada por ciertos grupos ambientalistas, cabe

señalar que estos cultivos han sido estudiados como no se ha hecho con ningún otro producto convencional, para conocer sus posibles riesgos para la salud humana. Las pruebas y análisis sanitarios que han generado estos productos más bien ponen en tela de duda la inocuidad de los productos convencionales y orgánicos, los cuales no son sometidos a esta serie tan rigurosa de análisis de inocuidad.

Dos de los principales focos de atención de estos análisis se refieren a la evaluación del riesgo de alergias y toxicidad. Hay que decir que ningún producto, ya sea generado por técnicas de ingeniería genética o por técnicas convencionales de mejora genética, posee riesgo cero de producir alergias o causar toxicidad en algún grupo de la población.

Análisis del posible efecto tóxico de los alimentos mejorados genéticamente La toxicidad de muchos alimentos y medicamentos que se encuentran hoy día en los supermercados ha sido probada por medio de la simulación de condiciones naturales o en pruebas in vivo con animales de laboratorio de uso clásico en medicina. Una de las pruebas más importantes y de mayor validez se refiere al consumo por parte de ratones de alimentos con proporciones de la proteína de hasta 1000 veces la cantidad que se encontraría en el alimento transgénico (Konig et al. 2004).

Dada la validez del uso de ratones en pruebas de toxicidad en alimentos, se puede

concluir que la ausencia de efectos adversos significativos en la salud de los ratones por la ingesta de la proteína transgénica, indica que la proteína evaluada no es tóxica para la salud de las personas. A la fecha cerca de 120 productos han sido evaluados y ninguno ha resultado positivo en estas pruebas de toxicidad, según lo informado por el Center for Disease Control and Prevention (CDC).

Evaluación del potencial alergénico de los productos transgénicos A pesar de que todavía no hay fundamentos científicos para asumir que los alimentos transgénicos u otros alimentos nuevos son más o menos alergénicos que los alimentos tradicionales, entre los aspectos de inocuidad a los cuales se debe prestar atención al introducir nuevas características, está la necesidad de asegurarse de que no se esté introduciendo un alergeno en el nuevo producto desarrollado.

Los porcentajes de alergenicidad usuales, mostrados por diversas poblaciones para los ocho grupos de alimentos alergenos tradicionales (crustáceos, nueces, huevos, pescado, leche, maní, soya y trigo) se han estimado entre el 3 y el 5%. Estos porcentajes nunca han sido sobrepasados por los porcentajes mostrados en las poblaciones donde se comercializan productos transgénicos.

En 1996, el International Food Biotechnology Council and the Allergy and Immunology Institute of the International Life Sciences Institute desarrolló una serie de parámetros para evaluar los productos transgénicos y así determinar el posible potencial alergénico de estos alimentos. Los parámetros son los siguientes: 1. Origen del material genético transferido: se deberá prestar particular atención si proviene de una fuente que contiene alergenos.

2. Homología de la secuencia: la secuencia de muchos aminoácidos está disponible actualmente. La secuencia de aminoácidos de la proteína introducida en los alimentos transgénicos debe ser comparada con la secuencia de aminoácidos disponible para los alergenos conocidos.

3. Inmunorreactividad de la nueva proteína introducida: si la proteína introducida es derivada de una fuente conocida de aler-

genos, o si tiene una secuencia de aminoácidos similar a la de un alergeno, entonces se deberá comprobar la reactividad de la proteína con IgE del suero de individuos alérgicos apropiados.

4. Propiedades fisicoquímicas de la proteína introducida.

5. Efecto del pH y la digestión: la mayoría de los alergenos son resistentes a la acidez gástrica y a las proteasas (enzimas digestivas que degradan proteínas).

6. Estabilidad ante el procesamiento o calor: los alergenos lábiles, en alimentos que se consumen cocidos o atraviesan otros procesos antes de su consumo, son de menor importancia.

Estos parámetros han sido validados por muchos grupos de trabajo tales como la FAO/WHO/ FDA/CDC, en los que se concluye que la estrategia de rastreo de alergenicidad tiene una alta probabilidad de prevenir la introducción de proteínas alergénicas en los nuevos productos genéticamente modificados.

Equivalencia sustancial Además de las pruebas de alergenicidad y toxicidad a que se someten estos productos

antes de ser aprobados, se encuentra el análisis de equivalencia sustancial. El producto biotecnológico se compara con el mismo producto obtenido de modo convencional, en cuanto contenido nutricional, características de sabor y otros. Así se comprueba que los nuevos productos contienen las mismas proporciones de azúcares, lípidos, proteínas y demás compuestos, similares a los productos convencionales que no han sido modificados. La única diferencia sustancial que se debería encontrar sería el contenido de la nueva proteína introducida. Ningún producto que haya presentado riesgos reales y comprobados científicamente ha sido usado en el campo ni ha sido comercializado (Taylor 2000). “La evidencia muestra que los alimentos generados por ingeniería genética son tan seguros como sus contrapartes generados por técnicas convencionales”, afirmó Lester Crawford, delegado comisionado de la FDA (2003).

Cultivo y bioseguridad de OGM en Costa Rica Costa Rica posee actividades de cultivo en campo de OGM cuyo objetivo principal es el incremento de semillas de ciertos tratamientos en diversas fases de desarrollo. Se ENERO 2014 -

Investiga TEC 19

troamericana, podría suponer un desarrollo acertado de la biotecnología agrícola y alimentaria. Diversas instituciones han fijado como meta el fortalecimiento de programas en biotecnología, lo cual debe ser una meta común de los gobiernos locales con el fin de tener visiones integrales articuladas que permitan desarrollar estrategias de país y no simples esfuerzos individualizados, que a la postre resulten frustrados o sean sometidos a un tortuoso camino antes de ser aceptados y validados por la población civil.

Bibliografía aprovechan así las condiciones favorables de clima que permiten ciclos de cultivo alternos a los que se dan en los países de origen de estos desarrollos.

La semilla es cultivada, colectada en su totalidad y enviada a su país de origen para continuar su proceso de desarrollo y evaluación por parte de la empresa a cargo del proceso.

Tal es el caso del algodón (cerca de 1 000 hectáreas) y soya (menos de 20 hectáreas).

En el pasado se reprodujo semilla de maíz.

Existen proyectos de investigación con plátano, banano y arroz (proyecto modelo de la Universidad de Costa Rica) que procuran resolver importantes problemas de resistencia a plagas de estos cultivos. Así, en caso de que en un futuro sean desregulados (se permita su uso comercial), tendrían importantes beneficios desde el punto de vista agronómico, económico, social y ambiental, dado que al lograrse una resistencia genética a diferentes plagas se estaría reduciendo significativamente la utilización de plaguicidas químicos.

Con respecto a las políticas de bioseguridad, en Costa Rica se creó la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio) hace 13 años (Decreto Nº 26921 del 20 marzo de 1998), la cual está integrada por representantes de las instituciones públicas como la Gerencia de Biotecnología del MAG, la Oficina Nacional de Semillas, el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Telecomunicaciones (MICITT), el Ministerio de Salud y representantes de la Academia Nacional de Ciencias. Recientemente fue modificada la constitución de la comisión para incluir a representantes de la Federación para la Conservación del Ambiente y la Red de Coordi20 Investiga TEC

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nación en Bioseguridad (Decreto Nº 31946 del 4 octubre del 2004). La CTNBio ha participado de forma activa en congresos y reuniones internacionales sobre bioseguridad en instancias como la FDA, la USDA y el Codex Alimentarius (FAO), órgano internacional de referencia en aspectos de inocuidad alimentaria y etiquetado de alimentos (Garro 2012).

Con el apoyo de instituciones académicas y otras instituciones públicas, ha generado diversas instancias de difusión y debate de aspectos de la biotecnología moderna. También ha recibido apoyo internacional del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y el Fondo para el Medio Ambiente Mundial (UNEP-GEF, siglas en inglés) para la implementación del Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad de la Biotecnología Moderna, derivado de la Convención sobre Biodiversidad.

En este proyecto se trabaja sobre todo en el fortalecimiento de la infraestructura de las autoridades competentes en la gestión de la implementación del Protocolo de Cartagena (Ley #8537 del 2006). De forma paralela se desarrolla un proyecto titulado Construcción de capacidades multipaís para el cumplimiento del protocolo de Cartagena (Lac-Biosafety) financiado por UNEP-GEF) en el cual varios países latinoamericanos (Brasil, Colombia, Perú) junto con Costa Rica están generando experiencias de investigación que servirán como insumos importantes a los tomadores de decisión en la aprobación de solicitudes de siembra de OGM en los países participantes del proyecto (Garro 2012).

Esta panorámica nacional, junto a la experiencia de los demás países de la región cen-

Aboites, G. y Félix, G. 2011. Centroamérica: Uso de semillas genéticamente modificadas e incremento del ingreso de los agricultores. Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL). México.

Bonfim K, Faria JC, Nogueira E., Mendes E.y Aragao . (2007). RNAi-mediated resistance to Bean golden mosaic virus in genetically engineered common bean (Phaseolus vulgaris). Mol. Plant Microbe Interact. 20 (6): 717-26.

Garro G. 2004. Biotecnología moderna e inocuidad alimentaria. Alimentaria. Publicación Oficial de la Cámara Costarricense de la Industria Alimentaria (CACIA) Nº 75: 34-37. Setiembre-octubre.

Garro G.2012. Desarrollo de cultivos y alimentos por técnicas de biotecnología moderna en Centroamérica. Tecnología en Marcha. Vol. 25, Nº 5. Pág.

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James, C. 2011. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2011. ISAAA Brief No. 43.

ISAAA: Ithaca, NY. James, C. 2012. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2012. ISAAA Brief No. 44.

ISAAA: Ithaca, NY. Bettenhausen 2013. Engineered Apples Near Approval. Fruit with nonbrowning genes may get green light in U.S.Chemical and Engenering News. Volume 91 Issue 14: pp. 31-33.

Pantanelli, A. 2007. Alimentos fortificados y enriquecidos. Revista Alimentos Argentinos. 14: 1-5.

Trigo, E; y Villarreal, F. 2009. La agrobiotecnología en las Américas: una mirada a la situación actual y a las tendencias futuras, IICA (ISBN 13: 978-929248-030-1), San José, Costa Rica.

Villalobos, V. 2008. Los transgénicos: oportunidades y amenazas, Ediciones Mundi-Prensa. Pp. 124.

Giardi 2010. Bio-Farms for Nutraceuticals. Functional Food and Safety Control by Biosensors. Vol. 698. ISBN: 978-1-4419-7346-7. (*) Giovanni Garro es profesor e investigador de la Escuela de Biología del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Es biólogo y tiene una maestría en biología de la Universidad de Costa Rica. Actualmente, es representante ante la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio).

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esarrollan sistema integrado para la producción de microalgas acoplado a un biodigestor y a un emisor de CO2

Maritza Guerrero Barrantes (*) Escuela de Biología Instituto Tecnológico de Costa Rica mguerrero@itcr.ac.cr

Un proyecto presentado por el Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC) fue escogido como una de las mejores propuestas e ideas, entre 4000 que fueron presentadas en el Concurso de Innovación Energética en Energía Renovable y Eficiencia Energética en Latinoamérica y el Caribe, promovido por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID), por medio del Fondo de Sustentabilidad Energética (FSE-IDEAS).

Así, el BID aportó un monto de US $ 185 000 (ciento ochenta y cinco mil dólares) para la ejecución del proyecto, que se denomina “Desarrollo de un sistema integrado para la producción de microalgas acoplado a un biodigestor y a un emisor de CO2”.

Esta propuesta ganadora fue elaborada por la M.Sc. Maritza Guerrero Barrantes, de la Escuela de Biología del TEC. Los otros investigadores del proyecto son: M.Eng. Karla Meneses, de la Escuela de Biología; M.Sc. Arys Carrasquilla, de la Escuela de Ingeniería Electrónica; Ph.D. Johnny Valverde y Ph.D. Jaime Quesada, de la Escuela de Química; y M.B.A. Juan Carlos Carvajal, del Centro de Vinculación con la Empresa.

Además, el proyecto es apoyado por instituciones del sector gubernamental, tales como el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG); el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA); el Servicio Nacional de Aguas Subterráneas, Riego y Avenamiento (SENARA) y el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE).

Las algas, una alternativa Las algas prometen ser una alternativa ambiental y económica, ya que son productoras de aceites, carbohidratos (materia prima para biocombustibles), biofertilizantes, enzimas, proteínas, pigmentos, alimento para humanos y animales. Además, comprimida la biomasa en forma de pellets sirve para la producción de calor y energía. Esto gracias a que las algas crecen rápidamente, característica que permite cosechar biomasa en periodos cortos.

Procesos limpios e integrados Con la implementación de los cultivos microalgales en la agroindustria, las cementeras y otras, estas se pueden identificar con procesos integrados y limpios, donde se aprende

a respetar y cuidar la naturaleza, para generar un cambio en la visión de los costarricenses.

El proyecto está generando un prototipo de estanque con producción microalgal asociado a un biodigestor y a una fuente emisora de CO2, donde los tres sistemas integrados funcionarán sosteniéndose uno al otro.

Las microalgas necesitan CO2 para su crecimiento, que vendrá de la industria emisora; los nutrientes que será extraídos de los fluidos desechados en el proceso final de la descomposición orgánica de un biodigestor; y la energía producida por el biodigestor será utilizada en otros procesos de la empresa (figura1).

Los tres procesos son de bajo costo y permiten que se puedan instaurar en diversos sitios del país, ya que Costa Rica posee mu-

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Figura 1. Modelo de un cultivo microalgal integrado a un biodigestor y a una fuente emisora de CO2.

ENERO 2014 -

Investiga TEC 21

Impactos del sistema de producción de microalgas • Captura de CO2 • Proceso económicamente sostenible • Purificación de agua • Producción de oxígeno • Producción de biomasa con potencial industrial (aceites, alimentos, biofertilizantes, enzimas) • Biomasa algal en forma comprimida en pellets para la producción de calor y energía • Reducción de desechos sólidos • Utilización de terrenos no aptos para la agricultura • Reducción de calentamiento global

Fig. 2: Desarrollo de cultivo microalgal en siete sitios de Costa Rica, con diferentes condiciones ambientales y calidades de agua.

chos sistemas acuáticos que actualmente se encuentran sin uso, lo mismo que terrenos no aptos para actividades agropecuarias. La temperatura y luminosidad en nuestro país son bastante constantes lo que permite a los cultivos de microalgas crecer en excelentes condiciones. En otros países, a los cultivos microalgales se les debe incorporar luz y temperatura, lo que los convierte en procesos muy costosos.

Este desarrollo se realiza en paralelo en seis empresas (figura 2) localizadas a lo largo de todo el país con diferentes condiciones climáticas: Guanacaste, Quepos, San Carlos, Cartago y Buenos Aires de Puntarenas.

El Centro de Investigación en Biotecnología (CIB) del TEC, con sus cultivos algales ha desarrollado en pequeña escala una producción de biomasa de microalgas de 14,1 kg/m3. La cantidad de aceite de la biomasa producida en condiciones de laboratorio en el TEC es de 40% a 45% en relación con su peso seco.

Si esta masa de CO2 capturado fuera por día (6,21 kg/m3*día), entonces por mes se es22 Investiga TEC

- ENERO 2014

tarían capturando 186 kg/m3*mes de CO2; es decir, 2,2 toneladas/m3*año. En comparación, un árbol plantado en el trópico húmedo absorbe 50 libras (22 kg) de emisiones de dióxido de carbono al año por 40 años, lo que significa que cada árbol absorbe una tonelada de CO2 durante su vida útil. Así, el proyecto mitiga el calentamiento global y promueve e impulsa una sociedad baja en emisiones de carbono.

Actualmente el Instituto Tecnológico de Costa Rica ha generado espacios para construir estanques de microalgas, los primeros en el país, los cuales se convierten en modelo nacional repetibles en otras escalas. También se ha construido un laboratorio móvil que es un modelo único y nos permitirá desplazarnos a todos los lugares del país donde se ejecuta el proyecto y así realizar ensayos inmediatos. (*) Maritza Guerrero Barrantes es profesora e investigadora de la Escuela de Biología del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Tiene una maestría en biología por la Universidad de Costa Rica.

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niversidades contribuyen al proceso de validación del uso correcto de las plantas medicinales en el país

Ileana Moreira González (*) imoreira@itcr.ac.cr Desde sus orígenes, las universidades estatales del país deben retribuir la inversión que hace la sociedad, transmitiendo los conocimientos académicos que en ellas se generan a las comunidades, empresas y cualquier otro sector que requiera de estos.

Académicos de la Escuela de Biología del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), especialistas en materia de validación del conocimiento tradicional en el uso de plantas medicinales para curar ciertas dolencias, han hecho alianzas estratégicas con grupos comunales y científicos de otras universidades estatales.

Estos son: el grupo BIOactividad & DESarrollo Sustentable (BIODESS), que es coordinado por la Dra. Mirtha Navarro Hoyos, de la Escuela de Química; el Centro de Investigación en Electroquímica y Energía Química (CELEQ), de la Escuela de Medicina; y el Centro de Investigaciones en Productos Naturales (CIPRONA), todos de la Universidad de Costa Rica; y grupos internacionales.

Esto les ha permitido conformar equipos de investigación para estudiar en profundidad los componentes activos de las plantas y evaluar si pueden causar algún problema para la salud humana o si las plantas son promisorias para la cura de enfermedades como el cáncer.

La elección de las plantas medicinales se hace gracias al conocimiento tradicional que de ellas existe de las comunidades. El proceso inicia trabajando con los grupos organizados en las zonas rurales, donde se identifican las necesidades que tienen para la manipulación de las plantas que usan para controlar algún padecimiento, como por ejemplo tos, diarrea o parásitos. También se realizan talleres de reconocimiento con técnicas de taxonomía y

de ubicación y caracterización de órganos de las plantas, entre otros, para verificar que se trabaja con la especie correcta.

Al laboratorio se lleva el material fresco de la planta colectada por partes, según el requerimiento (tallo, hoja, raíz, frutos o semillas). Allí se seca, se muele y se elaboran los extractos que serán caracterizados para luego ser probados en ensayos biológicos o de citotoxicidad.

Validación del uso de plantas medicinales para combatir el cáncer El cáncer es un grupo de enfermedades que se caracterizan por un crecimiento y propagación incontrolada de células anormales, lo cual resulta en la formación de un tumor (Patel et al., 2010 y Hadi, 2011). Las terapias actuales para el tratamiento y prevención del cáncer no han logrado reducir las tasas mundiales de incidencia de esta enfermedad, por lo cual existe gran interés en encontrar y desarrollar nuevos agentes de protección o prevención (Afaq et al., 2006).

Las terapias naturales basadas en agentes de origen vegetal han sido practicadas durante siglos para el tratamiento de diferentes enfermedades (Salaverry, 2013). Una de las plantas medicinales empleadas tradicionalmente en Costa Rica es el tempate (Jatropha curcas).

Se ha demostrado que los fitoquímicos de esta planta poseen diferentes propiedades biológicas relevantes, incluyendo efectos antioxidantes, antinflamatorios, antimicrobianos, anticancerígenos y cicatrizantes (Kamal et al., 2011). Dado el potencial de esta planta para el desarrollo de productos medicinales, el Centro de Investigación en Biotecnología (CIB) del TEC se encuentra analizando el potencial efecto antiproliferativo de un extracto etanólico y un extracto acuoso de hoja de J. curcas de origen costarricense.

Para ello, los investigadores del proyecto Caracterización de la actividad biológica in vitro de tres especies nativas de Costa Rica de interés científico utilizan líneas celulares representativas de los tipos de cáncer más frecuentes en el país (cáncer de colon, de pulmón, de estómago, de mama y de hígado), las cuales son expuestas in vitro a diferentes concentraciones de los extractos de tempate. El potencial antiproliferativo de los extractos se determinó midiendo su citotoxicidad in vitro, es decir, la eliminación de las células cancerosas.

Figura 1. Personas de las comunidades, junto con académicos de las universidades estatales, participaron en el taller de reconocimiento de taxonomía y partes de la planta.

A la fecha, los resultados obtenidos han mostrado que el extracto etanólico de tempate alteró significativamente la sobrevivencia y proliferación de todas las líneas celulares evaluadas, particularmente en el caso de las células de cáncer de pulmón. Además, se encontraron pocos efectos relevantes en los controles de células normales no cancerosas, lo cual sugiere que el tempate podría tener un efecto antiproliferativo selectivo contra las células malignas. Estos datos corroboran el potencial anticancerígeno del tempate y sientan las bases para estudios más detallados que podrían permitir el desarrollo de productos comerciales basados en esta planta para la prevención o el tratamiento del cáncer.

Literatura citada Afaq, F. y H. Mukhtar (2006). Botanical antioxidants in the prevention of photocarcinogenesis and photoaging. Experimental Dermatology. 15, 678–684.

Kamal, S., Manmohan, S., Birendra, S. (2011). A Review on Chemical and Medicobiological Applications of Jatropha curcas. International Research Journal Of Pharmacy, 2(4), 61-66.

Hadi, W. (2011). Anticancer and Antimicrobial Potential of Plant-Derived Natural Products. En I. Rasooli, Phytochemicals-Bioactivities and Impact on Health (págs. 141-158). Jordan: InTech.

Patel, B., Das, S., Prakash, R., Yasir, M. (2010). Natural Bioactive Compound with Anticancer Potential. International Journal of Advances in Pharmaceutical Sciences, 1, 32-41.

Salaverry, O. (2013). De regreso a las raíces: La medicina tradicional para el control del cáncer en América Latina y el Caribe. The Lancet: Oncology, 14, 2. (*) Ileana Moreira González es directora, profesora e investigadora de la Escuela de Biología del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC).

Elizabeth Arnáez Serrano, Laura Calvo Castro, Carolina Centeno Cerdas y Andrea Ulloa Fernández, son profesoras e investigadoras de la Escuela de Biología del TEC.

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nalizan efecto de los acabados en la durabilidad de la madera

Cynthia Salas Garita (*) cysalas@itcr.ac.cr Las condiciones ambientales presentes en toda la franja tropical, por sus altas temperaturas y la presencia de precipitaciones a lo largo del año, propician que en países como Costa Rica se pueda desarrollar una gran variedad de especies arbóreas maderables.

Muchas de estas especies se han utilizado en programas de reforestación con fines comerciales.

Dentro de las especies nativas utilizadas en estos programas de reforestación se encuentran especies que son muy utilizadas en la fabricación de muebles y estructuras para uso exterior. Entre esas especies se encuentran Terminalia amazonia, Terminalia oblonga, Vochysia guatemalensis, Bombacopsis quinata, Alnus acuminata y Swietenia macrophylla.

Entre las especies exóticas están Cupressus lusitanica, Tectona grandis, Pinus caribaea y Acacia mangium.

La madera producida por estas especies, por ser un material de origen biológico, siempre será susceptible a la degradación, pero cuando es utilizada en exteriores, esta queda expuesta a la radiación solar y al ambiente en general, donde los rayos ultravioleta y la humedad la degradan con mayor velocidad.

Para mejorar su estética y aumentar su vida útil, el mercado de pinturas nacional e internacional ha desarrollado una gran cantidad de acabados y productos en general, como preservantes y tintes, que pretenden aumentar la vida útil de la madera.

Un estudio de los efectos de los acabados en la durabilidad de la madera, realizado en el Centro de Investigación en Integración Bosque-Industria (CIIBI), de la Escuela de Ingeniería Forestal del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), pretende demostrar los niveles de degradación del color en la madera que utiliza acabados, en relación con aquella que no los utiliza.

También busca evaluar la degradación de las superficies por aparición de eventos erosivos

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en las capas de acabado que se colocan en la madera, sean estos producto de la radiación ultravioleta o de la presencia de humedad.

Metodología Para realizar el experimento se utilizaron 10 de las especies más utilizadas en reforestación comercial, entre ellas las seis especies nativas y cuatro exóticas mencionadas con anterioridad.

Se utilizaron tres acabados diferentes de los que comúnmente ofrece el mercado nacional en la línea de recubrimiento final, uno de ellos del tipo emulsión con color cedro y los otros dos del tipo poliuretano transparente, uno brillante y el otro satinado. Adicionalmente se utilizaron cuatro diferentes tipos de preparación de superficie, según lo que comúnmente se acostumbra en superficies exteriores; estos consistieron en aplicar preservante, aplicar cera natural, aplicar preservante y cera, y no aplicar nada, todo esto previamente a agregar los diferentes tipos de acabado.

Estos tratamientos fueron comparados con madera que no recibió ningún tipo de tratamiento. Las muestras de madera por especie se dividieron en dos grupos, la mitad de las piezas fueron expuestas durante 500 días a la intemperie natural y la otra mitad se expusieron en una cámara de envejecimiento acelerado durante 400 horas, donde se le aplicaron ciclos de radiación UV y condensación, según la norma ASTM G-154.

Para ambos grupos de especies se realizaron mediciones de color utilizando un espectrofotómetro Hunter Lab Scan XE Mini Plus y el sistema cromatológico CIE Lab; y para evaluar la degradación de la superficie se utilizó la norma ASTM D-660, la cual permite

evaluar la degradación de la superficie; además, se evaluó la presencia o no de burbujas, hongos y manchas en los diferentes tratamientos. ¿En qué etapa estamos?

En este momento el proyecto está en la etapa de análisis de resultados, a partir de la cual se pretende generar al menos un artículo para una revista indexada.

Preliminarmente podemos indicar que se está evaluado el nivel de degradación tanto de la superficie como del color de la madera, producto de la exposición a la intemperie, donde se observa el efecto obvio de la presencia de los acabados. Está por demostrarse si efectivamente estos acabados aumentan la vida útil de los productos de madera y cuál es la dependencia de estos al repinte o retoque. ¿Quién financia?

Este proyecto de investigación ha sido financiado en su totalidad por la Vicerrectoría de Investigación y Extensión (VIE) del TEC. Se agradece la colaboración a Grupo Kativo, el cual facilitó las muestras de los acabados para el análisis.

Grupo de investigación Ing. Cynthia Salas Garita, M.Sc., coordinadora del proyecto Ing. Roger Moya Roque, Ph.D. Ing. Lupita Vargas Fonseca Ing. Diego Camacho Cornejo, M.B.A. (*) Cynthia Salas Garita es profesora e investigadora de la Escuela de Ingeniería Forestal del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Es ingeniera forestal graduada en el TEC y tiene una maestría en evaluación de programas y proyectos de desarrollo de la Universidad de Costa Rica.