MONOGRÁFICO 2017/2018
Biotecnología La tecnología al servicio de las personas
REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS
MONOGRÁFICO 2017/2018
Monográfico biotecnología
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Grupo de Neuroingeniería Biomédica.
Biología Molecular y Celular.
Proyecto AIDE
El Romero, un aliado para la salud
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El Grupo de Neuroingeniería Biomédica de la UMH
desarrolla una interfaz adaptable que mejora la autonomía de las personas con movilidad reducida
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l profesor de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Nicolás García Aracil coordina el desarrollo de una tecnología capaz de adaptarse a las necesidades individuales de las personas con movilidad reducida y mejorar su autonomía. El avanzado sistema que ha diseñado el Grupo de investigación de Neuroingeniería Biomédica consiste en un exoesqueleto robótico, acoplado a una silla de ruedas, que se adapta al brazo del usuario. Además, al paciente se le provee de unas gafas capaces de monitorizar el movimiento de las pupilas que, junto a las señales cerebrales, captan la intención del usuario, que es finalmente transformada en el movimiento deseado. Esta investigación constituye el proyecto europeo denominado “Interfaces multimodales adaptativos para asistir a personas discapacitadas en actividades de la vida diaria” (AIDE) y cuenta con un presupuesto de 3,4 millones de euros. La UMH es la responsable de coordinar todos los equipos de trabajo integrados en este proyecto en el que participan 9 entidades: seis universidades de diferentes países (Italia, Alemania, Gran Bretaña y España) y dos empresas de ámbito nacional. La UMH, aparte de la coordinación, también se encarga de otras tareas específicas. Una de ellas es el desarrollo del exoesqueleto, concretamente la parte que va desde el codo a la mano. Mientras que el desarrollo desde el codo hacia el hombro corre a cargo del Instituto de Biorobótica de la Scuola Superiore Sant’Anna, que también colabora con la UMH en el sistema de control del dispositivo. Como explica el director del proyecto, el objetivo final es ambicioso: contribuir a la mejora de la interfaz usuario-tecnología para que la persona con problemas de movilidad pueda llegar a comer sola
o a realizar acciones de higiene básica. “Trabajamos para que la persona adquiera independencia y autonomía, para que pueda decidir cuándo lleva a cabo la tarea y lo haga por sí misma. En esta tecnología intervienen funciones de agarre de objetos con precisión que implican un desarrollo complejo y se apoyan en una investigación transversal”, explica Nicolás García Aracil. Según apunta el experto, la interfaz recoge información procedente de diferentes sistemas: de las señales cerebrales registradas por electrodos incorporados a un casco, de los movimientos oculares detectados por las gafas y también de las propias señales residuales de los músculos. La recogida de información mediante este conjunto de sistemas –de forma individual o combinada – responde a la necesidad de adaptarse a los problemas que pueda tener el paciente y a su grado de incapacidad. Como explica el profesor, las señales encefalográficas en el laboratorio con un contexto muy controlado pueden llegar a un 90% de aciertos con un usuario entrenado. Pero lo que se pretende con esta investigación es que el sistema funcione con fiabilidad en un contexto habitual, fuera del laboratorio controlado. El profesor aclara: “El paciente, lógicamente, estará en su casa, donde tendrá diferentes estímulos a su alrededor, por lo tanto, para igualar el éxito de las pruebas en laboratorio, lo que hacemos es que entren en juego otro tipo de señales, de ahí la combinación de sistemas para también conseguir reducir la necesidad de entrenamiento, pero sin disminuir la fiabilidad”.
Nicolás García Aracil
Profesor del Área de Ingeniería de Sistemas y Automática
En este sentido, Nicolás García Aracil subraya la importancia de que el usuario pueda abortar la acción en cualquier momento, lo que se consigue a través de una señal ocular, que permite indicar de forma inmediata que se desea anular la actividad iniciada. Es decir, “se trata de ofrecer el máximo control al usuario”, puntualiza el experto. Además, según explica, la interfaz va aprendiendo de las acciones que lleva a cabo el paciente, de manera que es capaz de predecir actividades y rutinas que el usuario realimenta en su día a día. Con toda la información que se capta de esta red neuronal, el sistema presenta en
una pantalla accesible a la vista, el conjunto de opciones de actividades posibles, aquellas más comunes, para ofrecerlas al usuario de una manera cómoda. Es decir, el sistema es capaz de predecir unas acciones determinadas (aprendidas de la rutina) que con un alto porcentaje serán las seleccionadas y las muestra en pantalla. Por ejemplo, si el sistema detecta que el usuario ha mirado la luz, le mostrará en pantalla opciones como encender o apagar la luz. Y, a continuación, será el paciente el que, a través de un movimiento ocular, seleccionará la acción concreta que desea realizar. >
Explicación del proceso de forma simplificada:
El software detecta la intención del usuario de llevar a cabo la acción, hay una cámara que indica la posición y orientación del vaso y, en función de esa información, el sistema de control de la interfaz lleva al exoesqueleto hacia la posición y agarra el vaso. Y este proceso en un tiempo bastante reducido, en torno a 10 segundos, desde que se detecta la intención hasta que se produce el agarre. 5
El grupo experimenta con una versión antigua del exoesqueleto, puesto que el nuevo no se puede mostrar por cuestiones de confidencialidad y futuras patentes.
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El sistema desarrollado, además, proporcionará apoyo para la navegación web y el uso de servicios estándar de Internet como el correo electrónico, el uso de redes sociales o las aplicaciones Skype o WhatsApp. El profesor aclara: “Si somos capaces de obtener esa información sobre lo que quiere hacer el usuario, podremos utilizarla para diferentes cosas. El paciente podrá mejorar el control de su entorno y, además, controlará el propio exoesqueleto y la silla de ruedas a la que va acoplado”. Asimismo, el sistema es capaz de aprender el movimiento del usuario, a través de un sistema de aprendizaje por demostración. Todo ello con el objetivo de adaptar el funcionamiento de cada sistema a las necesidades concretas de cada persona. También es en la UMH desde donde se lleva a cabo la integración de todo el sistema. Para trabajar de forma conjunta, el proyecto dispone de un software que proporciona a todos los equipos de trabajo una plataforma común. Así es posible conectar y desconectar los diferentes elementos para llevar a cabo las necesarias comprobaciones y mejoras, con el objeti-
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vo de poder intercomunicar los diversos desarrollos. La otra universidad española que colabora en el proyecto es la Politécnica de Valencia, cuya función principal es el trabajo enfocado al reconocimiento del entorno, mediante cámaras, cuya finalidad es determinar la posición de los objetos. El material con el que se ha construido el exoesqueleto es el aluminio y su peso ronda los 12 kilogramos. Sin embargo, esta carga no la soporta el usuario, sino que la estructura va acoplada a la silla de ruedas, que incorpora un sistema de liberación de peso del exoesqueleto a través de poleas con contrapesos. “Es la primera
Aplicaciones relacionadas
vez a nivel mundial que hay un exoesqueleto de brazo que se va a utilizar para este tipo de tareas y que está anclado a una silla de ruedas”, puntualiza García Aracil. Este estudio está financiado por el programa de investigación e innovación de la Unión Europea Horizon 2020 y cuenta con un periodo de ejecución de tres años. Actualmente, el proyecto se encuentra en su segundo año de trabajo. Durante la última fase, se llevará a cabo la prueba del sistema con usuarios con distintos grados de discapacidad en Cedar Foundation de Belfast (Reino Unido). No obstante, para que esta tecnología llegue al usuario deberán pasar alrededor de 5 o 6 años.
La tecnología con exoesqueletos se puede aplicar a la rehabilitación terapéutica. El exoesqueleto podría asistir al paciente para la realización de los movimientos durante el proceso de rehabilitación. Además, el exoesqueleto está diseñado de tal forma que se puede acoplar tanto en el brazo izquierdo como en el derecho, con pequeñas variaciones, lo que permite asistir a pacientes con distintas patologías.
El romero, un aliado para la salud
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Una tesis de la UMH concluye que la especie aromática puede complementar las terapias convencionales para combatir el cáncer de colon
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l romero es una de las plantas aromáticas más conocidas de los paisajes mediterráneos. El arbusto, que puede alcanzar los dos metros de altura, cuenta con una esencia característica y es rico en principios activos. La doctora de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Almudena Pérez Sánchez ha concluido en su tesis que un extracto de la planta puede ayudar en el tratamiento del cáncer de colon, así como servir de complemento a las terapias convencionales. Almudena Pérez explica que los compuestos bioactivos naturales procedentes de plantas han demostrado tener numerosos beneficios para la salud humana como, por ejemplo, la prevención del cáncer, la obesidad o las enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas. “Una de las ventajas de los compuestos naturales es que provienen de plantas que se han usado tradicionalmente, presentan muy baja toxicidad y no tienen los efectos secundarios de la quimioterapia”, subraya la investigadora. En concreto, en el caso del romero, la doctora afirma que existen numerosos estudios que han demostrado que sus extractos poseen actividad antiinflamatoria y antimicrobiana, además de ser efectivos para la prevención y tratamiento del cáncer. El objetivo principal de la tesis ha sido determinar la actividad antitumoral potencial de un extracto concreto de la planta del romero en modelos de cáncer de colon. Según la autora, los resultados obtenidos en la investigación demuestran que el extracto de romero utilizado posee un efecto antitumoral igual o superior al de sus compuestos de forma individual en modelos celulares. En concreto, el mecanismo por el cual el extracto de romero impide el crecimiento de las células tumorales es la muerte celular por necrosis -autolisis celular- y el bloqueo del ciclo celular. El primer capítulo de la tesis consistió en identificar los compuestos presentes en el extracto completo y aislarlos. Se probó en cultivo celular, en tres líneas diferentes de cáncer de colon. Los resultados mostraron que el extracto de romero completo tenía la actividad igual o superior a los compuestos de forma individual. Por este motivo, se decidió continuar el estudio con el extracto completo. También se profundizó en el mecanismo de acción por el cual el extracto inhibe el crecimiento celular. Además, se probó un pretratamiento del extracto en animales antes y después de inducir tumores mediante inyección de células tumorales. Se vio que los animales que habían sido pretratados poseían un volumen del tumor inferior al de los animales tratados después de la inoculación con las células.
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El estudio propone a los compuestos ácido carnósico, carnosol y ácido betulínico como principales responsables del efecto antitumoral del extracto. Los ensayos realizados en animales han corroborado estos resultados y las pruebas de toxicidad oral han verificado la ausencia de toxicidad del extracto. Almudena Pérez explica que los ensayos de absorción intestinal en modelos celulares han mostrado que el ácido carnósico es el compuesto del extracto que presenta una mayor absorción, por lo que ha propuesto a este compuesto como principal responsable del efecto observado.El extracto de romero completo posee un efecto superior o similar al de sus compuestos de forma aislada, por lo tanto, la investigadora aclara que compensa la fabricación del extracto completo porque es más asequible y más fácil de obtener que los compuestos de forma aislada. De acuerdo con los resultados de la tesis, se podría justificar la utilización del extracto de romero en ensayos preclínicos para corroborar su eficacia y para el desarrollo de compuestos líderes con aplicaciones en tratamientos farmacológicos del carcinoma de colon. Según la doctora, el extracto de romero se podría utilizar en forma de nutracéutico o complemento alimenticio y probarlo en ensayos preclínicos en pacientes como coadyuvante con otras terapias para el tratamiento del cáncer de colon. La aplicación de compuestos naturales y sus derivados a estas y otras patologías conforma la temática central del grupo de investigación en el que se enmarca la tesis doctoral de Almudena Pérez, estudios que lleva a cabo con la utilización de modelos celulares, animales y ensayos de intervención en humanos. La investigación, titulada ‘Actividad antitumoral de un extracto de romero (Rosmarinus officinalis L.) en modelos in vitro e in vivo de cáncer de colon’, se ha desarrollado en el Instituto de Biología Molecular y Celular de la UMH y ha sido dirigida por el profesor del Área de Bioquímica y Biología Molecular de la UMH Vicente Micol Molina, el profesor del Área de Farmacia y Tecnología Farmacéutica Enrique Barrajón Catalán y el profesor José Antonio Ferragut Rodríguez.
Premio Profesora Amparo Estepa El Instituto de Biología Molecular y Celular (IBMC) de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche ha concedido el Premio de Investigación Doctoral “Profesora Amparo Estepa” a la estudiante Almudena Pérez Sánchez del Programa de Doctorado en Biología Molecular y Celular que tutela el IBMC. El Premio consiste en una dotación económica de 1.000 euros y una placa de reconocimiento académico. El IBMC convoca este premio de investigación doctoral en honor a la profesora de la UMH Amparo Estepa. El objetivo de este galardón es reconocer la trayectoria investigadora y formativa del mejor estudiante del Programa de Doctorado en Biología Molecular y Celular.
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