Los que estamos fuera de ese “mundillo” de la Inteligencia Artificial, no sabemos, realmente, lo que se cuece. Así que acudimos a las distintas fuentes  especialistas para enterarnos de como van las cosas, al fin y al cabo, lo que pase en ese campo nos afectará de manera muy directa.

¿Vamos en la buena dirección?

Si tengo que ser sincero, diré que esa pregunta me crea muchas dudas en cuanto a la respuesta, no puedo saber (aunque lo intuyo), si las grandes corporaciones metidas en este negocio, dedican miles de millones para conseguir la ventaja en este campo con las miras puestas (sobre todo), en ganar dinero y no en tener como primer objetivo el beneficiar a la Sociedad en General.

¿Hay que recuperar las inversiones con un beneficio? Por supuesto.

?Que ese beneficio es lo principal y a costa de cualquier cosa? Ahí está la cuestión.

Este “mundillo” que sin duda será el Futuro que se nos viene encima… ¡Tiene que ser cuidadosamente controlado!, legislar y `poner barreras de lo que se puede y no se puede hacer, no dejar barra libre para que se puedan construir máquinas que sobrepasen nuestras propias facultades para operar, para construir, para tener la seguridad necesaria para nuestra especie.

Ya han hablado de incluir en los cerebros positrónicos de los Robots ese “ingrediente” humano que llamamos Conciencia, y, si las máquinas llegan a ser conscientes de SER… ¡Apaga que hemos llegado al final!

Los Robots de última Generación serán estructuras muy potentes: No comen, no duermen, no enferman, son más fuertes que los humanos, la radiación del Espacio no les afecta, son portadores en sus cerebros de chips poderosos que le dan todos los conocimientos de la Humanidad, mientras que nosotros, solo tenemos algunos, nuestros conocimientos son parciales. Si las cosas siguen por el camino emprendido… ¡Nos superarán!

Según se vislumbra, “ellos” ocuparan puestos en todos los estamentos de la Sociedad Humana, nos pondremos en sus manos poco a poco y, cuando nos demos cuenta… ¡Serán nuestros Jefes! Si finalmente se llega a eso…

¿Para qué nos querrían? ¿Para conservar  los responsables  de su origen?

En fin, amigos, que todo esto me da mucho miedo. Un apagón de luz de unas horas y la debacle está servida. Si pensamos en otros escenarios que se pueden producir a través de la I.A., si somos consciente del peligro real que supone si no está debidamente controlada…

¡Hay que legislar y poner barreras de lo que se puede y no se puede hacer en este campo!

Emilio Silvera Vázquez

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Las hipótesis y teorías son lo único que podemos dar como explicación de lo que pudo ser. De lo único que estoy seguro es, de que a partir de la “materia inerte”, surgió aquella primera célula replicante que comenzó la fascinante historia de la Vida.

Hay cuestiones que no podemos explicar,  Se cree que el Chimpancé y el Humano tuvieron un antepasado común que no era ni Homo ni Pan, en un momento dado, las dos ramas divergieron y, mientras uno sigue en la copa de los árboles, el otro trata de llegar a las estrellas.

 

Una Tierra primigenia que se estaba enfriando, que recibía la luz y el calor del Sol, que tenía agua abundante en estado líquido, en la que se estaba creando una atmósfera, sonde el núcleo del planeta rotaba y creaba un escudo magnético que protegía a la Tierra de la radiación nociva…

Cnfluyeron muchos parámetros que hicieron posible el surgir de la vida.

Emilio Silvera Vázquez

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Los cuerpos humanos contienen una gran cantidad de mitocondrias, que son orgánulos celulares encargados de producir energía. Aunque no hay un número exacto, se estima que una sola célula puede tener miles de mitocondrias, y cada célula, y especialmente en órganos que requieren mucha energía como músculos y neuronas que pueden tener millones. 

                                Contenido y función mitocondrial en humanos

(A) Cientos de mitocondrias están presentes dentro de varias células y órganos en todo el cuerpo.

(B) El contenido mitocondrial varía según la demanda de energía en los diferentes órganos, donde realizan múltiples funciones que van desde la transformación de energía, la señalización y la biosíntesis de hormonas.

(C) Esquema general de una célula, su citoplasma (verde), núcleo (azul) y mitocondrias (marrón).

Las mitocondrias son dinámicas y experimentan cambios de forma a través de la fusión y fisión en cuestión de minutos en respuesta a señales energéticas y bioquímicas externas.

Nuestros cuerpos contienen aproximadamente diez mil billones de unos bichitos llamados mitocondrias, que invadieron a los antepasados de nuestras células hace alrededor de mil millones de años. Las mitocondrias están acostumbradas a vivir dentro de nosotros, y nosotros nos hemos acostumbrado de tal manera a tenerlas por todas partes, que ahora no podemos vivir separados. Ellas forman parte de nosotros y nosotros formamos parte de ellas.

“Las mitocondrias son organelas localizadas en citoplasma de las células, que actúan como las centrales eléctricas produciendo la ENERGIA que cada célula del organismo necesita (con la excepción de los glóbulos rojos). Están rodeadas por dos membranas y tienen su propio genoma”

Producen casi toda nuestra energía y nosotros nos encargamos de alimentarlas y cobijarlas. Nuestras mitocondrias tienen todavía su propia ADN, heredado sólo de nuestras madres, por lo que este ADN podría proceder de una única mujer que estaría en el origen de los seres humanos actuales: una Eva mitocondrial.

Pero estos huéspedes celulares que parecen vivir pacíficamente en simbiosis con el resto de las células, puede ser también ser un enemigo que mata silenciosamente desde dentro. Siempre que una célula muere, hay una serie de pistas que conducen a las mitocondrias y que muestran como están implicadas en enfermedades devastadoras e incapacidades físicas o mentales, así como en el propio proceso de envejecimiento. El invitado indispensable se convierte en asesino en serie de proporciones monstruosas.

 
                               Cáncer                                                                 Mitocondrias

La diferencia entre una célula del hígado normal y otra cancerosa es demostrada aquí claramente por la localización de las mitocondrias (coloración roja) . La célula sana a la izquierda, demuestra muy pocas mitocondrias cerca de la pared de externa de la célula. Como puede ver, se mantienen densamente arracimadas (agrupadas) alrededor del núcleo de la célula (representado aquí como el agujero central negro). En la célula del cancerosa a la derecha, las mitocondrias se disgregan a través de la célula, no se arraciman. Observe el color rojo apagado de las mitocondrias disfuncionales.

Casi todas las células de nuestro cuerpo contienen mitocondrias –alrededor de mil cada célula-. El “mitocondrión” es una bestia incansable que no cesa de adoptar formas distintas. Si se captara su aspecto en una única foto instantánea poco favorecedora, se vería algo parecido a un gusano, pero un gusano que se retuerce, se divide en dos y se fusiona con otros gusanos. Así pues, en ocasiones podemos captar un mitocondrión que parece un zepelín, y otras veces algo parecido a un animal con múltiples cabezas o colas, o bien podríamos ver una red de tubos y láminas que se entrecruzan. El mitocondrión es un monstruo antiguo y maternal – un dragón con un apetito monstruoso, que se come a su vez todo lo que nosotros hemos comido y lo respira a continuación en forma de fuego.

Las mitocondrias consumen prácticamente todo el alimento y el oxígeno que se introduce en el cuerpo, y producen la mayor parte del calor que éste genera. Sin embargo, este monstruo es diminuto –su tamaño es de una micra, es decir, una milésima de milímetro: mil millones de mitocondrias cabrían en el interior de un grano de arena.

Las mitocondrias tienen su propio ADN y su propia identidad, pero esto no significa ningún litigio entre ellas y nosotros. En parte somos mitocondrias; ellas constituyen aproximadamente un décimo del volumen de todas nuestras células juntas, una décima parte de cada uno de nosotros.

Dado que son prácticamente la única parte de la célula que tiene color, las mitocondrias constituyen el color de nuestras células y nuestros tejidos. Si no fuera por la melanina de nuestra piel, la mioglobina de nuestros músculos y la hemoglobina de nuestra sangre, seríamos del color de las mitocondrias, es decir, de un rojo amarronado. Además, si esto fuera así, cambiaríamos de color cuando hiciéramos ejercicio o corriéramos hasta perder el aliento, de tal forma que podría decir si alguien está usando mucha o poca energía…

       Las mitocondrias controlan nuestras células y les transmite energía

Las mitocondrias son las centrales eléctricas de nuestras células y producen casi toda nuestra energía. No obstante, son unas centrales eléctricas con bastantes fugas de energía, lo cual tiene unas consecuencias terribles.

La fosforilación oxitativa es la culminación del metabolismo productor de energía en organismos aeróbicos. Muchas veces hemos hablado aquí de la complejidad de nuestro cerebro y dejamos de lado otras parcelas de nuestro cuerpo que son altamente  importantes para que todo el conjunto pueda funcionar y, en todos esos procesos -el corazón incluido-, están presentes las mitocondrias.

“Llegué a creer (dice Guy Brown, autor de todas estas ideas e investigaciones) que los productos del diseño biológico (evolutivo) –la vida y todas sus manifestaciones- eran mucho más eficientes y eficaces que algunos productos de la creatividad humana, tales como las máquinas y la cultura. Nos han enseñado que mil millones de años de evolución han perfeccionado el diseño de la célula hasta tal punto que ningún diseñador humano podría mejorarlo, ningún avaro podría economizar más en el uso de energía, ningún técnico de gestión podría mejorar la adjudicación de recursos, ningún ingeniero podría lograr que hubiera menos fallos en el funcionamiento. Está ampliamente difundida la creencia de que la cultura humana no debería interferir con la naturaleza, porque la naturaleza está mejor diseñada que la cultura, y esta creencia causa el temor de que los científicos se entrometan en la naturaleza, como sucede en la medicina, la ingeniería genética, la clonación o los pesticidas.”

 

Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Sean cuales sean los méritos de esas creencias, lo cierto es que, nuestras células ciertamente no son tan eficientes como creíamos que eran. Un ejemplo sería lo que parece un defecto espectacular en el diseño de nuestras mitocondrias: tienen fugas. La electricidad de electrones se escapan de las mitocondrias para producir radicales libres no tóxicos, y la electricidad de protones se escapan produciendo calor: no se trata de fugas pequeñas o insignificantes, sino que son grandes y constituyen una amenaza para la vida.

Lo que no podemos poner en duda es, el hecho cierto de que, nuestro complejo organismo está inmerso en una variedad y en una diversidad rica en parámetros que deben cumplir unos cometidos predeterminados que llevan a un todo simétrico de engranaje perfecto y, cuando algo falla en él, el sistema se reciente y el funcionamiento decae.

La célula se define como la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.

     La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.

Entre las células procariotas y eucariotas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procariotas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego núcleo verdadero,  mientras que pro-cariótico significa antes del núcleo. 

              Citoplasma y citosol

El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante. La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa.

 El citoplasma de las células eucariotas se encuentra atravesado por un conjunto de tubos, vesículas y cisternas, que presentan la estructura básica de la membrana citoplásmica. Entre esos elementos existen frecuentemente intercomunicaciones, y adoptan la forma de una especie de red, entre cuyas mayas se encuentra el citoplasma. Este sistema membranoso es llamado en la actualidad sistema vacuolar citoplásmico, integrándose en él la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y el complejo de Golgi. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

Es tan amplio el tema que estamos tratando que, de un tema me paso a otro y, podemos perder la visión de lo que queríamos expresar, así que finalizaré con las mitocondrias y su función principal.

La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia. Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs o del ácido cítrico, el ácido pirúvico reacciona con agua para producir dióxido de carbono y diez átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua.

La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación.

El ATP se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.

¡Mitocondrias! Parte de nuestro sistema interno. Sin ellas, no podríamos vivir y, hace ya mucho tiempo que, humanos y mitocondrias hicieron un contrato para formar, esa simbiosis que nos une desde tiempos ancestrales.

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Como decía aquel escritor de Ciencia Ficción, la magia está en la tecnología

Nuestra especie a veces se cree que es la elegida. Sin embargo, poco a poco nos vamos dando cuenta de que no lo es. Si aplicamos la lógica tendremos que admitir la posibilidad de que existan muchas otras Civilizaciones Inteligentes  en los miles de millones de mundos que  están presentes en nuestra propia Galaxia  y en los cientos de miles de millones que existen en el universo.

Hace poco más de un siglo nadie podría haber pensado en que se pudieran construir ingenios que, como el LHC o el James Webb, nos llevaran a realizar “viajes” al corazón de la materia, o, a los confines del universo.

Sabemos por el Proyecto SETI que encontrar vida inteligente no será nada fácil, el universo es demasiado grande y todavía no disponemos de medios más avanzados que nos posibiliten, no ya detectar planetas habitables, sino entrar en la atmósfera de estos planetas y estudiar la composición, las señales de vida en la superficie, detectar actividades electrónicas que delaten la presencia de la Inteligencia…

Decimos que la Naturaleza es sabia, y, si dispuso que las estrellas estuvieran tan separadas las unas de las otras… ¿Por qué sería? Creo que no permite que Civilizaciones distintas y distantes contacten hasta que, muy evolucionadas, puedan tener una Conciencia que no les permita someter las unas a las otras, llegado ese momento (creo), el contacto será bajo una base de seguridad y respeto.

Así las cosas… ¿Qué prisa tenemos?

Emilio Silvera Vázquez

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Los nuevos descubrimientos, los experimentos que incansablemente se llevan a cabo en todos los laboratorios del mundo y que hace posible que cada día, sepamos más de nosotros mismos y de cómo funciona nuestro organismo. Se han descubierto los mecanismos mediante los cuales, el Sulfuro de Hidrógeno (H2S), protege a nuestros organismo al proteger a las Mitocondrias, y, eso hace posible que el envejecimiento sea más lento en nosotros.

El H2S, o sulfuro de hidrógeno, puede causar daño en el organismo dependiendo de la concentración y el tiempo de exposición, siendo un gas tóxico y peligroso. Puede provocar irritación en los ojos y el tracto respiratorio.

Si llegamos a poder saber la manera de restringir en nuestra dieta la presencia de 2 aminoácido (la metionina y la cisteína), incrementaremos la producción de H2S y se reducen los daños en nuestro organismo. La principal cuestión a tener en cuenta es que la ingestión sea somera, es decir, que no comamos más de lo necesario y, se ha demostrado que, comer de manera moderada, es conveniente para nuestra Salud.

Así que debemos procurar que las mitocondrias (en simbiosis con nuestro organismo desde tiempos ancestrales), tengan unas condiciones idóneas para su propia salud, y. ya que son los motores que nos proporcionan la energía a nosotros., si ellas están saludables será beneficioso para nosotros. ¿Cómo hacer posible que todo esto se pueda llevar a buen término? Bueno, actualmente, equipos especializados están estudiando sobre el tema y, finalmente, conseguirán su objetivo de que nuestras vidas sean más largas dentro de un estado de salud que llegará a duplicar la vida media de los seres humanos.

En este punto, quisiera recordar aquí un trabajo que publicó  la Revista de la Real Sociedad Española de Física, y, nos constaba como el CERN con su LHC, además de investigar los componentes de la materia, había colaborado y estaba al Servicio de la Salud (entre otras muchas cosas).

                                                               Partículas y mucho más

Los lectores de la Revista Española de Física han oído más de una vez hablar del CERN. Fundado en 1954, constituye el mayor laboratorio de física de partículas del mundo, con veinte países miembros y un personal de unas 3.000 personas entre físicos, ingenieros y personal técnico y administrativo de todo tipo. Seguramente están también al tanto de los grandes experimentos que se están preparando en este centro como el Large Hadron Collider (LHC), situado en un túnel circular de 27 km de longitud, destinado a elucidar el origen de la llamada ruptura de la simetría electrodébil y en última instancia el origen de las masas de las partículas elementales (no de la masa del protón o del neutrón como erróneamente se dice a veces en los medios de comunicación), o del proyecto CERN Neutrino Gran Sasso (CNGS), que consiste en enviar un haz de neutrinos de alta energía desde el CERN al laboratorio subterráneo italiano del Gran Sasso que se encuentra a 730 km, para estudiar las oscilaciones de estas huidizas partículas.

También es muy probable que muchos lectores asocien de manera natural la palabra acelerador de partículas  a los instrumentos que utilizan los físicos modernos para estudiar y comprender mejor la estructura y el comportamiento de la materia a pequeñas escalas. Sin embargo, de los 17.000 aceleradores de partículas que se estima existen en la actualidad en todo el mundo, aproximadamente la mitad de ellos se usan en medicina y sólo una parte muy pequeña se usan para investigación fundamental. Por este y otros motivos que se discutirán más adelante, en este número especial de la Revista Española de Física dedicado a la física y las ciencias de la vida, ha parecido conveniente incluir un artículo en el que, al menos brevemente, se describieran algunas de las transferencias tecnológicas (spinoffs) importantes que la actividad del CERN aporta a dichas ciencias.

    Mucho de lo que aquí se descubre, se aplica a nuestra Salud

Es bastante razonable que, como ocurre con las ciencias del espacio, mucha gente se pregunte cuál es la utilidad social de la física de partículas más allá  de la adquisición de conocimientos fundamentales de la naturaleza. Sin embargo, es preciso señalar que los aceleradores y detectores de partículas del CERN y otros laboratorios similares requieren el uso, y muchas veces el desarrollo, de tecnologías de punta que obligan a una estrecha colaboración con la industria  que redunda en beneficio de ambas partes. Las transferencias tecnológicas que se producen en este proceso se incorporan inmediatamente a nuestra vida diaria en áreas tales como la electrónica, procesamiento industrial y médico de imágenes, manejo y usos de la radiación , metrología, nuevos materiales, tecnologías de la computación y la información, tratamiento del cáncer, etc. En este artículo se pondrá el énfasis en aquellas actividades del CERN que han redundado de una forma más clara en beneficio de las ciencias biomédicas.

        PET/TC o más allá de los rayos X

En el ámbito de la medicina los aceleradores de partículas se utilizan con dos finalidades; una para la formación de imágenes con propósitos diagnósticos y otra, para terapia, principalmente oncológica. Desde el descubrimiento de los rayos X por Röntgen en 1895, este tipo de radiación electromagnética ha proporcionado una información de valor incalculable y aún sigue proporcionándola. Sin embargo, mucho más recientemente, se han desarrollado otras técnicas complementarias de diagnóstico basadas en los llamados radiofármacos. Estas sustancias radiactivas presentan idealmente la propiedad de poder ser inyectadas en el organismo humano de forma segura y de fijarse exclusivamente a determinados tejidos. Posteriormente, a medida que van desintegrándose, emiten ciertas partículas que pueden ser detectadas y analizadas produciendo de esta forma imágenes estáticas o incluso dinámicas de los órganos en los que se depositaron los radiofármacos y, en definitiva, proporcionando información no solamente sobre la morfología de aquellos, sino también, en muchos casos, sobre su función y metabolismo. Los radiofármacos se producen utilizando haces de protones de alta intensidad y, como tienen una vida media muy baja, deben utilizarse cerca de donde se han creado. Se calcula que unos 20 millones de personas son diagnosticadas cada año mediante el uso de este tipo de sustancias.

Son técnicas no invasivas que dejan al descubierto lo que interesa ver y eliminar

Una de las técnicas de este tipo más utilizada en la actualidad es la Positrón Emisión Tomography (PET). En su aplicación se utiliza normalmente un ciclotrón para irradiar alguna sustancia que se convierte en radiactiva por desintegración beta positiva (emisora de positrones). Esta sustancia se une por ejemplo a la glucosa y se inyecta al paciente. Los positrones producidos se aniquilan con los electrones circundantes dando lugar a dos fotones de energía muy bien definida, emitidos en direcciones opuestas. Estos fotones interaccionan con un material escintilador dando lugar a la emisión de otros fotones que pueden ser detectados por fotomultiplicadores o fotodiodos para formar la imagen de los tejidos que se pretenden estudiar en función de la distribución de la glucosa radiactiva. Por ejemplo, en el caso del diagnóstico del cáncer las células cancerosas suelen consumir más glucosa que las células sanas debido a su mayor vascularización y a su mayor actividad metabólica y reproductiva, produciendo por tanto una mayor emisión de fotones. Por el contrario, las zonas donde el tejido presente mayor número de células muertas brillarán menos debido a la menor concentración de glucosa radioactiva, lo cual puede ser muy útil para el diagnóstico de infartos y otras lesiones.

Nuevas tecnologías que llegan más lejos

De acuerdo con David Townsend, uno de los pioneros en el desarrollo de la tecnología PET, aunque ésta no fue inventada en el CERN, una cantidad esencial e inicial de trabajo desarrollado en el CERN  a partir de 1977 contribuyó de forma significativa al desarrollo del PET 3D. La tecnología PET alcanza su grado más alto de utilidad diagnóstica cuando se combina con la Computed Tomography (CT). La CT es un método de formación de imágenes tridimensionales a partir del procesamiento digital de un gran número de imágenes bidimensionales de rayos X. Inicialmente, las diferentes imágenes se obtenían alrededor de un solo eje de rotación y de ahí su nombre original de Computed Axial Tomography (CAT).

La técnica combinada PET/CT es uno de los desarrollos más excitantes de la medicina nuclear y la radiología modernas. Las reconstrucciones de imágenes CT permiten el diagnóstico precoz de tumores basándose en sus características morfológicas, mientras que la tecnología PET es capaz de diferenciar con grane eficiencia los tejidos malignos de los benignos. La fusión PET/CT permite ahora integrar las imágenes morfológica y fisiológica en una única imagen. El prototipo del scanner ART, el Partial Ring Tomograph (PRT), fue desarrollado en el CERN en 1980 y 1990 por David Townsend, Martín Wensveen y Henri Tochon-Danguy, y evaluado clínicamente en el departamento de medicina nuclear del Hospital Cantonal de Ginebra. ART puede considerarse como el precursor de la parte PET del moderno scanner PET/CT, que ha producido un impacto extraordinario en la tecnología de imágenes con fines médicos. Además, el CERN continua hoy en día contribuyendo a este campo fundamental de la medicina moderna mediante proyectos como Clear PET, Clear PEM, HPD PET etc.

Sin embargo, la importancia del CERN en el desarrollo de las tecnologías PET o CT, y en general de todo tipo de scanner, va mucho más allá. En efecto, todo este tipo de dispositivos se basa, de una forma u otra, en los detectores desarrollados a finales de los  sesenta en el CERN por George Charpak. Su trabajo fue reconocido en 1992 con la concesión del Premio Nobel de Física por su invención y desarrollo de detectores de partículas, en particular de la cámara proporcional multihilos, que produjo una revolución en la técnica de exploración de las partes más íntimas de la materia. Los detectores desarrollados por Charpak se usan aún para todo tipo de investigaciones médicas y biológicas y podrían eventualmente sustituir completamente a las placas fotográficas en la radio-biología aplicada. La velocidad creciente con la que permiten registrar las imágenes en radio medicina conducen a una menor tiempo de exposición y a menores dosis de radiación indeseada recibida por los pacientes.

Hadrón-terapia, o las partículas contra el cáncer

Como es bien sabido, una de las herramientas terapéuticas esenciales en el campo de la oncología es la radioterapia. Dicho tratamiento se aplica hoy en día aproximadamente a la mitad de los pacientes de cáncer. En cierto modo se puede considerar como una forma sutil de cirugía donde el bisturí es reemplazado por un haz colimado de partículas capaz de esterilizar las células malignas mediante la inactivación de su ADN, impidiendo así su reproducción. Tradicionalmente, la radioterapia se ha basado en el uso de rayos X (fotones), electrones y, más recientemente, hadrones, es decir, partículas capaces de interaccionar fuerte o nuclearmente, si bien no es ésta la propiedad más interesante de estas partículas para las aplicaciones radio-terapéuticas. Los haces de rayos X y los electrones se obtienen normalmente a partir de aceleradores lineales como los del CERN, aunque mucho más pequeños, y se apuntan hacia los tumores con la energía, dirección y colimación apropiadas para optimizar su efecto destructivo sobre los mismos. Por su parte, los neutrones pierden energía en el interior del organismo de una forma diferente, lo cual les hace más indicados para el tratamiento de ciertos tipos especiales de tumores. Se obtienen a partir de las colisiones de protones, previamente acelerados en un ciclotrón, con núcleos de berilio. Este hecho hace que esta terapia sea bastante más cara que las anteriores, pero a cambio el ciclotrón puede ser usado también para la producción de radiofármacos.

     Científicos del CERN aplican antimateria contra el Cáncer

El estudio de las posibilidades de utilización de haces de hadrones en la terapia del cáncer tuvo su origen en el trabajo seminal de R.R Wilson titulado Radiological Use of Fast Protons (Radiology 47, 1946). En dicho artículo se ponía de manifiesto que los protones, así como otras partículas cargadas pesadas, presentan la propiedad única de que al penetrar en el cuerpo humano depositan la mayor parte de su energía a una profundidad que depende de su energía inicial. Este hecho permite seleccionar cuidadosamente el área que se quiere irradiar, preservando de dicha radiación al tejido sano que pudiera encontrarse a menor profundidad. Además, como las partículas se detienen a una distancia de la superficie bien definida por la energía del haz, tampoco resultarían dañadas las células situadas detrás del blanco seleccionado.

En contraste, la energía depositada por los rayos X alcanza su máximo cerca de la superficie de entrada y decae exponencialmente hasta que abandona el cuerpo humano en el lado opuesto, haciendo por tanto muy difícil seleccionar la zona que quiere irradiarse sin dañar otras áreas de células sanas. El trabajo de Wilson de 1946 condujo a toda una nueva línea de investigación experimental, principalmente en el Lawrence Berkeley Laboratory, que ha dado lugar al desarrollo de una nueva clase de terapias antitumorales basadas en la irradiación con protones y más recientemente con iones de carbono. Estas técnicas han sido aplicadas en más de 40 centros de todo el mundo, y de ellas se han beneficiado hasta la fecha más de 50.000 pacientes. No obstante, continúan investigándose nuevas formas de intentar mejorar el ratio entre la energía depositada en las células tumorales y en el tejido sano.

Hidroterapia

En la actualidad, el CERN se encuentra involucrado en diversos proyectos relacionados con la hadrón-terapia. Por ejemplo, en el diseño de un acelerador de protones e iones de carbono dedicado exclusivamente a usos médicos conocido como Proton Ion Medical Machine Study (PIMMS). Otro proyecto interesante es la realización de las pruebas del Linear Booster ( LIBO), capaz de acelerar una haz de protones hasta 200 Mev (los hospitales habitualmente utilizan energías en torno a los 65 MeV) y que estaría especializado en el tratamiento de tumores profundos.

Finalmente, y situándonos en un plano de investigación a un nivel más básico, es interesante señalar que en octubre de 2006 se presentaron los primeros resultados de un experimento llevado a cabo en el CERN con potencial para futuras aplicaciones en la terapia del cáncer. Se trataba del Antiproton Cell Experiment (ACE), que constituye la primera investigación realizada hasta la fecha sobre efectos biológicos de los antiprotones. Los antiprotones se comportan como los protones cuando entran en el organismo, pero generan mucha más energía en el blanco seleccionado debido a du aniquilación con los protones existentes en los núcleos de los átomos de las células, y además depositan esta energía de una forma biológicamente más efectiva.

Cómo la antimateria permite diagnosticar cáncer de manera más directa y certera.

 Se busca antimateria contra el Cáncer. Los resultados muestran que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones para destruir células vivas. (Foto: Especial CERN )

Evaluando la fracción de células supervivientes después de la irradiación con el haz de antiprotones, el experimento ACE ha encontrado que a eficiencia de éstos es unas cuatro veces mayor que la de los protones, mientras que el daño producido a las células situadas antes del blanco era básicamente el mismo. De acuerdo con Michael Holzscheiter, portavoz del experimento ACE, este hecho podría ser extremadamente importante para el tratamiento de casos de cáncer recurrente, donde este tipo de propiedad es vital. La tecnología desarrollada previamente en el CERN para la obtención de haces de antiprotones de buena calidad a la energía apropiada es esencial para este prometedor experimento, que difícilmente podría haberse realizado en ningún otro laboratorio. Éste es por tanto un magnífico ejemplo de cómo la investigación en física de partículas desarrollada en el CERN puede generar soluciones innovadores con excelentes beneficios médicos potenciales.

Los investigadores de ACE, en colaboración con otras instituciones de todo el mundo, están realizando en la actualidad nuevos tests para comprobar la eficacia de este método en el caso de tumores situados a mayor profundidad, y comparando sus resultados con los de otros métodos más convencionales como la irradiación mediante iones de carbono. Si todo sale como se espera, los beneficios clínicos de esta nueva técnica podrían empezar a producirse dentro de la próxima década.

No es un metal precioso ni un diamante ni un mineral estratégico… Es la antimateria, la otra cara (invisible) de la materia común. Sus cualidades son extraordinarias. Ya la usamos para detectar células cancerosas y servirá para destruirlas sin dañar los tejidos sanos. Y puede ser el combustible del futuro. Con solo diez miligramos una nave llegaría a Marte. El problema es que producir un solo miligramo de antimateria cuesta 57.000 millones de euros. Y el precio no es el único inconveniente…

Otro ejemplo importante de tecnología creada en el CERN con aplicaciones a la terapia del cáncer es el Neutrón Driven Element Trasmuter. Se trata de un sistema de producción de radioisótopos específicos específicos a partir de un acelerador de protones cuyo desarrollo fue liderado por Carlo Rubbia, Premio Nobel de Física en 1984 por el descubrimiento de los bosones W y Z y ex director general del CERN. La idea es utilizar el haz de protones para producir neutrones los cuales provocan reacciones en un ambiente apropiado donde ciertos elementos son convertidos en los isótopos deseados.

La diferencia principal entre este método, seguro y barato, y el método más tradicional de utilizar los neutrones provenientes de un reactor nuclear, es que no requiere el uso de material fisionable ni funciona críticamente, es decir las reacciones se detienen en el momento en el que el acelerador es apagado. Más aún, el método tiene la ventaja de que sólo se producen los isótopos requeridos, lo que redunda en una importante reducción de impacto ambiental. Normalmente, el blanco utilizado es plomo, elemento idóneo por presentar el menor ritmo de captura de neutrones. Los neutrones se producen por espalación a partir del haz de protones y permanecen en el interior del blanco de plomo, que está rodeado  de un deflector de grafito, hasta que su espectro se suaviza suficientemente para cubrir un gran rango de energías que permiten su utilización para la transmutación de los elementos necesarios para la obtención de los isótopos deseados.

El Neutron Driven Element Trasmuter ha permitido, entre otras cosas, la producción de radioisótopos beta emisores como el 166Ho, 186 Re o el 188Re que son de gran importancia en braquiterapia. Dicha técnica, muy utilizada en el tratamiento de cánceres ginecológicos y en el de cáncer de próstata, es un tipo de radioterapia de proximidad donde la fuente radiactiva se sitúa dentro o muy cerca de los tejidos que requieren irradiación. Típicamente, la fuente radiactiva, de alta actividad y corta vida media, se encapsula en una semilla, filamento o tubo y se implanta en quirófano en la zona deseada. Las diferentes dosis requeridas en cada caso hacen que sea fundamental disponer del mayor muestrario posible de radioisótopos con la actividad y vida media apropiadas, lo cual convierte al Neutrón Driven Element Trasmuter en una herramienta valiosísima para el futuro de este tipo de técnica terapéutica.

            Información y computación sin fronteras

CERN, … where the web was born; éste es uno de los reclamos publicitarios que suelen utilizarse  para hacer ver al público la importancia de los retornos tecnológicos que en este laboratorio tienen lugar. Y en efecto, fue a finales de los ochenta cuando Tim Berners-Lee desarrolló estándar de Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)  e implementó los primeros servidores web en el CERN. Su esfuerzo permitió la comunicación fácil y segura y el intercambio de todo tipo de información entre todos los ordenadores del mundo conectados a internet, dando lugar de esta forma a una de las revoluciones tecnológicas más importantes de las últimas décadas. Las repercusiones científicas, tecnológicas, culturales, comerciales y de ocio de la web son ya tan conocidas que apenas merecen comentario alguno.

El término Grid fue acuñado por Ian Foster and Carl Kesselman en su libro The Grid, Blueprint for new Computing Infraestructure (Morgan Kaufman, 1998), aunque las ideas básicas habían sido consideradas con anterioridad. No existe un acuerdo general sobre cual debería ser la definición precisa de las tecnologías Grid, pero hay un amplio concenso en que esta debería contener elementos tales como recursos compartidos, virtualización, abstracción del acceso a los recursos y estandarización. La filosofía Grid consistiría, no sólo en compartir información entre diferentes usuarios, sino también recursos, como por ejemplo, procesadores, tiempo de CPU, unidades de almacenamiento, así como otros aparatos e instrumentos, de tal forma que eventualmente cada usuario tendría acceso virtual, por ejemplo, a la capacidad de cálculo de todos los demás usuarios de esa Grid. En los primeros tiempos de esta tecnología de la información se llegó a hablar de la Grid, refiriéndose a la posibilidad  de existencia de una única World  Wide Grid.

                    Todo surgió del CERN

El CERN creó su propia red de computación, o Grid, conocida como LHC Computing Grid (LCG), para manejar la gran cantidad de datos generados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Esta red permite a miles de científicos de todo el mundo acceder y analizar los datos de las colisiones.

Hasta el momento,, sin embargo, este concepto no es una realidad y más bien lo que se encuentra es que diferentes grupos de proyectos crean su propia Grid usando sus propias implementaciones, estándares y protocolos y dando acceso restringido solamente a una cierta comunidad de usuarios autorizados. Así, aunque se siguen realizando importantes esfuerzos en cuanto a la estandarización de los protocolos, no está claro cual será el camino que este tipo de tecnología seguirá en el futuro en lo que se refiere a la futura existencia de un única Grid.

En cualquier caso es importante resaltar que una vez más el CERN ha sido pionero en este tipo de tecnología. Los detectores que se están instalando (a estas alturas, todos instalados y en marcha) en el LHC (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, SUSY, etc.), son tan complejos, que han requerido cada uno de ellos el concurso de muchas instituciones de todo el mundo para su construcción, y lo seguirán requiriendo para su mantenimiento cuando el acelerador empiece a funcionar (ya está en marcha), y, como no, para el análisis de los datos que se obtengan. Para hacerse una idea de la dimensión y complejidad de estos análisis baste mencionar que el compact Muon Selenoid (CMS), una vez pasado su primer filtro, deberá almacenar información sobre el resultado de las colisiones producidas en su interior a un ritmo del orden de 100 a 200 MB por segundo durante un tiempo esperado de unos cien días por año. Resulta obvio que sólo una tecnología tipo Grid puede afrontar con posibilidades de éxito un reto semejante y de hecho el CERN ha inspirado varios proyectos Grid multinacionales por este motivo. Posiblemente, el más grande de ellos hasta la fecha sea el EGEE (Enablinbg Grids for E-Science), que conecta más de 150 paises y ofrece 20 000 CPUs y más de 10 Petabytes de memoria.

De manera análoga a como ocurrió con las tecnologías de la detección y aceleración, las tecnologías Grid tendrán, y de hecho ya empiezan a tener, un fuerte impacto en las ciencias de la vida y de la salud. En este sentido, uno de los campos obvios de aplicación es la bioinformática. Gracias a los espectaculares avances llevados a cabo en los últimos años en el campo de la biología molecular, se dispone hoy en día de cantidades crecientes de información genética de diferentes especies e individuos. Dicha información codificada en el ADN en forma de secuencia de tripletes o codones de ácidos nucleicos, que constituyen los genes que contienen la estructura primaria de las diferentes proteínas, ha sido y está siendo obtenida por centenares de grupos diferentes distribuidos por todo el mundo y debe almacenarse en gigantescas bases de datos de forma eficiente para su compartición, contrastación y análisis.

Ejemplos típicos serían la búsqueda de determinadas secuencias, comparaciones, búsqueda de determinadas mutaciones o alelos, etc. Resulta evidente que esta ingente labor puede verse enormemente beneficiada por el uso de tecnologías Grid. De hecho, la Bioinformática, y en particular sus aplicaciones biomédicas, han sido una parte importante del proyecto EGEE desde el comienzo del mismo.

Finalmente, y como última muestra de cómo puede revertir en la sociedad las tecnologías de la información y la computación provenientes de la física de partículas, es interesante mencionar el Proyecto Mammogrid y su continuación Mammogrid Plus. Liderado por el CERN, dicho proyecto de la UE utiliza la tecnología Grid para crear una base de datos de mamografías que pueda ser usada para investigar un gran conjunto de datos e imágenes que, aparte de otras aplicaciones sanitarias, sea útil para estudiar el potencial de esta tecnología para servir de soporte a la colaboración entre los profesionales de la salud de la  UE.

    Ciencia, Tecnología y Sociedad

A estas alturas debería haber quedado claro que los centros científicos de élite internacionales como el CERN, no sólo nos proporcionan un conocimiento más profundo de la naturaleza, sino que las tecnologías de punta que en ellos se desarrollan acaban permeando a la Sociedad y se incorporan a nuestras vidas cotidianas. El autor del artículo, Antonio Dobado, del Departamento de Física Teórica I de la Universidad Complutense de Madrid, ha pretendido ilustrar el hecho innegable de la conexión existente entre temas tan aparentemente dispares como el de la Física de Partículas y la Biomedicina, pero ejemplos semejantes podrían haberse encontrado en prácticamente cualquier área de la actividad humana.

La Sociedad no puede permanecer por más tiempo ajena a la Ciencia y a todo lo que trae consigo. Precisamente por eso la RSEF dedica un gran esfuerzo a la difícil tarea de convencer al público de la importancia de la Física como valor científico, cultural y social, como una forma rigurosa y profunda del acercamiento al conocimiento de la naturaleza, y a la vez como generadora de nuevas tecnologías. En este sentido, es una espléndida noticia la inminente creación de un nuevo Grupo especializado en el seno de la RSEF denominado Física Médica. Y, desde aquí, aprovechamos la oportunidad para darles la bienvenida y desearles el mayor éxito en sus futuras andaduras en la búsqueda de la verdad científica.

Fuente: Revista Española de FÍSICA.

Emilio Silvera Vázquez, el titular de este Blog (el creador y Administrador es SHALAFI) es miembro numerario de la R.S.E.F. y adscrito a los Grupos Especializados de Física Teórica y Astrofísica.

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