Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales

Phytotherapy as a source of medicaments that regulate tumoral metabolism and activate the immune response

Resumen El término cáncer integra un grupo de enfermedades complejas que responden a múltiples factores y se manifiestan de forma diferente según el órgano afectado o el mecanismo molecular implicado. En términos generales, se presenta una alteración en los mecanismos que regulan el crecimiento de las células, lo cual genera proliferaciones incontroladas que rompen la homeóstasis normal del organismo y afectando no solo el órgano blanco sino a todo el organismo. La búsqueda de terapias contra el cáncer se basa en el conocimiento de estos mecanismos moleculares y sus innumerables consecuencias. En esta revisión se recogen los estudios realizados y publicados por nuestro grupo de investigación en los últimos 13 años en torno a Caesalpinia spinosa (Molina) Kuntze y Petiveria alliacea Linne (Phytolaccaceae), así como algunos datos aún no publicados. La revisión se centra en los mecanismos relacionados con el metabolismo energético tumoral y la regulación de la respuesta inmunitaria, así como en los últimos procedimientos requeridos para llevar a cabo el primer ensayo clínico de fase I para un medicamento contra el cáncer en Colombia.

Abstract Cancer is the name for a group of complex and multifactorial diseases that manifest differently depending on the organ affected or the molecular mechanism involved. In general terms, there is an alteration in the mechanisms that regulate cell growth, generating their uncontrolled proliferation, which breaks the normal homeostasis of the organism, affecting not only the target organ, but the individual in general. The search for therapies against cancer is based on the knowledge of these molecular mechanisms and their countless consequences. In the present review, we include the work done and published in our research group during the past 13 years on Caesalpinia spinosa (Molina) Kuntze and Petiveria alliacea Linne (Phytolaccaceae), as well as some data not yet published. The review focuses on the mechanisms related to tumor energy metabolism and the regulation of the immune response, as well as the latest procedures that will allow us to conduct the first phase I clinical trial for a cancer drug in Colombia.

Sounds of eating: proposals for the crossmodal study between flavour and music

Resumen El objetivo de este artículo es proponer una síntesis original del proceso de correspondencias del gusto con otras modalidades sensoriales. Para ello, los autores presentan el concepto de integración multisensorial entendido como proceso de correspondencias y de suposición de la unidad, ambos facilitados por la congruencia semántica. Asimismo, se muestran diversos estudios que han investigado la percepción del gusto/sabor y sus correspondencias. Los principales resultados hallaron que parámetros específicos de sonidos pueden modificar la experiencia del gusto añadiendo significativamente placer a la experiencia de comer y beber del consumidor. Sin embargo, es importante destacar la relevancia de la validez ecológica en los estudios intermodales. Los autores presentan varias líneas de fructíferas de investigación.

Abstract The aim of this article is to propose an original synthesis of the correspondences between taste and other sensory modalities. For this, the authors present the concept of multisensory integration, understood as a process of correspondences and unity assumption, both facilitated by semantic congruence. Several studies that have investigated the taste/flavour perception and its correspondences are described. The main results found that specific sound parameters can modify the taste experience by adding significant pleasure to the consumer’s eating and drinking experience. However, it is important to highlight the relevance of ecological validity in intermodal studies. The authors present several lines for future research.

Optical and transport properties of cuasi-one dimensional electronic systems

Resumen En el presente artículo se estudia la respuesta óptica y de transporte en sistemas de electrones interactuantes entre ellos y con potenciales externos. En la primera parte se analizará el caso de un electrón en interacción con un conjunto de potenciales localizados (potenciales ), para calcular las propiedades electrónicas de sistemas cuasiunidimensionales bajo diferentes tipos de desorden. En la segunda parte, se presenta un estudio de las propiedades ópticas de sistemas de muchos cuerpos altamente correlacionados y electrones interactuantes entre sí, con lo cual se demuestra la presencia de la singularidad de Fermi. En los dos casos se empleó y se demostró el método de las funciones de Green como técnica teórica efectiva para obtener resultados comparables con los experimentales.

Abstract In this paper we study the optical and transport properties of interactive electron systems both with external potentials and between them. In the first part, we analyze the electronic properties of quasi-unidimensional systems under different types of disorder for an electron interacting with a finite number of localized potentials. In the second part, the results of the photoemission properties for a highly correlated many-body system, where electrons interact strongly with each other, show the presence of a Fermi-edge singularity. In both cases, we used and demonstrated the method of Green’s functions as the effective theory to obtain results comparable to the experiments.

Evolution of the structural ordering of the Sr ₂ SbMnO ₆ perovskite as a function of temperature

Resumen El material cerámico policristalino Sr2SbMnO6 se sintetizó mediante el método convencional de reacción en estado sólido. La ruta de síntesis usada difirió de otras reportadas en la literatura en que se usó SrO en lugar de SrCO3 como precursor del Sr. Los patrones de difracción de rayos X obtenidos a temperaturas entre 25 y 1.400 °C se estudiaron mediante el método de refinamiento de Rietveld con el programa Generalized Structure Analysis System (GSAS). Los resultados revelaron que la estructura era tetragonal con el grupo espacial P4/mnc a temperaturas entre los 100 y los 600 °C, y cambió a una estructura cúbica con el grupo espacial Fm-3m a temperaturas entre los 800 y los 1.000 °C. Se discute, asimismo, la dependencia del parámetro de red en función de la temperatura. El estudio de este material es importante dadas sus propiedades multiferróicas.

Abstract The polycrystalline ceramic of Sr2SbMnO6 was synthesized by the conventional solid-state reaction. The used synthesis route differed from others reported in the literature, as we used SrO instead of SrCO3 as the Sr precursor. Studies of the X-ray diffraction (XRD) pattern obtained by means of the Rietveld refinement using the code of the Generalized Structure Analysis System (GSAS) software were performed. The analyses revealed that the crystal structure was tetragonal in space group P4/mnc at temperatures from 100 to 600º C, and changed to a cubic structure with space group Fm-3m at temperatures between 800 and 1,000º C. The temperature dependence of the lattice parameter was also discussed. The study of this material is important given its multiferroic properties.

Analysis of a problem of coupled oscillators making use of the bra-ket notation used in quantum mechanics

Resumen Se analiza en detalle un sistema constituido por cuatro osciladores acoplados, con masas y constantes de acoplamiento diferentes. A partir de dicho análisis se obtiene la dinámica que rige el comportamiento del sistema desde la perspectiva de un contexto clásico, así como usando conceptos del álgebra lineal y la notación bra- ket empleada en mecánica cuántica. En este marco, se obtiene la solución del sistema de osciladores en una base estándar generada a partir de la posición inicial de cada oscilador, la cual permite establecer un estado bien definido interpretado como el desplazamiento del oscilador con respecto a su posición de equilibrio. En este orden de ideas, las ecuaciones de movimiento se desacoplan a través de una transformación de similitud construida a partir de un conjunto de vectores propios para así obtener la solución. Esta estrategia permite, además, evidenciar la evolución temporal del sistema de osciladores mediante un operador que se identifica con el propagador del estado del sistema. Este análisis adquiere especial importancia por su novedad y porque genera una forma alternativa, didáctica y sólida de abordar el tema, conectándolo con un tópico conocido de la mecánica clásica. Además, permite familiarizar a los estudiantes con la notación bra-ket y los procedimientos empleados para resolver problemas en mecánica cuántica, tales como el de valores propios.

Abstract A detailed analysis is performed on a system consisting of four oscillators coupled with different mass and coupling constant. The dynamics is obtained from the analysis governing the behavior of the system from the perspective of a classical context, and also using concepts of linear algebra and the bra-ket notation used in quantum mechanics. In this context, the solution for the oscillators system is obtained by making use of a standard base generated from of the initial position for each oscillator, which allows to establish a well-defined state that is interpreted as the displacement of the oscillator with respect to its position of equilibrium. In this order of ideas, the equations of motion are decoupled through a similarity transformation constructed from a set of eigenvectors to obtain the solution. This strategy offers the possibility of evidencing the temporal evolution of the system of oscillators by means of an operator identified with the propagator of the state of the system. Such analysis is important as it is novel and it generates an alternative, didactic and robust way of approaching this issue by connecting it with a known topic of classical mechanics. In addition, it allows students to familiarize themselves with the bra-ket notation and the procedures used to solve problems in quantum mechanics, such as the problem of eigenvalues.

XV Encuentro Nacional de Óptica - VI Conferencia Andina y del Caribe en Óptica y sus Aplicaciones

Multiespectral and digital analysis of acquired melanocytic nevi

Resumen El objetivo del presente trabajo fue encontrar las diferencias entre los distintos tipos de nevos melanocíticos adquiridos con base en la información extraída de las imágenes multiespectrales. La dimensión fractal y la entropía se escogieron como medidas para distinguir entre los nevos (146 lesiones). El análisis de varianza (ANOVA unifactorial) considerando la dimensión fractal mostró diferencias significativas (p<0,05) entre los grupos, con mayor significación en la longitud de onda azul (p=7,87e-08), y menor en la roja. La medida de la entropía se comparada entre los pares de grupos mediante la prueba T de Student, y se encontraron diferencias entre los lunares benignos (U,C,I) y los displásicos (D), específicamente en los canales cyan (pUD=0,002, pCD=0,023, pID=0,012) y rojos (pUD=0,0001, pCD=2,55E-5, pID=0,005). El uso de imágenes multiespectrales, conjuntamente con las medidas de ordenamiento (dimensión fractal y entropía), permite caracterizar y diferenciar los grupos de nevos melanocíticos adquiridos, lo cual contribuiría al desarrollo de un tipo de evaluación dermatológica no invasiva y concluyente del ordenamiento de los nidos de melanina.

Abstract The main objective of the present work was to find differences between different types of acquired melanocytic nevi on 146 lesions. Fractal dimension and entropy were obtained from multispectral images. We found significant differences in fractal dimension measures using an analysis of variance (one-way ANOVA) (p<0.05), with p=7.87e-08 at the blue wavelength. The entropy mean of all NMA pairs was compared using a T-Student test; we registered a high significance in the cyan channels (pUD=0.002, pCD=0.023, pID=0.012) and in the red ones (pUD=0.0001, pCD=2,55E-5, pID=0.005). Multispectral images together with order measures (fractal dimension and entropy) is a tool to characterize and distinguish NMA groups and a way towards developing a non-invasive dermatologic test based on melanin distribution in NMAs.

Fiber specklegram sensor analysis by digital image processing

Resumen Los sensores basados en el análisis de la distribución de intensidades del patrón de interferencia modal a la salida de una fibra óptica son conocidos como sensores ópticos basados en specklegramas de fibra óptica (Fiber Specklegram Sensors, FSSs). En este trabajo se muestran los specklegramas, simulados numéricamente mediante el método de los elementos finitos, de una fibra óptica Thorlabs 1550BHP perturbada mecánicamente, y se hace uso de la información global o de regiones del specklegrama mediante el procesamiento digital de imágenes a través de un análisis de correlación. Los resultados muestran como la correlación entre imágenes se puede usar como valor de cuantificación para la medición de fuerzas, y cómo la división del patrón por zonas de interés puede mejorar las características metrológicas del sensor.

Abstract Fiber Specklegram Sensors (FSSs) are sensors based on the analysis of specklegrams, i.e., the intensity distribution of the modal interference pattern at the output of an optical fiber. By using a finite element method, this work shows numerically simulated specklegrams of an optical fiber Thorlabs 1550BHP under a mechanical perturbation. We employ digital image correlation to analyze the behavior of these specklegrams with different applied forces. The image correlation analysis is applied over the whole specklegram or over selected regions. The results show that the correlation between images is a suitable quantifier of the applied force. We also show that the analysis of selected regions improves the metrological parameters of these sensors.

Features of the Lau effect by using a photorefractive volume phase grating

Resumen En este trabajo se estudia el efecto Lau empleando redes de fase de volumen generadas en un cristal fotorrefractivo tipo BSO. En nuestra propuesta la red de fase objeto se genera mediante la proyección de la imagen de una red iluminada incoherentemente en el volumen del cristal. Para esta red de fase fotorrefractiva se define un parámetro de modulación que depende del espesor del cristal. Se presentan resultados teóricos para diferentes distancias entre redes objeto-fuente que confirman nuestra propuesta.

Abstract This work analyzes the Lau effect produced by the volume phase grating generated in a photorefractive BSO crystal. In our proposal, the object phase grating is generated by projecting the image of an incoherently illuminated grating in the crystal volume. A modulation parameter that includes the effect of the crystal depth is introduced for this photorefractive phase grating. Theoretical results for different distances between object-source gratings that confirm our approach are presented.

Monitoring of a photocatalytic reaction pattern exposed to the propagation of the superposition of two optical vortices with defined and opposite orbital angular momentum, by UV-VIS spectroscopy

Resumen El presente artículo realiza un análisis espectral de un conjunto de ensayos efectuados sobre una reacción foto catalítica modelo basada en la actividad de fenol disuelto en agua con oxido de titanio dopado como catalizador e irradiada con un haz de luz coherente, cuyo frente de onda corresponde a la superposición de dos vórtices ópticos con momento angular orbital entero definido de sentido opuesto. Como primera instancia se describe la arquitectura opto electro-química empleada en el estudio, luego se selecciona por medio de un barrido discreto de haces propagados de 405 y 450 nm, la longitud de onda adecuada para proyectar los vórtices ópticos sobre la muestra. Por último se realiza el tratamiento y análisis de las señales adquiridas a través de espectrofotometría UV de las muestras irradiadas con las distribuciones espaciales de luz de interés controladas por un holograma generado por computador.

Abstract This paper presents a spectral analysis of tests performed on a photocatalytic model reaction based on phenol activity diluted in water with doped titanium oxide using as catalyst and irradiated with a coherent beam of light, whose wave front is the superposition of the optical vortices with integer orbital angular momentum opposite. Primarily, the architecture of the system optoelectronics and chemistry related is described, then is selected by discrete test of beams propagated the appropriate wavelength (405 and 450 nm) to project optical vortices over the sample. Finally, the processing and analysis of the signals acquired by a spectrophotometry UV, corresponding to the samples irradiated with the controlled spatial distributions of light by hologram generated computer.

Completing the puzzle: Another species of Rhaucus Simon, 1879 (Arachnida: Opiliones: Cosmetidae) from Colombia

Abstract Rhaucus papilionaceus (Simon, 1879) restored combination is revalidated, as previously stated by Henriksen (1932). A redescription of the species including Scanning Electron Microscopy (SEM) images and a distribution map is offered. This species represents the sixth valid species of the genus and extends its altitudinal range to lowest forests in the Colombian Andes (1500 m a.s.l.).

Resumen Se revalidó la combinación restaurada de Rhaucus papilionaceus (Simon, 1879) según lo indicado previamente por Henriksen (1932). Se ofrece una nueva descripción de la especie, incluidas imágenes tomadas con microscopio electrónico de barrido (Scanning Electron Microscopy, SEM) y un mapa de distribución. Esta especie representa la sexta especie válida del género y extiende su rango altitudinal a los bosques bajos en los Andes colombianos (1.500 m.s.n.m.).

Sexual propagation and desiccation tolerance of agraz ( Vaccinium meridionale Sw) of three seed sources located in Ráquira, San Miguel de Sema (Boyacá) and Gachetá (Cundinamarca)

Resumen Vaccinium meridionale es una especie con un alto potencial agroalimentario registrada en la región altoandina de Colombia. Actualmente no hay un proceso establecido para su producción y la cosecha de los frutos generalmente se hace en huertos silvestres mantenidos y propagados vegetativamente, lo que puede ocasionar pérdida de la diversidad genética. Por ello, se evalúo la propagación sexual en invernadero y la tolerancia a la desecación de V. meridionale. Se hicieron pruebas de viabilidad con tetrazolio y de tolerancia a la desecación, así como ensayos de propagación sexual en invernadero para evaluar la repuesta germinativa con dos beneficios (fermentado y sin fermentar) y cinco tratamientos pregerminativos (500 mgl-1 de ácido giberélico, GA3, 500 mgl-1 de nitrato de potasio, KNO3, agua de coco al 100 %, Aloe vera al 50 %, y control por “inmersión en agua”) de semillas recolectadas en tres fuentes semilleras localizadas en los municipios de Ráquira, San Miguel de Sema (Boyacá) y Gachetá (Cundinamarca). No se registraron diferencias en los porcentajes de germinación y el tiempo medio de germinación en cuanto a las fuentes semilleras, los beneficios y los tratamientos pregerminativos utilizados, por lo cual se recomienda evaluar otro tipo de sustratos y tratamientos de ruptura de latencia. Dado el carácter ortodoxo de las semillas de V. meridionale, la especie es apta para su conservación ex situ utiliando la estrategia de bancos de semillas.

Abstract Vaccinium meridionale is a species with high agri-food potential registered in the high-Andean region of Colombia. Currently there is no established process for its production and fruit harvesting is usually done from wild orchards that are maintained and propagated vegetatively, which can cause loss of genetic diversity. Therefore, we studied its sexual propagation in a greenhouse and its desiccation tolerance. We also evaluated the viability using the tetrazolium test, as well as desiccation tolerance and sexual propagation tests in a greenhouse. The germination response was evaluated with two benefits (fermented and unfermented) and five pre-germinative treatments (500 mgL-1 GA3, 500 mgL-1 KNO3, coconut water 100%, Aloe vera 50%, control by “immersion in water”) of seeds collected in three seed sources located in the municipalities of Ráquira, San Miguel de Sema (Boyacá) and Gachetá (Cundinamarca). There were no differences in the germination percentages and the mean germination time with respect to the seed sources, the benefits and the pregerminative treatments used, for which it is recommended to evaluate another type of substrata and treatments for dormancy rupture. Given the orthodox trait of the seeds of V. meridionale, this species is apt to be conserved ex situ by means of the seed bank strategy.

Effect of the riparian vegetation cover on fish communities in the humid premontane and very humid premontane forest in the Upper Magdalena, Colombia

Resumen El objetivo de este estudio fue determinar la influencia de la cobertura vegetal en la composición, la estructura y la diversidad de la ictiofauna en las quebradas de las zonas de vida de los bosques húmedo premontano (bh-PM) y muy húmedo premontano (bmh-PM) del Alto Magdalena, Colombia. Para esto, se muestrearon 23 estaciones distribuidas en las coberturas vegetales de pastos, mosaico de cultivos, arbustos y bosques en las diferentes zonas de vida. En cada estación se establecieron transectos longitudinales (100 m/ancho variable); los peces se capturaron con un equipo de pesca eléctrica y una red de arrastre (5 m x 1,5 m, ojo de malla de 0,05 m), y se evaluaron paralelamente algunas variables ambientales. La estructura y la diversidad de la ictiofauna se calcularon mediante el uso de modelos estándar. En cuanto a la diversidad, medida con números de Hill, no hubo diferencias significativas entre las coberturas vegetales en el bh-PM. Sin embargo, en el bmh-PM la cobertura de pastos fue la más diversa. En el análisis de escalamiento multidimensional no métrico, no se evidenciaron diferencias en la estructura del ensamblaje de peces en los tipos de cobertura vegetal, sin embargo, en el análisis canónico de correspondencias se evidenció que la cobertura de dosel, la calidad de la vegetación de ribera y la elevación influyeron de manera significativa en la composición y la distribución de la ictiofauna. Si bien la cobertura de pastos presentó la mayor diversidad íctica, es un hábitat con degradación del bosque de ribera y cambios en la temperatura, idóneo para el establecimiento de especies tolerantes e invasoras.

Abstract The aim of this study was to determine the influence of the vegetation cover on the composition, structure and diversity of the ichthyofauna in streams of the life zones of humid premontane (bh-PM) and very humid premontane (bmh-PM) forests in the Upper Magdalena, Colombia. To do this, 23 sampling sites were distributed in the vegetal covers of pastures, mosaic of crops, shrubs and forests in the different life zones. At each location, longitudinal transects were established (100 m/variable width), fish were captured with an electro-fishing equipment and a seine net (5 m long x 1.5 height m, mesh eye 0.05 m), and, simultaneously, some environmental variables were measured. The structure and diversity of fish were calculated by using standard models. As regards diversity measured with Hill numbers, there was no significant differences between vegetal covers in the bh-PM. However, in the bmh-PM, the grass cover was the most diverse. In the Non-Metric Multidimensional Scaling Analysis, no differences were found in the structure of the fish assemblage in the types of vegetal cover, however, the Canonical Correspondence Analysis showed that the canopy cover, the quality of the riparian vegetation and the altitude significantly influence the composition and distribution of the ichthyofauna. Although grass coverage presented the greatest fish diversity, this is an ideal habitat for the establishment of tolerant and invasive species due to the degradation of the riparian forest and changes in temperature suitable for the establishment of tolerant and invasive species.

Structure and composition of amphibian assemblages in three types of habitat in the National Natural Park Selva de Florencia, Colombian Central Cordillera

Resumen Los Andes colombianos, especialmente entre los 1000 y 3000 msnm, presentan la mayor diversidad de anfibios anuros para el país. Sin embargo, históricamente esta región ha tenido altos niveles de deforestación y cambios en el uso del suelo. Ante este escenario, el establecimiento de áreas protegidas es una importante estrategia de conservación de diversidad biológica en los Andes de Colombia. El Parque Nacional Natural (PNN) Selva de Florencia, está ubicado en la cordillera Central y es considerado el PNN con mayor diversidad de anfibios endémicos por área en el país; sin embargo, no se ha cuantificado la estructura y composición de los ensamblajes de anfibios ahí presentes de tal forma que, se establezca una línea base sólida para su monitoreo en espacio y tiempo. En este estudio cuantificamos la estructura y composición de los ensamblajes de anfibios en tres tipos de hábitat (bosque, pinera y pastizal), realizando muestreos diurnos y nocturnos entre junio y septiembre del 2017. Se registraron 338 individuos pertenecientes a 24 especies, 21 de ellas en bosque, 11 en pineras y 3 en pastizales. La diversidad de anfibios fue mayor en bosque que en pinera y potrero. La composición de especies en bosque tendió a ser diferente de aquella en pineras y potreros; sin embargo, en algunas pineras no sujetas a explotación comercial por más de 20 años, se observaron especies típicas de bosque. Nuestros resultados contribuyen con datos cuantitativos útiles para la monitorización de la diversidad de anfibios en los Andes centrales de Colombia, utilizando el PNN Selva de Florencia como modelo.

Abstract The Colombian Andes, especially between 1000 and 3000 masl, exhibit the greatest diversity of anuran amphibians for the whole country. However, historically this region has high levels of deforestation and changes in land use. Given this scenario, the establishment of protected areas is an important strategy for biological conservation in the Andes of Colombia. The National Natural Park (NNP) Selva de Florencia located in the Colombian Central Cordillera is considered the NNP with the greatest diversity of endemic amphibians per area in the country; however, the structure and composition of amphibian assemblages has not been quantified in such a way that a solid baseline data could be established for their monitoring both in space and time. In this study, the structure and composition of amphibian assemblages were quantified in three types of habitat (forest, pine crops and pasturelands), through diurnal and nocturnal samplings conducted between June and September 2017. A total of 338 individuals belonging to 24 species were registered, 21 of them in forest, 11 in pine crops, and 3 in pasturelands with the diversity of amphibians being greater in forest than in pine crops and pasturelands. The forest species composition differed from that in pine crops and pasturelands; nevertheless, in some pine crops with no commercial exploitation during the last 20 years, species common to the forest were recorded. Our results contribute with useful quantitative data for the monitoring of the amphibian diversity in the Colombian Central Cordillera using the NNP Selva de Florencia as a reference model.