Revista Ingeniería Biomédica

LA BIOINGENIERÍA EN COLOMBIA, POR EL CAMINO DE LAS ALIANZAS ESTRATÉGICAS

BIOINGENIERÍA E INGENIERÍA BIOMÉDICA EN COLOMBIA: TRASEGANDO EN SUS INICIOS Y EN LA CONSTRUCCIÓN DE SU FUTURO

LA BIOINGENIERÍA EN EL CARIBE COLOMBIANO: HISTORIA Y EVOLUCIÓN

La región Caribe colombiana y en especial Barranquilla, considerada su capital política, cultural y financiera, ha sido pionera en muchos aspectos de la vida nacional. Grandes desarrollos como el primer vuelo en avión (1912), la primera aerolínea del continente americano y segunda del mundo SCADTA (1919), el primer correo aéreo (1919), las primeras empresas públicas del país (1925) y la primera emisora comercial La voz de Barranquilla (1929), entre muchos otros, han tenido su asiento en esta ciudad [1]. Tal vez con relación a la Bioingeniería, la ciudad y la región ocupen también un lugar importante en el podio de los forjadores de esta disciplina en el país. El objetivo del presente artículo está enfocado a emprender un viaje por la historia de la bioingeniería en la región Caribe, abordando sus logros y alcances de cara al siglo XXI.

INGENIERÍA BIOMÉDICA: HISTORIA EN CONSTRUCCIÓN

LA BIOINGENIERÍA Y LA INGENIERÍA BIOMÉDICA EN COLOMBIA

OPTIMIZACIÓN DE LA CALIDAD DE LA IMAGEN PARA LA SEPARACIÓN DE TRES MATERIALES UTILIZANDO LA TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA DE DOS ENERGÍAS (TCDE)

Dual energy computed tomography, which consists of the acquisition of two images of a given region of interest using two different x-ray energies, has been used to decompose images. For example, it has been proposed to estimate the degree of stenosis of blood vessels with calcified plaques. Pragmatic realities, though, such as beam hardening, scattered radiation and mostly quantum noise, reduce the ideal of a perfect decomposition. In this study, a dual energy separation method for iodinated contrast media, cortical bone and soft tissue was implemented; afterwards, it was tested in simulated noiseless and noisy situations. The noise propagation was modeled mathematically, and an image-quality optimization technique regarding the right distribution of radiation dose between the high and low energy images was proposed. The results obtained suggest that in the absence of noise and using mono-energetic beams, an accurate separation is possible, but when noise is added and poly-chromatic spectra used this decomposition becomes more challenging.

La tomografía computarizada de dos energías, que consiste en la adquisición de dos imágenes de una región de interés dada usando rayos X de dos energías distintas, ha sido utilizada para descomponer imágenes. Por ejemplo, esta técnica ha sido propuesta para estimar el grado de estenosis de vasos sanguíneos obstruidos con placas de calcio. Sin embargo, fenómenos como el endurecimiento del rayo, la radiación dispersada y principalmente el ruido cuántico, impiden que esta separación sea perfecta. En este estudio, se implementó un método de separación de medio de contraste yodado, tejido blando y hueso cortical; este se evaluó en simulaciones, tanto en presencia como en ausencia de ruido. Posteriormente, se modeló matemáticamente la propagación del ruido y, con base en los resultados de estos modelos, se propuso una técnica de optimización de la imagen basada en la distribución adecuada de la dosis de radiación entre las imágenes de energías alta y baja. Los resultados evidencian que en ausencia de ruido y con rayos mono-energéticos, es posible obtener una separación precisa, pero cuando se adiciona ruido a las imágenes y se trabaja con espectros policromáticos, la descomposición resulta más complicada.

PROTOCOLO DE TELEMEDICINA PARA LA CONSULTA PSIQUIÁTRICA

En Colombia existen diversas poblaciones en zonas aisladas que no tienen acceso a servicios de salud especializados, entre ellos salud mental. La telemedicina es una herramienta que permite proporcionar estos servicios, llevando medicina especializada a un menor costo y similar calidad a través de tecnologías de la información y las comunicaciones. Como una solución a esta problemática se propuso la estructuración de un protocolo de teleconsulta psiquiátrica y la implementación de una aplicación web, con el fin de proveer servicios de diagnóstico y control a pacientes con incidencia de enfermedades mentales. Para la realización de este proyecto se analizaron lineamientos clínicos y operacionales en servicios de telepsiquiatría, se realizó un análisis de algunas patologías de interés, se hizo un desarrollo del proceso de ingeniería de software, y por último se diseñó una evaluación técnica y clínica de la aplicación para así obtener una retroalimentación del sistema.

Colombia had are several isolated populations in areas without access to specialized health services, much less on mental health. Telemedicine is a tool that allows to provide these services, bringing specialized medicine at lower costs and similar quality through information and communication technologies. As a solution to this problem, a psychiatric tele-consultation protocol and the implementation of a web application was proposed in order to provide diagnosis and follow up to patients with mental diseases. For the development of this project; clinical and operational guidelines in Telepsychiatry services were reviewed, diseases of interest were analyzed, a software engineering process was implemented, and finally a clinical and technical evaluation were designed in order to have a feedback for the system.

GADD45α MODULA LA METILACIÓN DEL ADN INDUCIDO POR EL DAÑO DEL ADN DURANTE LA RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA

Homologous recombination is one of the major pathways for repairing DNA double strand breaks, the most deleterious of DNA lesions. Recent studies suggest that DNA methylation events target homologous recombination segments; however, the underlying mechanism of DNA methylation during homologous recombination is not understood. In this work, we show that GADD45α, a protein involved in cell cycle control, growth arrest, and apoptosis, plays some role in the epigenetic of homologous recombination. Specifically, it is suggested that dimerization of GADD45α monomers is required. Several point mutants of GADD45α were constructed and analyzed to show defects in self-association. Among them, the GADD45α mutant, CE83AA, lacked the ability to dimerize or oligomerize, which suppressed DNA methylation at homologous recombination sites in vivo. Based on this, we propose a model in which the dimerization (or oligomerization) of GADD45α is involved in strand specific DNA methylation that attends homologous recombination.

La recombinación homóloga es una de las principales vías para la reparación de la ruptura de doble cadena del ADN, la más grave de las lesiones del ADN. Estudios recientes sugieren que la metilación del ADN apunta hacia segmentos de recombinación homóloga; sin embargo, el mecanismo de metilación del ADN durante la recombinación homóloga no es claro. En este estudio, mostramos que GADD45α, una proteína que se encuentra relacionada con el control del ciclo celular, el ceso del crecimiento y la apoptosis, juega un papel en la epigenética de la recombinación homóloga. Específicamente, se ha sugerido que es requerido un dímero de monómeros de GADD45α. Varios puntos mutantes de GADD45α fueron construidos y analizados para mostrar defectos en la libre asociación. Entre ellos, el mutante GADD45α, CE83AA, carecía de la habilidad de dimerización u oligomerización, lo cual suprimió in vivo la metilación del ADN en los sitios de recombinación homóloga. Con base en esto, proponemos un modelo en el cual la dimerización (u oligomerización) de GADD45α está involucrada en la cadena específica de metilación del ADN que lleva a la recombinación homóloga.

OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE DEL TEJIDO ADIPOSO Y SU POTENCIAL DE DIFERENCIACIÓN OSTEOGÉNICO

El tejido adiposo es una de las principales fuentes de células madre de fácil obtención y con alto potencial de diferenciación hacia linajes celulares especializados. Con el objetivo de estandarizar la obtención de estas células y dirigir su diferenciación hacia el linaje osteogénico, se utilizó tejido adiposo procedente de liposucción y de abdominoplastia. Se aplicaron métodos de disgregación mecánica y enzimática del tejido para obtener las células. La morfología celular obtenida fue similar a fibroblastos y a células madre reportadas por otros autores. Se encontró una mayor eficiencia en el procesamiento del lipoaspirado en comparación con el tejido resultante de abdominoplastia, y la disgregación enzimática del tejido permitió una mayor liberación de células y una temprana adhesión al plato de cultivo. La inducción de las células madre derivadas de lipoaspirado hacia el linaje osteogénico permitió la observación, mediante tinción con alizarina roja S, de depósitos de calcio en la matriz extracelular en las células bajo condiciones de diferenciación, pero no en aquellas sin suplementos osteogénicos. Se obtuvieron cultivos de células madre derivadas de lipoaspirado con capacidad de diferenciación hacia el linaje osteogénico, a través de inducción controlada, que podrían ser utilizadas en la ingeniería de tejido óseo.

Adipose tissue is one of the main sources of stem cells readily available and with a high potential to differentiate into specific mesenchymal and non-mesenchymal lineages. Therefore, to standardize the collection of these cells, adipose tissue from surgical liposuctions and abdominoplasty was used. Methods of enzymatic and mechanical digestion were used to release the cells. With regard to cell morphology, the cells displayed a fibroblast-like spindleshaped morphology as cited by other authors. There was a higher efficiency in processing tissue from liposuctions compared with tissue from abdominoplasty. Likewise, the enzymatic digestion allowed faster initial cell adhesion than the mechanical digestion. Finally, calcium deposits were observed by alizarin red staining in cultures under osteogenic conditions, but were absent in cultures lacking osteogenic supplements. In conclusion, isolated adiposedderived stem cells were capable of osteogenic differentiation and therefore with potential applications in bone tissue engineering.

EL PARTICIPAR COMO PAR EVALUADOR DE CALIDAD ES UNA RESPONSABILIDAD PROFESIONAL INTERNACIONAL: AQUELLOS QUE PUBLICAN CON CONFIANZA DEBEN TAMBIÉN EVALUAR CON COMPETENCIA

La calidad del proceso de evaluación por pares académicos es fundamental en los métodos actuales de publicación científica y técnica, así como en la evaluación de propuestas de investigación. La incompetencia y falta de imparcialidad en la evaluación continúan siendo los problemas más citados sobre el proceso de evaluación por pares académicos. Debido a esto, crear y mantener un grupo de evaluadores comprometidos, responsables y calificados es fundamental para la publicación y diseminación científica. Un principio importante en la mecánica del sistema de evaluación por pares consiste en que aquellos que utilizan el sistema de publicación deberían luego revisar una carga equivalente a su rol como integrantes del mismo. Esto también implicaría que quienes escriben y envían artículos técnicos sean competentes para evaluar y criticar con justicia el trabajo de otros en sus áreas de estudio. Debido al rápido incremento en el número de artículos sometidos por parte de fuentes no tradicionales, incluyendo muchos países en vía de desarrollo, es necesario expandir el grupo de pares académicos al incluir miembros de estas comunidades de modo que sea posible dar respuesta a esta carga adicional impuesta a un sistema ya saturado; asimismo, comprometer a estas nuevas comunidades en el tradicional proceso de evaluación y validación de los trabajos científicos y técnicos. Una evaluación efectiva por pares debe velar por varios elementos que incluyen la habilidad técnica del revisor, la conducta profesional, la imparcialidad, la ética y la responsabilidad tanto por el proceso como por el sistema competitivo en el que éste se desarrolla a nivel internacional. Los pares evaluadores necesitan entrenamiento, supervisión, control, expectativas y orientación continua. La validación de la eficiencia general del proceso de revisión por pares requiere controles de seguimiento de la literatura publicada para confirmar su precisión y contenido a través de consenso y reproducción. Como, en la actualidad, gran parte de los países en vías de desarrollo contribuyen al sistema de evaluación con un número significativo de artículos, estos países deben buscar activamente entrenar a sus contribuyentes, para que sean pares evaluadores efectivos y reconocidos por revistas internacionales, editores e instituciones financiadoras. Ésta no es una tarea pasiva, ya que requiere definir expectativas, políticas de reclutamiento, entrenamiento y demás elementos asociados, con miras a realizar los ajustes respectivos tan pronto como sus contribuciones sobrecarguen los sistemas de publicación actuales. La responsabilidad colectiva como investigadores, contribuyentes, evaluadores, lectores, y aseguradores de la integridad y protección de este esencial proceso de control de calidad tradicionalmente ha dependido de la integridad y consciencia profesional. La extensión de este esfuerzo por reclutar nuevos grupos de evaluadores competentes, entrenados y calificados, es esencial en la era actual de publicación científica.

Quality peer-review remains central to current international scientific and technical publishing and proposal assessment methods. As incompetent review and perceived bias remain the most cited problems with peer review processes commonly employed in scientific review of manuscript and proposals, creating and maintaining a quality pool of engaged, responsive and qualified peer reviewers is essential to scientific publishing and dissemination. An important operational principle for the peer reviewing system is that all who utilize this publishing system should then also review a commensurate load on behalf of the system. This would also imply that those who compose and submit technical manuscripts are competent to assess and levy fair criticism of other's work in their field. Given the large and rapid expansion in numbers of submitted manuscripts from nontraditional sources, including many developing countries, expansion of the peer-reviewing pool to these sources is necessary both to accommodate their respective, newly imposed reviewing burdens on the already over-burdened system, and to engage new communities in the traditional process of vetting and validating scientific and technical works. Effective peer review must enforce the many elements of reviewer technical proficiency, professional conduct, bias, ethics and responsibility in this process and the competitive system in which it sits internationally. Reviewers require training, oversight, control, expectations, and continual guidance. Validation of peer-review's overall efficacy requires follow-on policing of published literature to assert its accuracy and content through consensus and reproduction. As former developing countries now contribute an increasing number of new manuscripts to the technical peer-review system, they should also actively seek to officially train such contributors to also be visible, effective peer-reviewers for international journals, editors and funding agencies. This is not a passive endeavor, requiring expectations, recruitment and training, and the associated resources to make accommodations as rapidly as their contributions are encumbered within the current publishing systems. Collective responsibilities as researchers, contributors, reviewers, readers and enforcers of the integrity and safekeeping of this essential quality control process traditionally rely on individual professional integrity and conscience effort. Extension of this effort to recruit new pools of competent, trained and qualified reviewers in the current publishing era is essential.

DESARROLLO DE UN GUANTE ORTÓTICO PARA PROVEER ASISTENCIA EN LA EXTENSIÓN DE LOS DEDOS A PACIENTES QUE HAN SUFRIDO DERRAME CEREBRAL

An externally actuated glove, controlled by a microprocessor, is being developed to assist finger extension in stroke survivors. The goal of this device is to allow repeated practice of specific tasks for hand therapy in the home environment. The device allows the user three control modes: voice recognition, electromyography or manual. These modes can be used either independently or combined according to the needs of the user. Both position and force feedback are available for control and safety. Initial testing of the prototype has shown promising performance.

Se presenta el desarrollo de un guante activado externamente y controlado por un microprocesador para asistir la extensión de los dedos en pacientes con derrame cerebral. La meta del dispositivo es permitir la repetición de tareas específicas para realizar terapia de la mano en un ambiente casero. El usuario puede controlar el dispositivo por tres medios diferentes: reconocimiento de voz, electromiografía o manualmente. Estos medios pueden ser usados tanto independientemente como en combinación según las necesidades del paciente. Para el control y la seguridad, se tiene retroalimentación de posición y de fuerza. Las pruebas iniciales del prototipo han demostrado un desempeño prometedor.

HIDROGELES: POTENCIALES BIOMATERIALES PARA LA LIBERACIÓN CONTROLADA DE MEDICAMENTOS

Con los métodos tradicionales de liberación de medicamentos se obtienen controles muy pobres sobre los niveles de fármaco óptimos terapéuticos que demandan los tratamientos. Estas imprecisiones provocan que el medicamento, que en principio puede ser efectivo para tratar la enfermedad, no se administre ni en la cantidad ni el tiempo ni el lugar esperado para que el tratamiento sea eficaz. De otro lado, el avance creciente en los últimos años sobre hidrogeles con facultades de liberadores trae nuevas alternativas para que un control preciso pueda ser aplicado en la administración de medicamentos. En la presente revisión se indican las propiedades que despiertan el interés sobre estos biomateriales, además de las condiciones de los fármacos que deben ser tenidos en cuenta, para luego ilustrar las bases que involucran el diseño y la construcción de dispositivos liberadores ideales a partir de hidrogeles.

With traditional methods in drug release, poor controls are obtained about the ideals therapeutic levels that are required by the treatments. Due to these anomalies, the drug that initially was effective for the treatment of aforementioned disease, may not be administered in the required amount, at the right time and the expected location for effective treatment. On the other hand the rise, in recent years, about hydrogels as delivery systems, shows new alternatives to do an exact control in the field of drug delivery. In the present review, are shown the main properties about these interesting biomaterials, in addition to the drugs conditions to be take into account and then the basis that involve design and production of drug delivery systems based on hydrogels.

MICRO Y NANOCANALES INTEGRADOS: NUEVAS HERRAMIENTAS PARA CONTROL DE MOVIMIENTO MOLECULAR

This paper presents a review of work on the fabrication and use of nanochannels in silicon and polymers for the control of molecular transport. The method of Sacrificial Layer Lithography is reviewed and demonstrated for silicon and polymers. A novel technique for the productions of conical nanopores through a polymer membrane is also reviewed. Nanochannels and nanopores have many potential applications for drug delivery, immunoprotection of cell implants, blocking of globular proteins from biosensor surfaces, and diagnostic devices. All of these applications benefit from the more direct interactions of devices with biomolecules.

El presente trabajo presenta una revisión literaria sobre los métodos de fabricación de nanocanales en silicio y diferentes materiales poliméricos; y su uso en control de transporte molecular. Se describe el método "Sacrificial Layer Lithography" para silicio y polímeros. Adicionalmente, una novedosa técnica para la producción de nanoporos cónicos a través de una membrana polimérica es descrita. Los nanocanales y los nanoporos poseen diversas aplicaciones potenciales en la liberación de drogas, en la inmunoprotección de implantes celulares, el bloqueo de proteínas globulares en la superficie de biosensores, y en dispositivos para diagnóstico. Todas estas aplicaciones se benefician de la interacción directa entre los dispositivos y las biomoléculas.

MODELO DE UN SIMULADOR DE LA MANIOBRA DE LA ENDOSCOPIA GÁSTRICA BASADO EN VIDEO

En el siguiente artículo se expone un modelo simple del procedimiento de endoscopia gástrica y un modelo plástico del estómago y de la distensión estomacal. El uso correcto de imágenes ayuda al desarrollo de sistemas de realidad virtual, y presenta más realismo a la simulación. El objetivo del trabajo consiste en experimentar la posibilidad de construir sistemas simuladores de pacientes en Colombia, utilizando la tecnología localmente disponible, a bajo costo y destinados para la formación de estudiantes de medicina.

The following paper deals with a simple model of a gastric endoscopy procedure and a plastic model of the stomach and its distension. The correct use of imaging helps in the development of virtual reality systems, and provides a greater realism to the simulation itself. The goal is to experience the possibility of building patient simulator systems in Colombia, using locally available technology, at low costs and intended for the training of medical students.