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Material de Ciencia Contemporanéa
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UNIDAD II
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
COMPETENCIA: Fundamenta opiniones
sobre los impactos de la ciencia y la
tecnología en su vida cotidiana, asumiendo
consideraciones éticas.
* Obtiene , registra y sistematiza la
información para responder a preguntas de
carácter científico, consultando fuentes
relevantes y realizando experimentos
pertinentes.
La ciencia y la tecnología han
servido para configurar la
sociedades modernas y
transformar las tradicionales, ya
que los procesos científicos y los
adelantos tecnológicos han
modificado la relación del hombre
con la naturaleza y la interacción
con los seres vivos.
LOS BIOMATERIALES se pueden definir como materiales
biológicos comunes tales como piel, madera, o cualquier
elemento que remplace la función de los tejidos o de los
órganos vivos. En otros términos, un biomaterial es una
sustancia farmacológicamente inerte diseñada para ser
implantada o incorporada dentro del sistema vivo.
Los biomateriales se implantan con el objeto de remplazar y/o
restaurar tejidos vivientes y sus funciones, lo que implica que
están expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del
cuerpo, aunque en realidad pueden estar localizados fuera del
propio cuerpo, incluyéndose en esta categoría a la mayor
parte de los materiales dentales que tradicionalmente han sido
tratados por separado.
BIOMATERIALES
Los requisitos que debe cumplir un biomaterial son:
1. Ser biocompatible, es decir, debe ser aceptado por el
organismo, no provocar que éste desarrolle sistemasde
rechazo ante la presencia del biomaterial
2. No ser tóxico, ni carcinógeno.
3. Ser químicamente estable (no presentar degradación en el
tiempo) e inerte.
4. Tener una resistencia mecánica adecuada.
5. Tener un tiempo de fatiga adecuado.
6. Tener densidad y peso adecuados.
7. Tener un diseño de ingeniería perfecto; esto es, el tamaño
y la forma del implante deben ser los adecuados.
8. Ser relativamente barato, reproducible y fácil de fabricar y
procesar para su producción en gran escala.
Hay, de hecho, cuatro grupos de materiales
sintéticos usados para implantación:
metálicos, cerámicos, poliméricos y
compuestos de ellos; el cuadro IV enumera
algunas de las ventajas, desventajas y
aplicaciones para los cuatro grupos de
materiales sintéticos.
Los usos quirúrgicos de los biomateriales son múltiples, por
ejemplo, para implantes permanentes:
a) En el sistema esquelético muscular, para uniones en las
extremidades superiores e inferiores
(hombros, dedos, rodillas, caderas, etc.) o como miembros
artificiales permanentes; b) en el sistema
cardiovascular, corazón (válvula, pared, marcapasos, corazón
entero), arterias y venas; c) en el sistema respiratorio, en
laringe, tráquea y bronquios, diafragma, pulmones y caja
torácica; d) en sistema digestivo: esófago, conductos biliares e
hígado; e) en sistema genitourinario, en
riñones, uréter, uretra, vejiga; f) en sistema nervioso, en
marcapasos; g) en los sentidos: lentes y prótesis de
córneas, oídos y marcapasos caróticos; h) otras aplicaciones se
encuentran por ejemplo en hernias, tendones y adhesión
visceral; i) implantes cosméticos maxilofaciales
(nariz, oreja, maxilar, mandíbula, dientes), pechos, testículos, pe
nes, etcétera.
La mejor definición de Nanotecnología que
hemos encontrado es esta: La nanotecnologia es el
estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y
aplicación de materiales, aparatos y sistemas
funcionales a través del control de la materia a
nano escala, y la explotación de fenómenos y
propiedades de la materia a nano escala.
Cuando se manipula la materia a la escala tan
minúscula de átomos y moléculas, demuestra
fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo
tanto, científicos utilizan la nanotecnología para
crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y
poco costosos con propiedades únicas
La Universidad de Toronto-Canadá, saco un informe de las
10 aplicaciones mas prometedoras de la nanotecnologia.
A continuación se las notificaremos:
Almacenamiento, producción y conversión de energía
Producción agrícola
Tratamiento y remediación de aguas
Diagnóstico y cribaje de enfermedades
Sistemas de administración de fármacos
Procesamiento de alimentos
Remediación de la contaminación atmosférica
Construcción
Monitorización de la salud
Detección y control de plagas
Informática
Esta es una ciencia que nació hace aproximadamente una
década, y de la cual ya se están viendo grandes avances
gracias a la manipulación de átomos y moléculas. Se espera
con ansias y expectativas mucho mas de ella.
La nanotecnologia al aplicarse a la medicina se
le conoce como nanomedicina. Con la
descripción de los nanorobots, se puede intuir
que la utilidad de éstos en las ramas medicas
será muy importante. Para empezar los
nanorobot medirán de alrededor de 0.5-3
micras, por lo cual podrán flotar libremente por
los vasos sanguíneos. Las principales
aplicaciones de estos será la interacción de los
nanorobots con las células sanguíneas
(eritrocitos y leucocitos) en la reparación de los
tejidos, la cura del cáncer o SIDA y la posible
terapia de enfermedades genéticas.
Sin lugar a dudas la nanotecnologia cambiara en
gran medida a la medicina, ya que aunque la
medicina de hoy comprende que la mayoría de las
enfermedades se deben a cambios estructurares en
las moléculas de las células, dista mucho ahora de
corregirlas. Esto es el caso con el cáncer ya que se
sabe que se debe a una reproducción anormal de
un tejido, pero la solución sigue siendo extirpar el
tejido afectado, seguimos dando soluciones
macroscópicas, sin resolver las microscópicas y
este tipo de problemas es de lo que sé encargar de
resolver la nanomedicina.
Por lo tanto, la nanotecnología puede significar el
final de las enfermedades como la conocemos ahora.
Si pesca un resfrío o se contagia de SIDA, sólo
tendrá que tomar una cucharada de un líquido que
contenga un ejercito de nanobots de tamaño
molecular programados para entrar a las células de
su cuerpo o combatir los virus. Si sufre una
enfermedad genética que azota a su famila, al ingerir
algunos nanobots que se introducirán en su ADN,
repararán el gen defectuoso. Inclusive la cirugía
plástica tradicional será eliminada, ya que nanobots
médicos podrán cambiar el color de sus ojos, alterar
la forma de su nariz, y más aún, podrán hacerle un
cambio total de sexo sin el uso de cirugía.
Nanopartículas para suministro de fármacos.
Los mecanismos de acción de los medicamentos
convencionalmente utilizados, muestran entre
algunas de sus dificultades generales, la
imposibilidad para trasladar de forma directa a
regiones especificas del organismo los principios
activos de los medicamentos que se utilizan en las
personas. Esta situación propicio la aparición de la
propuesta por parte de la nanotecnología hacia la
producción de los denominados sistemas de
liberación de fármacos.
Los sistemas de liberación de fármacos
están constituidos por un principio activo y
un sistema transportador, los cual garantiza
que puede se pueda dirigir la liberación del
fármaco al lugar que lo necesite y en la
cantidad adecuada. Según esto, los
transportadores de fármacos son sistemas
cuya función es transportar el fármaco hasta
el lugar donde debe ser liberado de manera
específica.
Además, estos deben cumplir con ciertas
características, como lo son la baja
toxicidad, propiedades óptimas para el
transporte y liberación del fármaco y un
alarga vida media en el organismo. Todas
estas características son favorecidas por la
aplicación de la nanotecnología en este
campo, la cual permite que por medio de la
fabricación de dispositivos a escala
nanométrica, se libere el fármaco de la
forma menos invasiva y toxica para tejidos
y células que no necesiten del tratamiento
farmacológico.
Para la utilización de los sistemas de
administración de fármacos se pueden
emplear diversos tipos de
nanoestructuras que sirven como
vehículos para la administración que
pueden ingresar al organismo tanto por
vía oral como por vía intravenosa. Entre
algunos de estos cabe destacar la
utilización de nanopartículas de material
cerámico, nanocapsulas, dendrímeros, lip
osomas, micelas, etc.
MECANISMOS APLICADOS EN TERAPIAS
La biorremediación surge como una
rama de la biotecnología que busca
resolver los problemas de
contaminación mediante el diseño de
microorganismos capaces de degradar
compuestos que provocan
desequilibrios en el medio ambiente.
Tipo Proceso Involucrado Contaminación Tratada
Fitoextracción
Las plantas se usan para concentrar
metales en las partes cosechables
(principalmente, la parte aérea)
Cadmio, cobalto, cromo, niquel,
mercurio, plomo, plomo selenio, zinc
Rizofiltración
Las raíces de las plantas se usan para
absorber, precipitar y concentrar metales
pesados a partir de efluentes líquidos
contaminados y degradar compuestos
orgánicos
Cadmio, cobalto, cromo, niquel,
mercurio, plomo, plomo selenio, zinc
isótopos radioactivos, compuestos
fenólicos
Fitoestabilización
Las plantas tolerantes a metales se usan
para reducir la movilidad de los mismos y
evitar el pasaje a napas subterráneas o al
aire.
Lagunas de deshecho de yacimientos
mineros. Propuesto para fenólicos y
compuestos clorados.
Fitoestimulación
Se usan los exudados radiculares para
promover el desarrollo de
microorganismos degradativos (bacterias y
hongos)
Hidrocarburos derivados del petróleo y
poliaromáticos, benceno, tolueno,
atrazina, etc
Fitovolatilización
Las plantas captan y modifican metales
pesados o compuestos orgánicos y los
liberan a la atmósfera con la transpiración.
Mercurio, selenio y solventes clorados
(tetraclorometano y triclorometano)
Fitodegradación
Las plantas acuáticas y terrestres captan,
almacenan y degradan compuestos
orgánicos para dar subproductos menos
tóxicos o no tóxicos.
Municiones (TNT, DNT, RDX,
nitrobenceno, nitrotolueno), atrazina,
solventes clorados, DDT, pesticidas
fosfatados, fenoles y nitri
FITORREMEDIACION
Se refiere al uso de microorganismos
directamente en el foco de la
contaminación.
REMEDIACION MICROBIANA
Hay bacterias y hongos que pueden
degradar con relativa facilidad petróleo y
sus
derivados, benceno, tolueno, acetona, pesti
cidas, herbicidas, éteres, alcoholes
simples, entre otros.
GENOMA
HUMANO
En 1988 inició en diversos laboratorios de
investigación científica ubicados en diferentes
países del mundo, la aventura biológica más
grande: el Proyecto del Genoma Humano.
Este proyecto representa un esfuerzo de
colaboración a nivel internacional y tiene como
objetivo la secuenciación completa de la
información genética humana y la de organismos
de relevancia en los campos de la salud y la
alimentación. Los investigadores participantes en el
Proyecto del Genoma Humano aceptan el
compromiso de examinar las implicaciones
éticas, legales y sociales que conlleva la
investigación genética.
A siete años del inicio del proyecto, se
han localizado cerca de 11,000 genes y
aproximadamente 500,000,000 pares
de bases. Con estos resultados se han
elaborado más de 30,000 marcadores
genéticos, se ha obtenido el 15% del
total del genoma y se tiene información
acerca de más de 60 enfermedades de
origen genético.
El objetivo inicial del PGH fue no sólo
determinar los 3 mil millones de pares de
bases en el genoma humano, sino también
identificar todos lo genes en esta gran
cantidad de datos.
También tuvo como objetivo el desarrollo
rápido de métodos eficientes para
secuenciar los aproximadamente cien mil
genes del ADN y la tecnología de
secuenciación, transfiriendo esta
tecnología a la industria.
Otros objetivos fueron:•Guardar toda esta informaciónen bases de datos de libreacceso.•Desarrollar herramientas parafacilitar el análisis de estainformación, y trabajar losaspectos éticos, legales ysociales
LAS POSIBLES APLICACIONES SE PUEDEN
AGRUPAR EN LOS SIGUIENTES CUATRO
APARTADOS:
a) Científicos. La preparación de una base de
datos sobre la secuencia del DNA humano podrá
ayudar a resolver Bioética en la Red algunas de
las cuestiones básicas de la estructura y fisiología
celular: control de la expresión
génica, mecanismos de diferenciación y
especialización, procesos inmunitarios, etc.
http://www.bioeticaweb.com ¡Producido por
Bioética en la Red! Generado: 18
September, 2012, 00:02
b) Informativas: elaboración de un
carnet de identidad genético. El estudio
de los genes de un individuo puede
mostrar la predisposición a adquirir
ciertas enfermedades , o las aptitudes
para desarrollar determinado trabajo ,
por ejemplo. También permite la
identificación inequívoca con fines
policiales , legales, etc.
c) Terapéuticas: curar enfermedades
genéticas insertando el gen sano o
modificando la expresión de los genes
nocivos. Cuanto más genes se conozcan
más posibilidades hay para actuar en este
sentido. En este apartado se
suele incluir también la prevención y el
diagnóstico de enfermedades
genéticas, con toda la ambivalencia que
generalmente se suele dar al significado
de esa expresión.
d) Eugenésicas: seleccionar
positiva o negativamente los
individuos en función de su
información genética e intentar
modificar el patrimonio genético de
los gametos para obtener
individuos con características
predeterminadas
GENOMA HUMANO
1. Las cuatro letras
Todo el código genético se transcribe
con tan sólo cuatro letras químicas o
bases: la adenina (A) que hace par
con la timina (T) y la citosina (C) que
hace par con la guanina (G). El
genoma humano está compuesto por
entre 2,8 y 3,5 millones de pares de
bases.
2. La doble hélice de ADN
Los pares de bases A-T y C-G
constituyen los escalones de la espiral
de ADN o ácido desoxirribonucleico,
elemento básico de todo ser vivo
conocido. Al recorrer "de arriba abajo"
la doble hélice, se puede "leer" el
código de la vida. De ser posible
"estirar" el ADN de una célula
humana, mediría dos metros.
3. Genes
Sólo el 3% del total del genoma humano está
compuesto por genes - el resto son
"deshechos". Los genes son secuencias
especiales de cientos o miles de pares de
bases que constituyen la matriz para la
fabricación de todas las proteínas que el
cuerpo necesita producir y determinan las
características hereditarias de la célula u
organismo.
4. Cromosomas
El número total de genes que existe en cada
célula humana no se conoce con precisión,
aunque se estima que oscile entre 30.000 y
120.000. Todos ellos, conjuntamente con el
restante material genético de deshecho, se
distribuyen en "cápsulas" llamadas
cromosomas. Cada ser humano cuenta con
23 pares de cromosomas, proviniendo un
juego del padre y otro de la madre.
5. Núcleo y célula
El total de 46 cromosomas humanos
se encuentran en el núcleo de cada
célula del cuerpo humano (excepto
las células reproductoras, que sólo
tienen la mitad). De esta forma, la
mayoría de las células contienen
toda la "fórmula" para crear un ser
humano.
6. Cuerpo
Cada una de las células de nuestro
cuerpo se "especializa" en realizar
determinada tarea de acuerdo con las
instrucciones genéticas incluidas en el
genoma. El resultado: la formación de
sangre, músculos, huesos, órganos. El
cuerpo humano está integrado por un
total de 100 billones (millones de
millones) de células.
VENTAJAS
• Como conocimiento
científico es innegable su
significación para la
humanidad.
• Garantizará una medicina
predictiva – preventiva.
• Permitirá y potenciará el
desarrollo de la
genoterapia.
• Permitirá el diagnóstico
prenatal y la localización de
portadores de genes
alterados.
DESVENTAJA
• Imposibilidad de que todos los
países puedan hacer uso del
conocimiento científico.
• Serios conflictos éticos:
• Problemas en mercado de
trabajo.
• Discriminación por código
genético.
• Mercantilización de los
resultados
• Comparaciones entre códigos
genéticos y comportamiento
social.
• Diagnóstico presintomático de
enfermedades antes de contar
con la posibilidad de tratamiento.
ALIMENTOS TRANSGÉNICOS
Son aquellos alimentos a los que se les han
insertado genes exógenos (de otras plantas
o animales) en sus códigos genéticos.
La ingeniería genética le permite a los
científicos acelerar este proceso
pasando los genes deseados de una
planta a otra o incluso de un animal a
una planta y viceversa.
VENTAJAS
•Alimentos más nutritivos
•Alimentos más apetitosos
•Plantas resistentes a la sequía y a las enfermedades, que
requieren menos recursos ambientales
(agua, fertilizante, etc.)
•Disminución en el uso de pesticidas
•Aumento en el suministro de alimentos a un costo reducido
y con una mayor durabilidad antes de la venta
•Crecimiento más rápido en plantas y animales
•Alimentos con características más apetecibles, como las
papas (patatas) que absorben menos grasa al freírlas
•Alimentos medicinales que se podrían utilizar como
vacunas u otros medicamentos
POSIBLES RIESGOS
•Plantas y animales modificados que pueden
tener cambios genéticos inesperados y
dañinos
•Organismos modificados que se pueden
cruzar con organismos naturales y los pueden
superar, llevando a la extinción del organismo
original u otros efectos ambientales
impredecibles
•Plantas que pueden ser menos resistentes a
algunas plagas y más susceptibles a otras
ALIMENTOS TRANSGÉNIDOS
Entre los cultivos transgénicos
más producidos en el mundo son
• la soya,
•el maíz,
•la canola,
•la papa,
•el tomate
•el algodón.
EMPRESAS MEXICANAS QUE USAN
TRANSGENICOS
1) MASECA: Maseca con Vitaminas (Gruma, S.A.
de C.V.).
2) MINSA: Masa de Nixtamal Instantánea (Grupo
Minsa, S.A. de C.V.).
3) LA UNICA: Tortilla, Tortillas de masa fresca y
Tostada Plana (Grupo Minsa).
4) MISION: Tortillas 100% de maíz (Gruma).
5) MILPA REAL: Tostadas de maíz (Bimbo).
6) KELLOGG´S: Korn Flakes, Corn Pops, Corn
Flakes granulados y Froot Lopps (Kellogg´s de
México, S.A. de C.V.).
BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología es un área
multidisciplinaria, que emplea la biología,
química y procesos, con gran uso en
agricultura, farmacia, ciencia de los
alimentos, ciencias forestales y medicina.
Probablemente el primero que usó este
término fue el ingeniero húngaro Karl
Ereky, en 1919.
Una definición de biotecnología aceptada
internacionalmente es la siguiente:
La biotecnología se refiere a toda aplicación
tecnológica que utilice sistemas biológicos y
organismos vivos o sus derivados para la creación
o modificación de productos o procesos para usos
específicos (Convention on Biological Diversity,
Article 2. Use of Terms, United Nations. 1992).
APLICACIONES
Biotecnología roja: se aplica a la utilización
de biotecnología en procesos médicos.
Algunos ejemplos son el diseño de
organismos para producir antibióticos, el
desarrollo de vacunas y nuevos fármacos,
los diagnósticos moleculares, las terapias
regenerativas y el desarrollo de la ingeniería
genética para curar enfermedades a través
de la terapia génica.
* Biotecnología blanca: conocida como biotecnología
industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un
ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para
producir un producto químico o el uso de enzimas como
catalizadores industriales, ya sea para producir productos
químicos valiosos o destruir contaminantes químicos
peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas).
También se aplica a los usos de la biotecnología en la
industria textil, en la creación de nuevos materiales, como
plásticos biodegradables y en la producción de
biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de
productos fácilmente degradables, que consuman menos
energía y generen menos deshechos durante su
producción. La biotecnología blanca tiende a consumir
menos recursos que los procesos tradicionales utilizados
para producir bienes industriales.
Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a
procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de
plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones
ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y
enfermedades. Se espera que la biotecnología verde
produzca soluciones más amigables con el medio ambiente
que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un
ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para
expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de
la aplicación externa de los mismos, como es el caso del
maíz Bt. Si los productos de la biotecnología verde como
éste son más respetuosos con el medio ambiente o no, es
un tema de debate.
Biotecnología azul: también
llamada biotecnología marina, es un
término utilizado para describir las
aplicaciones de la biotecnología en
ambientes marinos y acuáticos. Aún
en una fase temprana de desarrollo
sus aplicaciones son prometedoras
para la acuicultura, cuidados
sanitarios, cosmética y productos
alimentarios.
