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Boletín científico Enero 2024
Una selección de los artículos más relevantes publicados en el cuarto trimestre de 2023 en Ciencias de la Vida y la Materia.
Enero 2024
No al tratamiento adyuvante con corticoides en la meningitis tuberculosa
Los glucocorticoides se utilizan ampliamente como tratamiento adyuvante para tratar la meningitis tuberculosa (MT) asociada al virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) a pesar de la escasez de datos que respalden su seguridad y eficacia.
Los autores de este estudio publican los resultados de un ensayo doble ciego, aleatorizado y controlado con placebo en el que participaron adultos VIH positivos (≥18 años) con meningitis tuberculosa en Vietnam e Indonesia. Los participantes fueron asignados aleatoriamente a recibir un ciclo de 6 a 8 semanas de dexametasona o placebo, además de 12 meses de quimioterapia antituberculosa. Con el objetivo de evaluar el riesgo de muerte (por cualquier causa) durante 1 año.
Un total de 520 adultos fueron asignados aleatoriamente a recibir dexametasona (263 participantes) o placebo (257 participantes). La mediana de edad era de 36 años; 255 de 520 participantes (49,0%) nunca habían recibido terapia antirretroviral, y 251 de 484 participantes (51,9%) con datos disponibles tenían un recuento inicial de CD4 de 50 células por milímetro cúbico o menor.
Durante los 12 meses de seguimiento, se produjo la muerte en 116 de 263 participantes (44,1%) del grupo de dexametasona y en 126 de 257 participantes (49,0%) del grupo placebo. Los análisis preespecificados no revelaron un subgrupo que se beneficiara claramente de la dexametasona. La incidencia de acontecimientos secundarios, incluidos los casos de síndrome inflamatorio de reconstitución inmune durante los primeros 6 meses, fue similar en los dos grupos del ensayo. El número de participantes con al menos un acontecimiento adverso grave fue similar en el grupo de dexametasona y en el grupo placebo.
Donovan J, Bang ND, Imran D, Nghia HDT, Burhan E, Huong DTT, et al. Adjunctive Dexamethasone for Tuberculous Meningitis in HIV-Positive Adults. N Engl J Med. 2023;389(15):1357-67.
Entre los adultos VIH-positivos con meningitis tuberculosa, la dexametasona adyuvante, en comparación con el placebo, no confirió un beneficio con respecto a la supervivencia o cualquier punto final secundario del estudio. La dimensión de casos incluidos es enorme y difícilmente reproducible en el futuro. Por otra parte, los pacientes de este estudio tampoco representan a los que hoy en día se ven en nuestro medio.
Baños con clorhexidina y descolonización nasal disminuyen el riesgo de hospitalización en residencias de mayores
Las personas que viven en residencias de mayores corren un alto riesgo de colonización, infección y hospitalización por organismos multirresistentes.
Los autores de este estudio realizaron un ensayo aleatorizado por grupos de descolonización universal en comparación con el baño de rutina en residencias de mayores (RM). El ensayo incluyó un período de referencia de 18 meses y un período de intervención de otros 18 meses. La descolonización supuso el uso de clorhexidina para todos los baños y duchas rutinarios y la administración de povidona yodada nasal dos veces al día durante los primeros 5 días tras el ingreso y, a continuación, dos veces al día durante 5 días en semanas alternas. El resultado primario a evaluar fue el traslado a un hospital debido a una infección. Un resultado secundario fue el traslado a un hospital por cualquier motivo. Se realizó un análisis de diferencias por intención de tratar (según la asignación) para cada resultado con el uso de modelos lineales mixtos generalizados para comparar el período de intervención con el período inicial entre los grupos del ensayo.
Se obtuvieron datos de 28 RM con un total de 28.956 residentes. Entre los traslados a un hospital en el grupo de cuidados rutinarios, el 62,2% (la media entre los centros) se debió a una infección durante el período de referencia y el 62,6% se debió a una infección durante el período de intervención (cociente de riesgos, 1,00; intervalo de confianza [IC] del 95%, 0,96 a 1,04). Los valores correspondientes en el grupo de descolonización fueron 62,9% y 52,2% (cociente de riesgos, 0,83; IC 95%, 0,79 a 0,88), para una diferencia en el cociente de riesgos, en comparación con los cuidados rutinarios, de 16,6% (IC 95%, 11,0 a 21,8; P<0,001). Entre las altas de la RM de ancianos del grupo de cuidados rutinarios, el traslado a un hospital por cualquier motivo representó el 36,6% durante el periodo basal y el 39,2% durante el periodo de intervención (cociente de riesgos, 1,08; IC del 95%, 1,04 a 1,12). Los valores correspondientes en el grupo de descolonización fueron 35,5% y 32,4% (cociente de riesgos, 0,92; IC 95%, 0,88 a 0,96), para una diferencia en el cociente de riesgos, en comparación con la atención habitual, de 14,6% (IC 95%, 9,7 a 19,2). El número necesario para tratar fue de 9,7 para prevenir una hospitalización relacionada con infección y de 8,9 para prevenir una hospitalización por cualquier motivo.
Miller LG, McKinnell JA, Singh RD, Gussin GM, Kleinman K, Saavedra R, et al. Decolonization in Nursing Homes to Prevent Infection and Hospitalization. N Engl J Med. 2023;389(19):1766-77.
En las residencias de mayores, la descolonización universal con clorhexidina y un yodóforo nasal condujo a un riesgo significativamente menor de traslado a un hospital debido a una infección que con la higiene corporal habitual.
Estenosis aortica severa de bajo riesgo quirúrgico. ¿Cirugía abierta o implantación valvular trans-catéter?
Un análisis previo de este ensayo demostró que, entre los pacientes con estenosis aórtica grave sintomática de bajo riesgo quirúrgico, la tasa de mortalidad, ictus o rehospitalización a 1 año fue significativamente inferior con la sustitución transcatéter de la válvula aórtica (TAVI) que con la sustitución quirúrgica de la misma. Sin embargo, se desconocen los resultados a más largo plazo.
En este estudio se asignó aleatoriamente a pacientes con estenosis aórtica sintomática grave y bajo riesgo quirúrgico a someterse a TAVI o a cirugía abierta. El primer objetivo primario fue una combinación de muerte, ictus o rehospitalización relacionada con la válvula, el procedimiento o la insuficiencia cardiaca. El segundo objetivo primario fue un compuesto jerárquico que incluía la muerte, el ictus incapacitante, el ictus no incapacitante y el número de días de rehospitalización, analizados mediante un análisis de cociente de ganancias. Los resultados clínicos, ecocardiográficos y del estado de salud se evaluaron durante 5 años.
Se aleatorizó a un total de 1.000 pacientes: 503 pacientes fueron asignados a TAVI y 497 a cirugía abierta. Se produjo un componente del primer objetivo primario en 111 de los 496 pacientes del grupo de TAVI y en 117 de los 454 pacientes del grupo de cirugía abierta (estimaciones de Kaplan-Meier, 22,8% en el grupo de TAVI y 27,2% en el grupo de cirugía; diferencia, -4,3 puntos porcentuales; intervalo de confianza [IC] del 95%, -9,9 a 1,3; p = 0,07). El cociente de ganancias para la segunda variable principal fue de 1,17 (IC del 95%: 0,90 a 1,51; p = 0,25). Las estimaciones de Kaplan-Meier para los componentes del primer objetivo primario fueron las siguientes: muerte, 10,0% en el grupo de TAVI y 8,2% en el grupo de cirugía; ictus, 5,8% y 6,4%, respectivamente; y rehospitalización, 13,7% y 17,4%. El rendimiento hemodinámico de la válvula, evaluado según el gradiente medio (±SD) de la válvula, fue de 12,8±6,5 mm Hg en el grupo de TAVI y de 11,7±5,6 mm Hg en el grupo de cirugía. El fallo de la válvula bioprotésica se produjo en el 3,3% de los pacientes del grupo de TAVI y en el 3,8% de los del grupo de cirugía.
Mack MJ, Leon MB, Thourani VH, Pibarot P, Hahn RT, Genereux P, Kodali SK, Kapadia SR, Cohen DJ, Pocock SJ, et al.: Transcatheter Aortic-Valve Replacement in Low-Risk Patients at Five Years. N Engl J Med 2023, 389:1949-1960.
Entre los pacientes de bajo riesgo quirúrgico con estenosis aórtica grave sintomática que se sometieron a TAVI o cirugía, no hubo diferencias significativas entre los grupos en los dos resultados compuestos primarios.
El espinoso camino del tratamiento del alzheimer
Los anticuerpos monoclonales dirigidos contra el beta-amiloide (Aβ) pueden ralentizar el deterioro cognitivo y funcional de las personas con enfermedad de Alzheimer en fase inicial. Gantenerumab es un anticuerpo monoclonal anti-Aβ IgG1 totalmente humano, de administración subcutánea, con la mayor afinidad por el Aβ agregado que se ha probado para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.
Este estudio comunica los resultados de dos ensayos de fase 3 (GRADUATE I y II) con participantes de 50 a 90 años con deterioro cognitivo leve o demencia leve debida a la enfermedad de Alzheimer y evidencia de placas amiloides en la tomografía por emisión de positrones (PET) o en muestra de líquido cefalorraquídeo (LCR). Los participantes fueron asignados aleatoriamente a recibir gantenerumab o placebo cada 2 semanas. El resultado primario fue el cambio desde el inicio en la puntuación de la Clinical Dementia Rating scale-Sum of Boxes (CDR-SB; rango, 0 a 18, donde las puntuaciones más altas indican un mayor deterioro cognitivo) en la semana 116.
Un total de 985 y 980 participantes se inscribieron en los ensayos GRADUATE I y II, respectivamente. La puntuación inicial del CDR-SB fue de 3,7 en el ensayo GRADUATE I y de 3,6 en el GRADUATE II. El cambio desde el valor basal en la puntuación CDR-SB en la semana 116 fue de 3,35 con gantenerumab y 3,65 con placebo en el ensayo GRADUATE I (diferencia, -0,31; intervalo de confianza [IC] del 95%, -0,66 a 0,05; p = 0,10) y fue de 2,82 con gantenerumab y 3,01 con placebo en el ensayo GRADUATE II (diferencia, -0,19; IC del 95%, -0,55 a 0,17; p = 0,30). En la semana 116, la diferencia en el nivel de amiloide en la PET entre el grupo de gantenerumab y el grupo placebo fue de -66,44 y -56,46 centiloides en los ensayos GRADUATE I y II, respectivamente, y se alcanzó el estado amiloide-negativo en el 28,0% y el 26,8% de los participantes que recibieron gantenerumab en los dos ensayos. En ambos ensayos, los participantes que recibieron gantenerumab presentaron niveles más bajos de tau 181 fosforilada en el LCR y niveles más altos de Aβ42 que los que recibieron placebo; la acumulación de tau agregada en la PET fue similar en los dos grupos. Se produjeron anomalías de imagen relacionadas con el amiloide con edema (ARIA-E) en el 24,9% de los participantes que recibieron gantenerumab, y se produjeron ARIA-E sintomáticas en el 5,0%
Bateman RJ, Smith J, Donohue MC, Delmar P, Abbas R, Salloway S, Wojtowicz J, Blennow K, Bittner T, Black SE, et al.: Two Phase 3 Trials of Gantenerumab in Early Alzheimer's Disease. N Engl J Med 2023, 389:1862-1876.
Entre las personas con enfermedad de Alzheimer temprana, el uso de gantenerumab condujo a una menor carga de placa amiloide que el placebo a las 116 semanas, pero no se asoció con un deterioro clínico más lento.
Un método no invasivo para medir el envejecimiento de los órganos
Numerosos avances en investigación sobre el envejecimiento se centran en revertirlo o retrasarlo para mejorar la salud y disminuir enfermedades asociadas al envejecimiento como la enfermedad de Alzheimer (AD), el cáncer o las enfermedades cardiovasculares. Sin embargo, como varia el efecto del envejecimiento entre individuos y entre los órganos de un mismo organismo y el impacto en estas enfermedades sigue siendo desconocido. En este trabajo publicado por el equipo del investigador Tony Wyss-Coray, de la Universidad de Stanford en Nature, se propone un nuevo método simple y no invasivo capaz de analizar y monitorizar de manera reproducible el envejecimiento de cada órgano para predecir enfermedades y el efecto del envejecimiento en cada órgano de manera específica.
Para identificar las proteínas plasmáticas que se encuentran enriquecidas solo en ciertos órganos, se usaron datos de secuenciación de ARN y se seleccionaron aquellas que estaban expresadas al menos 4 veces más en un órgano comparado con cualquier otro. Para el estudio se seleccionaron 4.778 proteínas de las cuales 856 se consideraron enriquecidas en diferentes órganos para el entrenamiento de los modelos y el análisis.
Usando modelos de machine learning, se analizaron 11 órganos - tejido adiposo, arterias, cerebro, corazón, sistema inmune, intestino, riñón, hígado, pulmón, músculo y páncreas – en 5,676 individuos adultos vivos para medir las diferencias en el envejecimiento especifico de estos diferentes órganos. Mientras que casi el 20% de la población estudiada demostraba envejecimiento acelerado en un órgano, solo el 1.7% tenía envejecimiento multiorgánico. Este envejecimiento en órganos incrementa el riesgo de muerte entre un 20-50%, especialmente en el caso del corazón, tejido adiposo, hígado, páncreas, cerebro, pulmón, sistema inmune y músculo. Los órganos envejecidos también se pudieron asociar con trastornos asociados al envejecimiento: en el caso de riñones envejecidos se asociaron a enfermedades metabólicas como diabetes, obesidad, hipercolesterolemia e hipertensión; en el caso de un corazón envejecido se asoció a fibrilación e infarto; para músculo envejecido se encontraron trastornos en la marcha; y el envejecimiento del cerebro y de las arterias se asoció con enfermedad cardiovascular y AD.
Al asociar estos modelos con varios marcadores clínicos se demostró que estos modelos de envejecimiento de órganos pueden discernir las diferencias relevantes de cada enfermedad entre individuos y dentro de la misma persona, lo cual no es posible con marcadores actuales de envejecimiento a nivel de organismo o marcadores clínicos. En particular, el estudio refuerza el valor de marcadores de AD ya establecidos y demuestra una asociación entre la calcificación vascular, alteraciones de la matriz extracelular y la pérdida de proteínas de las sinapsis neuronales con el deterioro cognitive en sus fases tempranas, lo cual abre nuevas vías de investigación, validación clínica y dianas terapéuticas
Oh HS, Rutledge J, Nachun D, Pálovics R, Abiose O, Moran-Losada P, Channappa D, Urey DY, Kim K, Sung YJ, et al.: Organ aging signatures in the plasma proteome track health and disease. Nature 2023, 624:164-172.
Este estudio en individuos adultos es relevante al proporcionar un modelo de inteligencia artificial basado en proteínas de plasma que evalúa la salud de los órganos, el envejecimiento y su relación para predecir mortalidad, el riesgo de padecer ciertas enfermedades y la diferencia entre tejidos durante el envejecimiento de cada persona. Al conllevar solo una extracción de sangre, proporciona un método no invasivo y fácilmente implementable en la clínica para evaluar y monitorizar el efecto de tratamientos y cambios en el estilo de vida en cada órgano de manera específica.
Infecciones por Acinetobacter baumanii resistentes a carbapenémicos (crab): nueva clase de antibioticos
La bacteria Acinetobacter baumannii (AB) es un microorganismo oportunista que afecta principalmente a pacientes hospitalizados y en estado crítico, donde produce fundamentalmente neumonía y sepsis pudiendo llegar a causar la muerte de entre el 40 y el 60% de los pacientes con estas infecciones. La resistencia a antibióticos carbapenémicos (CRAB por sus siglas en inglés) es un problema de primera magnitud que limita las opciones terapéuticas al existir muy pocas alternativas de tratamiento en las infecciones graves causadas por estos microorganismos.
Un estudio publicado recientemente en Nature comunica la identificación de una nueva clase de antibióticos, los péptidos macrocíclicos (MCP), capaces de eliminar la capa más externa que existe en las bacterias gran negativas y que les confiere protección frente a antibióticos. El nuevo compuesto, denominado zosurabalpina, actúa con un nuevo mecanismo de acción que bloquea la maquinaria que transporta lipopolisacáridos (LPS) a la membrana más externa.
Los investigadores realizaron ensayos de cribado fenotípico de una librería de 44,985 MCP sintéticos usando tanto bacterias humanas gram positivas como gram negativas. El compuesto líder, RO7075573, resultó ser el más potente contra A. baumannii y demostró ser selectivo contra las bacterias del género Acetinobacter con concentraciones mínimas inhibitorias (MIC) desde 0.06 a 0.5 mg/ l. Lo más interesante es que este efecto antibiótico ocurrió tanto en bacterias susceptibles a otros antibióticos como en cepas multirresistentes, (CRAB) indicando un nuevo mecanismo de acción.
Mediante estrategias de mutación espontánea y modelos de cultivo dinámico para inducir cambios evolutivos, se identificaron mutaciones que afectaban principalmente a genes que codifican proteínas de la maquinaria involucrada en la biosíntesis y el transporte de LPS. En particular, mutaciones en los genes PptF y LptG – componentes del complejo LptB2FGG de bacterias Gram negativas que es parte del sistema de transporte de LPS. Los investigadores demostraron la selectividad de zosurabalpina hacia la maquinaria de transporte de LPS del género Acinetobacter, aunque se identificaron posibles resistencias a zosurabalpina debido a mutaciones. En un segundo estudio utilizando ensayos bioquímicos, estructurales y genéticos, se demuestra como zosurabalpina es capaz de atrapar el LPS dentro de la maquinaria de manera que bloquea su transporte a la membrana externa de la bacteria.
Zosurabalpina demostró una capacidad inhibitoria aceptable contra 129 cepas de AB aisladas de pacientes y otras cepas multirresistentes, y un perfil farmacocinético y farmacodinámico favorable para su desarrollo clínico. Finalmente, los datos prometedores obtenidos tanto en un modelo de neumonía en ratones inmunocomprometidos como de sepsis en inmunocompetentes, infectados con una cepa clínica multirresistente demostraron el potencial de zosurabalpina para su desarrollo en clínica.
Zampaloni C, Mattei P, Bleicher K, Winther L, Thäte C, Bucher C, Adam JM, Alanine A, Amrein KE, Baidin V, et al.: A novel antibiotic class targeting the lipopolysaccharide transporter. Nature 2024.
Este fármaco se descubre como fruto de una línea de búsqueda de antibióticos específicos para unas bacterias determinadas; sin embargo, su mecanismo de acción abre una línea potencial de nuevos fármacos de la misma familia lo que permitirá el tratamiento de infecciones muy problemáticas y letales. Su actividad muy selectiva frente a infecciones muy concretas permitirá disminuir los efectos selectivos de bacterias resistentes de los antibióticos de más amplio espectro.
¿Influye la polución aérea en la tensión arterial mientras se conduce un vehículo?
La contaminación atmosférica ambiental, incluida la relacionada con el tráfico (TRAP), aumenta el riesgo de enfermedad cardiovascular, posiblemente a través de alteraciones vasculares. Existe información limitada sobre la exposición al TRAP en el vehículo y las alteraciones vasculares.
El objetivo de este estudio fue determinar mediante filtración de partículas el efecto de la exposición al TRAP en carretera sobre la presión arterial y la vascularización retiniana.
Se realizó un ensayo cruzado aleatorizado en vehículos conducidos a través del tráfico en Seattle, Washington, desde 2014 a 2016. Participaron personas normotensas de entre 22 y 45 años (n = 16) y la intervención consistió en introducir, durante 2 días aire no filtrado de la carretera en el vehículo. Alternativamente, el vehículo estaba equipado con filtración de partículas de aire de alta eficiencia (filtros HEPA). Los participantes no conocían la exposición y fueron asignados aleatoriamente a la secuencia.
Se registraron catorce periodos de 3 minutos de presión arterial antes, durante y hasta 24 horas después de la conducción. Se midieron los equivalentes arteriolares retinianos centrales (EARC) basados en imágenes antes y después. También se midieron el diámetro de la arteria braquial y la expresión génica, que se comunicarán en otra publicación.
La edad media de los participantes fue de 29,7 años, la presión arterial sistólica previa a la conducción fue de 122,7 mm Hg, la presión arterial diastólica previa a la conducción fue de 70,8 mm Hg y la duración de la conducción fue de 122,3 minutos (IQR, 4 minutos). La filtración redujo el recuento de partículas en un 86%. Entre las personas con datos completos (n = 13), al cabo de 1 hora, la presión arterial diastólica media, ajustada en función de los niveles previos a la conducción, el orden y el arrastre, fue 4,7 mm Hg superior (IC del 95%: 0,9 a 8,4 mm Hg) en las unidades sin filtrar en comparación con las filtradas, y la presión arterial sistólica media ajustada fue 4,5 mm Hg superior (IC: -1,2 a 10,2 mm Hg). A las 24 horas, la presión arterial diastólica media ajustada (sin filtrar) fue 3,8 mm Hg mayor (IC, 0,02 a 7,5 mm Hg) y la presión arterial sistólica media ajustada fue 1,1 mm Hg mayor (IC, -4,6 a 6,8 mm Hg). La CRAE media ajustada (sin filtrar) fue 2,7 μm más ancha (IC, -1,5 a 6,8 μm).
Young MT, Jansen K, Cosselman KE, Gould TR, Stewart JA, Larson T, Sack C, Vedal S, Szpiro AA, Kaufman JD: Blood Pressure Effect of Traffic-Related Air Pollution : A Crossover Trial of In-Vehicle Filtration. Ann Intern Med 2023, 176:1586-1594.
El tamaño de la muestra es pequeño pero el estudio sugiere que la filtración del aire de las cabinas de los automóviles con filtros HEPA puede mitigar sus efectos adversos sobre la presión arterial rápidamente y a las 24 horas. Los autores reconocen que son necesarios estudios de validación con muestras más grandes y diferentes entornos.
Materiales "camaleónicos" para regular la temperatura de edificios
Del total de la energía consumida, aproximadamente un 20 % se utiliza para producir calor y frío en edificios y viviendas. Con el fin de mantener condiciones confortables en su interior, una parte considerable de esa energía se obtiene a partir de hidrocarburos fósiles, ya sea directamente por combustión de estos o indirectamente a partir de la electricidad producida en centrales térmicas alimentadas con gas natural, derivados del petróleo o carbón.
Dentro del objetivo de descarbonización que se ha marcado nuestra sociedad a corto y medio plazo, se contempla el desarrollo de tecnologías sostenibles para reducir las emisiones de CO2 producidas durante la combustión de hidrocarburos fósiles hasta alcanzar el punto de cero emisiones netas de CO2 a la atmósfera en el año 2050.
Con este fin se considera que en el caso de edificios y viviendas la demanda de energía en invierno y enfriamiento en verano será finalmente satisfecha por medio de la energía eléctrica renovable. Sin embargo, hasta ese momento una parte de la energía eléctrica seguirá siendo producida a nivel mundial a través de la combustión de hidrocarburos fósiles. En esta situación y con el fin de disminuir el consumo de energía en las viviendas, cuando se requiere generación o eliminación de calor, se utilizan sistemas pasivos, consistentes en el desarrollo de nuevos materiales y métodos de utilización que mejoren el aislamiento de las viviendas, disminuyendo de esta manera, las pérdidas o ganancias de calor hacia o desde el exterior. En este sentido, algunas especies animales que tienen que sobrevivir en condiciones climáticas duras han evolucionado para regular el calor corporal de manera activa. Por ejemplo, el camaleón Namacua, que habita en el desierto de Namibia, con amplias variaciones diarias de temperatura, regula la temperatura de su cuerpo, cuando las condiciones medioambientales cambian, alterando su color. Estos camaleones adquieren un color gris claro, cuando las temperaturas son más elevadas, reflejando la luz solar para mantener la temperatura corporal más baja. Sin embargo, cuando la temperatura ambiente baja, el camaleón cambia su color a marrón oscuro con el fin de absorber calor. Esta posibilidad del camaleón Namacua de regular la temperatura cambiando el color de su piel, ha inspirado a Yan Dong y colaboradores a diseñar un sistema biomimético basado en un revestimiento que puede ser aplicado como una pintura a los edificios que permite calentar y enfriar los edificios dependiendo de la temperatura exterior.
Así, los autores han creado un recubrimiento que cambia de color y se adapta a la temperatura exterior que fluctúa del día a la noche y durante los cambios estacionales. Este recubrimiento está formado por una combinación de materiales muy accesibles, tales como sulfato de bario, sílice, alúmina en forma de micropartículas, junto con un fluoruro de polivinilideno (PVDF) termo plástico y muy inerte químicamente. La formulación también incluye PCM (material que cambia de fase al cambiar la temperatura) en microcápsulas de polímero. Los componentes se mezclan en una solución y la pintura se aplica sobre superficies.
El mecanismo termo crómico de las microcápsulas termo crómicas se basa en el cambio de color de una molécula denominada cristal violeta lactona que a baja temperatura acepta un protón, abriéndose el anillo, presentando entonces un color gris oscuro o incluso negro que absorbe la luz solar. A temperatura más alta el proceso contrario tiene lugar y se recupera el color blanco original de la cristal violeta lactona. Más específicamente, cuando la pintura se aplica sobre una superficie metálica y se calienta por debajo de 20 °C. La superficie presenta un color marrón oscuro. A continuación, si se calienta a 30 °C pasa a un color gris claro y la superficie refleja más del 90 % de la radiación solar.
Dong Y, Meng W, Wang F, Han H, Liang H, Li X, Zou Y, Yang C, Xu Z, Yan Y, et al.: "Warm in Winter and Cool in Summer": Scalable Biochameleon Inspired Temperature-Adaptive Coating with Easy Preparation and Construction. Nano Lett 2023, 23:9034-9041.
Este sistema se adapta a las fluctuaciones de temperatura diarias, permitiendo calentar o enfriar en edificaciones durante todas las estaciones con el correspondiente ahorro energético.
Materia y antimateria: iguales frente a la gravedad
Recientemente, una colaboración científica que trabaja en el Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) en el CERN ha publicado en la revista Nature el artículo “Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter”, que muestra como los anti-átomos de hidrógeno, liberados del confinamiento magnético en el aparato ALPHA-g, se comportan en cierto sentido de forma consistente con la atracción gravitacional de la Tierra. En este caso, este resultado descarta la existencia de una anti-gravedad repulsiva.
La idea de antimateria, esto es una réplica de materia con algunas propiedades cambiadas de signo, en particular la carga eléctrica, es consecuencia de los trabajos del físico inglés Paul A. M. Dirac durante el periodo 1926-1931, en especial sus trabajos sobre la teoría cuántica del electrón y las singularidades cuánticas en el campo electromagnético, que predecían la existencia del anti-electrón (positrón), el anti-protón y los monopolos magnéticos. Dirac recibió en 1933 el Premio Nobel de Física “for the discovery of new productive forms of atomic energy”. En 1932 el anti-electrón fue descubierto por C.D. Anderson estudiando los rayos cósmicos con una cámara de niebla. Es interesante señalar que Dirac, en su discurso de recepción del Premio Nobel, anticipaba el descubrimiento del anti-protón y consideraba un accidente que la Tierra estuviese formada por electrones negativos y protones positivos, y que era posible que hubiese cuerpos celestes formados por electrones positivos y protones negativos. Desde hace años se ha intensificado la búsqueda de antimateria cósmica primordial, que necesariamente debió producirse poco después del Big Bang.
En las últimas décadas se ha conseguido fabricar anti-átomos de hidrógeno y comparar sus propiedades con las medidas precisas de átomos de hidrógeno sin observar diferencias significativas, en buen acuerdo con las predicciones teóricas. En la actualidad la captura y almacenamiento de anti-hidrógeno es un proceso técnicamente rutinario, habiéndose almacenado simultáneamente miles de átomos en el dispositivo ALPHA-2. La medida de estas propiedades se ha realizado utilizando trampas magnéticas ALPHA.
Los antiprotones proceden del CERN Antiproton Deccelerator y del anillo ELENA (Extra-Low Energy Antiproton). Cada 120 segundos 7,5 x 106 antiprotones se capturan en una trampa magnética de alto voltaje de tipo Penning. Tras enfriarse, ELENA inyecta 5 x 105 antiprotones en una trampa magnética de anti-hidrógeno vertical ALPH-g, especialmente diseñada para estudiar cómo reaccionan átomos de anti-hidrógeno eléctricamente neutros a la fuerza de la gravedad. Los positrones procedentes de un acumulador de tipo Surko también se inyectan en ALPHA-g donde son re-atrapados; del orden de 3 x 106 están disponibles para cada ciclo de mezcla con antiprotones.
Este dispositivo permite con ayuda de un sistema magnético que genera un campo magnético radial y campos magnéticos en la dirección vertical, que están alineados de forma que los átomos de anti-hidrógeno están atrapados espacialmente a 0.5 K. Un conjunto de detectores permite reconstruir las trayectorias de las partículas que rodean el sistema de atrapamiento (trampa magnética).
Para someter a los átomos de hidrógeno atrapados a la gravedad, se debilitan los campos magnéticos manteniéndolos en su lugar durante un periodo de 20 segundos. Debido a eso, los átomos de anti-hidrógeno, que estaban saltando dentro de la trampa magnética, se escapan del dispositivo, moviéndose hacia arriba y hacia abajo. El sistema permite detectar las anti-partículas a través de la energía liberada cuando se aniquilan con partículas de materia.
Dado que la gravedad es una fuerza muy débil, algunos de los átomos de anti-hidrógeno que inicialmente se mueven hacia arriba, cuando son liberados siguen moviéndose en esa dirección que el experimento permite observar en sus resultados. Pero el experimento también detecta más anti-átomos de hidrógeno que se escapan por la parte inferior de la trampa magnética, resultado esperado si el efecto de la gravedad en antimateria y materia ordinaria es el mismo. El análisis estadístico de las observaciones establece que la aceleración gravitacional de la antimateria está dentro de una desviación estándar de lo medido para la materia ordinaria.
Anderson EK: CERN Press Release, PR03.23, 27.09.2023 Nature 2031, Vol 621 I:APS Physics, September 27, 2023, Physics 2016, 2167.
Los resultados que aparecen en el artículo reseñado allanan el camino para la realización de estudios de precisión acerca de la magnitud de la aceleración gravitacional entre anti-átomos y la Tierra para demostrar la validez del Principio de Equivalencia Débil, que, en la Teoría general de la relatividad, requiere que todas las masas reaccionen idénticamente a la fuerza de la gravedad.
Nueva medida del momento magnético anómalo del muon
Recientemente, una colaboración científica que trabaja en el experimento Muon g─2 del Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) ha publicado en la revista Physical Review Letters el artículo “Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm”, basada en una estadística (Run─2) cuatro veces mayor que la utilizada en el artículo publicado en 2021 (Run─1) que obtenía una precisión de 0,46 ppm. Esta medida de una propiedad fundamental de una partícula elemental, el muon, es una de las más precisas realizadas hasta la fecha en el campo de la Física de Partículas Elementales y permite comparar con enorme precisión la predicción de la Electrodinámica Cuántica.
El momento magnético anómalo del muon es la diferencia observada entre el valor medido y el valor teórico propuesto por Paul M. Dirac, gµ = 2. La diferencia de gµ o gµ─2 puede atribuirse a interacciones de los muones con partículas virtuales del Modelo Estándar de Física de Partículas Elementales y tal vez con partículas no detectadas experimentalmente hasta la fecha. Estas nuevas interacciones podrían modificar la forma como el muon interacciona con el campo magnético.
El experimento sigue el concepto originalmente desarrollado por el BNL (Brookhaven National Laboratory) en 2006, utilizando el mismo anillo de almacenamiento con imanes superconductores de 1,45 T pero, a lo largo del tiempo, se han implementado mejoras substanciales; entre ellas la uniformidad intrínseca del campo magnético que ahora es 2.5 veces mejor, las muy detalladas simulaciones del almacenamiento del haz de muones, así como la reconstrucción de trayectorias, la calorimetría, la metrología para controlar la medida de las propiedades del campo magnético, la frecuencia de precesión y el campo magnético.
El Fermilab Muon Campus proporciona 16 paquetes de muones con carga positiva de 3,1 GeV de energía, duración temporal ~120 ns y altamente polarizados. La órbita de los muones que circulan tiene un radio de 7,112 metros. El periodo del ciclotrón es de 149, 2 s. Cada 1,4 s se inyecta este conjunto de paquetes en el anillo de almacenaje. En cada inyección se almacenan unos ~ 5000 muones
La medida de aµ = ½ (g µ ─ 2) obtenida en el Run─2 es: 116592055(2) x 10 ─11 (0,20 ppm). Se espera que, con los datos que se almacenaran en los próximos 3 años, se alcanzará una precisión de 0.10 ppm.
Una predicción teórica integral del valor de la anomalía del momento magnético del muon se compiló en 2020 por la Muon g─2 Theory Initiative. Incluye la contribución de la polarización del vacío hadrónico, que puede estimarse con datos de procesos de aniquilaciones e+e─ → hadrones y también con cálculos recientes en el retículo. Estos dos cálculos teóricos están en desacuerdo. La comparación del valor promediado de los datos de Fermilab, publicado en 2021 y 2023, con la predicción teórica de 2020 muestra un desacuerdo de ~ 5σ, desviación que, de confirmarse, indicaría la existencia de procesos más allá del Modelo Estándar.
Aguillard DP, Albahri T, Allspach D, Anisenkov A, Badgley K, Baeßler S, al. e: Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm, . paper submitted to Physical Review Letters. Europhysicnes, 2023, 54, issue 4.
Los resultados que aparecen en el artículo sugieren la posible existencia de una anomalía en la propiedad intrínseca de una partícula elemental (el muon): su momento magnético. La nueva medida desafía significativamente el valor teórico predicho por el Modelo Estándar de Física de Partículas. Las medidas en curso y los muy complejos desarrollos teóricos permitirán en 4-5 años confirmar las actuales observaciones o fortalecer el Modelo Estándar.
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