Libro en PDF 10 MITOS identidad mexicana (PROFECIA POSCOVID)
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lunes, 23 de agosto de 2021
Grafeno y COVID-19: aspectos científicos y sociales Graphene and COVID-19
Septiembre 2020
4
Dedicado a todas las personas afectadas por
la COVID-19 y a las que están en primera línea
protegiéndonos y curándonos.
Resumen
La humanidad está sufriendo la mayor crisis de los
últimos 80 años. La rápida expansión de la COVID19 ha provocado más de 27 millones de afectados y
casi 900.000 fallecidos (datos del 9 de septiembre de
2019). Todos los países se han visto afectados y la
enfermedad está teniendo connotaciones sociales,
laborales y económicas extremadamente negativas.
La COVID-19 también se está estudiando desde
el punto de vista científico, con muchos grupos de
investigación trabajando en aspectos diversos como
son el estudio del virus, su origen, el mecanismo de
infección y las posibles soluciones profilácticas y
terapéuticas (vacunas y moléculas pequeñas). Todas
las áreas científicas están implicadas en la lucha
contra la COVID-19. En este artículo se resumen
algunos de los avances científicos en el desarrollo
de fármacos contra la COVID-19 y el papel que la
ciencia de los materiales, en general, y el grafeno,
en particular, tienen en este contexto. También se
discute el impacto que estos avances tienen en la
sociedad a través de los medios de comunicación y
algunos políticos.
Abstract
Humanity is suffering the greatest crisis in the last 80
years. The rapid expansion of COVID-19 has caused
more than 27 million people affected and almost
900,000 deaths (data from September 9, 2019). All
countries have been affected and the disease is
having extremely negative social, labor and economic
connotations. COVID-19 is also being studied from a
scientific point of view, with many research groups
working on various aspects such as the study of the
virus, its origin, the infection mechanism and possible
prophylactic and therapeutic solutions (vaccines and
small molecules ). All scientific areas are involved in
the fight against COVID-19. This article summarizes
some of the scientific advances in the development of
drugs against COVID-19 and the role that materials
science, in general, and graphene, in particular, have
in this context. The impact — through the media and
some politicians— that these advances have on
society is also discussed.
Los beneficios de la ciencia
Los beneficios que obtenemos de la ciencia y de sus
aplicaciones tecnológicas son los siguientes:
1. Nos proporciona una vida más larga.
2. Hace que la vida sea más saludable.
3. Nos suministra agua.
4. Nos ayuda a tener más y mejores alimentos.
5. Cuida de nuestro ganado y animales de
compañía.
6. Nos suministra energía.
7. Prácticamente nos proporciona todos los
artículos que usamos cotidianamente.
8. Facilita nuestro ocio.
9. Nos permite estar a la última en tecnología.
10. Finalmente, y no menos importante, alimenta
nuestro espíritu.
La ciencia nos distingue de otras especies en
nuestro planeta. Es la que hace que los países sean
poderosos, con la que se puede ganar dinero con
aplicaciones tecnológicas derivadas del desarrollo
científico [1]. La ciencia permite conocernos, es la
que nos ayuda a entender el universo, incluso qué
es la vida, como funciona nuestro cerebro y el resto
de nuestro organismo.
Ciencia y sociedad
A pesar de los múltiples beneficios que la ciencia y la
tecnología aportan al ser humano, la sensación que
tenemos los científicos es que, en general, la ciencia
no es masivamente apreciada ni entendida por la
ciudadanía, especialmente en países como España
con poca tradición científica.
Es verdad que, en relación a su entendimiento,
la ciencia no es fácil. Para comprender ciertos
aspectos (relativamente) complejos de la ciencia
es necesario tener conocimientos previos. Es muy
importante que la enseñanza de la ciencia empiece
en edades tempranas, con dos objetivos: adquirir
sólidos fundamentos científicos y emocionar a los
jóvenes con la ciencia. Para conseguir estas metas,
el papel de los maestros y profesores de enseñanzas
preuniversitarias son esenciales en un país moderno
[2].
Por otro lado, para apreciar adecuadamente los
avances científicos, es necesario que los científicos
expliquemos nuestros resultados de manera
educativa y divulgativa a nuestros conciudadanos,
legos en la materia. En el contexto de contribuir a
la educación científica del público en general (y
especialmente de los docentes preuniversitarios),
el autor de este artículo ha dirigido el curso de
divulgación Los avances de la química y su impacto
en la sociedad, que a finales de 2019 celebró
su séptima edición con más de 120 sesiones
Bernardo Herradón
Instituto de Química Orgánica General (IQOG-CSIC). Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid, España
b.herradon@csic.es
Grafeno y COVID-19: aspectos científicos y sociales
Graphene and COVID-19: scientific and social aspects
Bol. Grupo Español Carbón
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(conferencias y mesas redondas) [3]. También son
muy importantes los medios de comunicación, pues
son los transmisores de la información desde el
científico a la sociedad. El científico debe colaborar,
en la medida de lo posible, con la prensa.
En este breve artículo se tratarán dos temas
que tienen importantes connotaciones sociales
y que aparecen con frecuencia en los medios de
comunicación: la COVID-19 y el grafeno. Se usarán
noticias de prensa y avances científicos recientes en
cada uno de los temas por separado y combinados.
El grafeno
El grafeno es una lámina formada por un número
inmenso (prácticamente infinito, debido a la magnitud
del número de Avogadro) de átomos de carbono
(figura 1). Esta lámina tiene el espesor de un átomo.
Estos átomos se unen entre sí formando hexágonos
de manera similar al benceno.
El benceno es el prototipo de compuesto aromático,
caracterizado por la presencia de 6 electrones
π en un sistema cíclico. La existencia de este
rasgo estructural confiere al benceno estabilidad
termodinámica, reactividad química característica
y propiedades eléctricas y magnéticas interesantes
[4]. La condensación y fusión de anillos hexagonales
da lugar a compuestos aromáticos polianulares con
propiedades similares al benceno. Algunos ejemplos
se muestran en la figura 2.
El grafeno se puede considerar como un nanomaterial
(una de sus dimensiones —el grosor— es inferior a 100
nm) o como una molécula gigante. Desde el punto de
vista molecular, es un análogo de los hidrocarburos
aromáticos polianulares, y, al igual que éstos, es una
molécula plana con un gran número de electrones
π en una superficie muy extensa. A través de estos
electrones, el grafeno es capaz de interaccionar con
otras especies químicas, incluidas otras monocapas
de grafeno. Debido a esta característica, se pensaba
que el grafeno no podría prepararse de manera
eficaz. En 2004, Geim y Novoselov (Universidad de
Manchester) desarrollaron un método experimental
novedoso para obtener grafeno que depositaron
sobre capas de sílice (SiO2
). Consiguieron aislar y
caracterizar grafeno a través de la exfoliación de
grafito con una cinta de papel celofán, inventada por
Geim [5].
La relevancia de las investigaciones de estos
científicos tuvo una amplia y rápida repercusión,
que culminó con la concesión del Premio Nobel
de Física en 2010 [6]. El descubrimiento de Geim
y Novoselov estimuló una extensa investigación
en grafeno, en materiales grafénicos y en otros
materiales bidimensionales (materiales 2D) [7]. Los
materiales grafénicos incluyen una diversidad de
sustancias químicas, como materiales con varias
capas de grafeno, derivados funcionalizados de
grafeno y materiales compuestos (composites).
Estos materiales se pueden obtener por diversos
procedimientos, que incluyen técnicas químicas y
físicas [8].
Nuestro grupo desarrolló un procedimiento de
exfoliación de grafito usando disolventes eutécticos
profundos (Deep Eutectic Solvents, DES). Nuestro
método tiene varias ventajas energéticas y
medioambientales, que le hacen más eficiente
en comparación con otros previamente descritos
[9]. Otra característica importante de nuestro
procedimiento es que podíamos obtener composites
de grafeno y nanopartículas directamente en el
proceso de exfoliación de grafito en presencia de
metales, óxidos metálicos u otras especies químicas
que dan lugar a nanopartículas (figura 3). Nuestros
resultados se patentaron [10] y dieron lugar a la
creación de la empresa Gnanomat [11].
Figura 1. Lámina de grafeno.
Figura 2. Estructuras del benceno y de varios hidrocarburos aromáticos polianulares importantes.
nº57 / Septiembre 2020
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Alótropos y nanoformas de carbono
El aislamiento y caracterización del fullereno C60 en
1985 —por Kroto, Smalley y Curl— supuso un hito en
la historia de la ciencia, siendo uno de los impusores
de la nanociencia en general y la investigación de las
nanoformas del carbono en particular. Este hallazgo
fue reconocido con el Premio Nobel de Química en
1996 [12].
Hasta los fullerenos, el carbono se conocía en dos
formas alotrópicas: el grafito y el diamante. Las dos
sustancias tienen la misma composición (carbono
puro), pero tienen propiedades físicas dispares.
Mientras que el diamante es transparente, aislante
eléctrico y muy duro; el grafito es negro, conduce la
electricidad y blando, siendo fácilmente exfoliable.
Estas diferencias son debidas a la distinta ordenación
de los átomos de carbono en la estructura cristalina.
Los átomos de carbono en el diamante están
formando estructuras muy compactas, dónde cada
átomo de carbono está unido a otros tres átomos
con geometría tetraédrica. En esta estructura no
hay electrones π, con mayor movilidad que los σ,
y el diamante no conduce la electricidad. Por otro
lado, el grafito está formado por capas de átomos
de carbono formando estructuras hexagonales
fusionadas con electrones π con alta movilidad, que
son los responsables de la conductividad eléctrica
del grafito. Además, la gran cantidad de enlaces
conjugados en las capas de carbono es responsable
de su color negro. Las capas de grafito están unidas
a través de interacciones no-covalentes débiles, por
dónde el grafito puede ser exfoliado. Cada una de
las capas carbonadas que forman el grafito es una
molécula de grafeno.
La figura 4 muestra la relación estructural entre el
grafito, el grafeno, los nanotubos —que formalmente
son láminas de grafeno enrolladas— y los fullerenos.
Propiedades del grafeno
La obtención de una monocapa del grafito para
obtener grafeno mejora considerablemente sus
propiedades. Se ha demostrado (en algunos
casos, solo computacionalmente) que el grafeno
presenta características físico-químicas, eléctricas,
magnéticas, ópticas, térmicas y mecánicas
excepcionales. También es importante destacar que
el grafeno puede ser modificado químicamente para
conseguir materiales con propiedades moduladas e,
incluso, otras nuevas. Estas modificaciones pueden
ser a través de reacciones químicas —principalmente
oxidaciones, pero también otras reactividades de su
sistema π electrónico—; o bien dopando la lámina,
es decir, sustituyendo átomos de carbono por otros
en la red cristalina. Alternativamente, el grafeno
puede formar estructuras tipo sándwich en la que las
capas carbonadas se intercalan con otros materiales
como polímeros o nanomateriales.
Las propiedades ópticas y eléctricas del grafeno
dependen de la movilidad de los electrones π de la
lámina, que cambian cuando interacciona con otras
especies químicas. De esta manera, el grafeno
puede utilizarse para la fabricación de sensores
ópticos y eléctricos, que incluso podrían utilizarse
para monitorizar el estado de canalizaciones de
gaseoductos o el torrente sanguíneo, como los
nanorrobots desarrollados en el MIT [13]. Estos
resultados están de acuerdo con la futurista visión
del relato Viaje Alucinante [14].
Podemos considerar a la lámina de grafeno como
una membrana que es impermeable a la gran
mayoría de los gases. En ese contexto, se ha usado
para separar los isótopos del hidrógeno (el H2
del D2
)
[15].
Figura 3. Imágenes de microscopia electrónica de diversos
composites de grafeno-naopartículas descritos en la patente
P201331382.
Figura 4. Relación entre el grafito, el grafeno, el fullereno C60 y
los nanotubos de carbono [6].
Bol. Grupo Español Carbón
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El grafeno conduce la electricidad mejor que el cobre y
que cualquier otro metal conocido, por lo que mejora la
eficiencia de dispositivos electrónicos —por ejemplo,
aumentando la velocidad de los procesadores de los
ordenadores— o de convertidores y acumuladores de
energía, como las células solares, las baterías y los
supercondensadores. Desde el punto de vista óptico,
el grafeno es casi completamente transparente al
absorber sólo el 2% de la luz que recibe.
El grafeno es un material muy ligero y con excelentes
propiedades mecánicas: dureza, se puede doblar sin
quebrarse y soporta altas presiones. Siendo seis
veces más ligero, tiene una resistencia 200 veces
superior a la del acero. Otra propiedad mecánica
interesante es su elasticidad, ya que se puede
estirar hasta un 20% de su tamaño original y, tras
deformarse, volver a su posición anterior.
Desde el punto de vista químico, el grafeno puede
reaccionar con oxidantes en condiciones enérgicas
casi extremas; pero, en condiciones normales, es
resistente a muchas transformaciones químicas y es
estable en pH fuertemente ácido o alcalino.
Térmicamente es estable, tanto a bajas como a
elevadas temperaturas. Es un excelente conductor
del calor, posee el récord de conductividad térmica,
por lo que sería idóneo para disipar calor en
dispositivos electrónicos.
En definitiva, con estas magníficas propiedades
(algunas —unas pocas— ya probadas
experimentales y otras —las menos— ya presente
en dispositivos comerciales), no es extraño que los
avances en grafeno sean de interés para los medios
de comunicación que lo han bautizado como ‘el
material del futuro’ o ‘el material milagroso’.
COVID-19
En diciembre de 2019, en la ciudad de Wuhan
(provincia de Hubei en China) se describió el primer
caso de una nueva enfermedad que provocaba,
principalmente, síntomas de neumonía. Pronto se
reconoció que la enfermedad estaba causada por
un coronavirus (el SARS-CoV-2), que rápidamente
se extendió a muchos países, siendo declarada
pandemia por la Organización Mundial de la Salud
(OMS) el 11 de marzo de 2020. La OMS denominó
COVID-19 (CoronaVIrus Disease del 2019) a la
enfermedad provocada por este virus, cuyos efectos
patológicos son más variados que los problemas
respiratorios identificados en los primeros estadios
de la epidemia.
Esta es la séptima infección por coronavirus que
hemos padecido en las últimas dos décadas, siendo
tres de ellas bastante importantes: el SARS (Severe
Acute Respiratory Syndrome), el MERS (Middle East
Respiratory Syndrome) y la COVID-19, que causan
neumonías severas en seres humanos. Los otros
cuatro coronavirus (HKU1, NL63, OC43 y 229E) solo
causan síntomas leves [16].
Sin duda, COVID-19 (y los términos relacionados:
coronavirus, SARS-CoV-2, mascarilla, …) es una
de las palabras de moda, siendo objeto de interés
para los medios de comunicación y, también —por
desgracia— un tema para que muchos charlatanes
‘vendan’ sus remedios pseudocientíficos que cuando
tienen que ver con asuntos relacionados con la
salud —especialmente, con enfermedades sociales,
como es el caso de una pandemia— debería ser
considerado un delito. Así, nos hemos encontrado con
negacionistas del virus; con colectivos antivacunas o
contrarios a las medidas de protección individual u
opuestos a las medidas de distancia social; o con
propuestas de tratamientos con principios activos
farmacéuticos que no han sido totalmente probados
o, incluso, con sustancias tóxicas. En estos últimos
casos, algunos sectores de la opinión pública han
exigido que se usen masivamente para tratar a los
enfermos de COVID-19, incluso antes de pasar los
ensayos clínicos específicos para esta enfermedad,
lo que está en contra del método científico y de la
ética en biomedicina. En el programa A Hombros
de Gigantes (RNE) del 19 de abril de 2020
discutí algunos de los posibles fármacos (y sus
connotaciones éticas) que, en aquel momento, se
estaban presentando para tratar la COVID-19. El
audio se puede escuchar en este enlace (a partir del
minuto 15 de programa) [17].
Aspectos sociales de la COVID-19
Tardaremos muchos años en recuperarnos del
impacto sanitario, social y económico causado por
la pandemia. Aparte de estas preocupaciones, a lo
largo de estos meses, han surgido muchos temas
relacionados con la enfermedad, algunos de ellos
puramente especulativos, pseudoterapias [18], o
simplemente bulos que se lanzaron por motivos
económicos o políticos [19]. Puesto que los medios
de comunicación se han hecho eco de muchos de
estos asuntos, esta situación aún ha creado más
incertidumbre y preocupación en la opinión pública.
Algunos temas que han ido surgiendo en la opinión
pública son:
• Papel, a veces confuso, de la OMS [20].
• Efectividad de las medidas preventivas: higiene,
mascarillas, confinamiento, distancia social,
restricciones para viajar, etc. [21].
• Uso de mascarillas o de guantes. Recordemos
que, incluso la OMS, no recomendaba el uso
de la mascarilla al principio y aconsejaba el
empleo de guantes, pues se dijo que el virus era
muy resistente depositado en las superficies.
Posteriormente se cambiaron los criterios; no hay
evidencias firmes de que el virus se transmita
tocando objetos como monedas y, por supuesto,
la mascarilla es obligatoria, pues es evidente que
el SARS-CoV-2 se transmite principalmente a
través del aire.
• ¿Cuándo tendremos vacuna y/o un tratamiento
terapéutico eficaz?
Apenas un mes después de declararse la
pandemia, había alrededor de una veintena
de ensayos clínicos de la vacuna [22]. En
nº57 / Septiembre 2020
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septiembre de 2020 están en marcha ensayos
clínicos de alrededor de 160 vacunas y cuatro de
ellas —las desarrolladas el Reino Unido (OxfordAstra Zeneca), Estados Unidos (Moderna),
Rusia y China— están muy avanzadas. Algunas
ya se están produciendo a escala industrial,
incluso antes de terminar la fase clínica III
(ensayos doble ciego con un número elevado de
pacientes; en estos ensayos, ni el paciente ni el
médico saben si están administrando la vacuna
o un placebo). En el momento de terminar este
artículo (9 de septiembre de 2020), Astra Zeneca
ha anunciado la suspensión de sus ensayos por
un efecto secundario inesperado, aunque no hay
más información en este momento. Sin embargo,
esta noticia lleva a la reflexión de que en el sector
farmacéutico, las prisas no suelen ser buenas.
• ¿Cómo reaccionarán los colectivos anti-vacunas
a la del COVID-19?
Relación de la gravedad de la enfermedad con
la genética (sexo, grupo sanguíneo, etc.) o con
otras patologías (diabetes, hipertensión, etc.) del
paciente. Relación de la presencia de síntomas
con la edad. ¿Cómo podemos evitar que los
asintomáticos se conviertan en foco de rebrotes?.
• ¿Cuánto dura la inmunidad frente al SARSCoV-2?
Hay que profundizar en los efectos secundarios a
largo plazo (para lo que hace falta tiempo). ¿Qué
significa ‘estar curado de la COVID-19’? En este
sentido, se recomienda leer el artículo publicado
por N. A. Alwan en la revista Nature, describiendo
su experiencia personal [23].
• Efecto de la COVID-19 en el sistema nervioso
central [24].
• ¿Cómo va a interaccionar la COVID-19 con otras
enfermedades? Es especialmente inquietante
la interacción con enfermedades —malaria,
tuberculosis, ébola, zika, etc.— que están muy
extendidas en países en desarrollo [25].
• ¿Están funcionando los modelos matemáticos y
computacionales de predicción de la expansión
de la pandemia?
• ¿Funcionan los sistemas de rastreo de
la enfermedad? ¿Se están implantando
adecuadamente? En este sentido, las aplicaciones
en teléfonos móviles pueden ser de gran utilidad.
• ¿Cómo será la vuelta a la actividad educativa
presencial? En el momento de escribir este
artículo (comienzos de septiembre de 2020) es un
gran debate en España. Posiblemente cuando se
lea, tendremos datos que aprueben o reprueben
esta medida. Para el autor de este artículo, es
necesario no aplazar más la educación presencial,
especialmente para menores de 12 años y pedir
responsabilidad a los adolescentes y jóvenes
para que mantengan la distancia social (que, por
desgracia no se está cumpliendo con rigor).
• ¿En qué quedó la información de los efectos de
algunas sustancias químicas (o fármacos) que se
decía que podían proteger del virus o empeorar
sus efectos? Por citar algunos ejemplos: el ozono,
la nicotina, el ibuprofeno y otros anti-inflamatorios,
corticoides, antibióticos, inmunomoduladores,
algunos agentes antitumorales, etc.
• ¿Qué sabemos de las reinfecciones? ¿Son
posibles? Aparentemente sí, pero se conocen
pocos detalles. ¿Son frecuentes?
• ¿Son eficaces los métodos para detectar el virus?.
Sobre el origen del virus: se ha llegado a decir
que se ‘fabricó’ en un laboratorio e, incluso, que
tiene un origen extraterrestre [26]. Las evidencias
científicas sugieren que es un virus natural que
se transmitió de animales a seres humanos [27].
• ¿Podremos controlar del tráfico de animales para
evitar las enfermedades zoonóticas (las que se
transmiten de forma natural de animales a seres
humanos)?
Aunque prácticamente todo lo relacionado
con la COVID-19 ha sido negativo, hay algún
aspcto positivo, como el auge del teletrabajo y la
disminución de la contaminación en las grandes
ciudades. ¿Mantendremos estas tendencias?.
Algunos de estos asuntos están siendo investigados
activamente por la ciencia (también las ciencias
sociales y la filosofía), pero a día de hoy no tenemos
respuestas convincentes. Otros han desaparecido
del debate, pues se han identificado indudablemente
como mentiras.
Un ‘peligro’ inesperado: Trump y sus
recomendaciones
Ni en una pesadilla distópica se podría imaginar que
la persona más poderosa del mundo —el presidente
de los Estados Unidos— sería capaz de lanzar
mensajes y recomendaciones pseudocientíficas
para luchar contra la COVID-19.
Aparte de sus declaraciones en las que minimizada
el efecto de la enfermedad o recomendaba usar
una bufanda para taparse la boca, las afirmaciones
más graves están relacionadas con sus consejos
sobre los tratamientos; por supuesto sin evidencias
científicas y, en algunos casos, en contra de éstas.
Desde el comienzo de la pandemia, Trump ha
defendido el tratamiento con cloroquina y su
análogo, la hidroxicloroquina, afirmando que él
tomaba esta última aunque no tenía síntomas [28].
Estos son dos fármacos antimaláricos ya en desuso
para esta aplicación terapéutica (ver más adelante).
Trump seguía recomendándolas incluso cuando se
confirmó la ineficacia de estos fármacos contra la
COVID-19 y de los serios efectos secundarios que
podía provocar. Se ha publicado una cronología
comparativa de las opiniones de Trump y los avances
científicos sobre la hidroxicloroquina y la COVID-19
[29].
Bol. Grupo Español Carbón
9
En una comparecencia ante la prensa el 23 de
abril de 2020, Trump mencionó la posibilidad de
inyectarse o consumir lejía como tratamiento para
matar el virus. Rápidamente, expertos médicos,
científicos y responsables de la industria de la lejía
advirtieron de la peligrosidad de esta práctica, que
causa serios daños en los tejidos y en los vasos
sanguíneos, llegando a provocar la muerte [30]. Y,
aunque un poco de cultura científica (y algo de sentido
común) pensaría que esta es una recomendación
irresponsable, hubo fanáticos seguidores de Trump
que siguieron sus consejos, cifrándose en más de
100 afectados por esta práctica [31].
El 23 de agosto de 2020, Trump anunció que la FDA
(la agencia reguladora de medicamentos y alimentos
en los Estados Unidos) aprobó el uso del plasma de
pacientes convalecientes para tratar enfermos de
la COVID-19. Sin embargo, muchos expertos han
criticado esta decisión, pues no hay suficientes datos
clínicos que la avalen [32].
Más recientemente, Trump también ha recomendado
el uso de la oleandrina para tratar la COVID-19.
Este es un compuesto presente en un extracto del
arbusto Nerium oleander, que es venenoso [33].
Lo lamentable de esta propuesta es que Trump
no se basó en evidencias científicas, sino en
recomendaciones de su amigo (y donante de su
campaña electoral) M. J. Lindell, que es el principal
ejecutivo de la empresa MyPillow, que se dedica a la
venta de almohadas [34].
Situación en la ciencia provocada por la
COVID-19
La irrupción de la pandemia provocó un aluvión de
estudios científicos sobre el virus y la enfemedad; que
estuvieron estimulados por la esperanza de obtener
parte de la financiación extra que las agencias de
investigación han prometido.
La ciencia experimental también se vio confinada
(excepto algunas investigaciones sobre la COVID19), lo que provocó que numerosos proyectos
se paralizaran. Los frenazos en ciencia suponen
‘paradas de burro’, que luego cuesta arrancar. Esta
situación ha afectado especialmente a los jóvenes
investigadores que están terminando sus tesis
doctorales o en las primeras etapas predoctorales.
El hecho de que un alto porcentaje de los
investigadores a los que se permitió trabajar durante
el confinamiento lo hicieron sobre el SARS-CoV-2, ha
hecho que en poco tiempo aumentase rápidamente
el conocimiento sobre el virus y la enfermedad.
Durante este periodo, el número de publicaciones sobre
el virus y la enfermedad creció espectacularmente.
En un estudio bibliográfico realizado a comienzos de
mayo se sacaba la conclusión que cada dos semanas
se duplicaba el número de artículos. En apenas tres
meses se habían publicado unos 20.000 artículos
sobre coronavirus, mientras que la media anual
(entre 2004 y 2019) era de unos 3.000 artículos [35].
Un porcentaje significativo de estos estudios no
aportan nada más que confusión, pues no se ha
seguido el método científico, con serios fallos en el
diseño de los experimentos, la reproducibilidad y
repetibilidad de los mismos, e interpretación de los
resultados.
Por su escasa validez científica, la inmensa
mayoría (¿> 90%?) de estos estudios van a ser
marginales, por no decir inútiles, especialmente
cuando tengamos (¡ojalá que pronto!) vacunas y
tratamientos eficaces, que serán desarrollados por
empresas farmacéuticas, pues es poco realista que
se puedan realizar completamente en instituciones
académicas, debido, principalmente, a los costes de
los ensayos clínicos.
Es especialmente preocupante lo que está
ocurriendo con los muchos resultados relacionados
con posibles tratamientos farmacológicos (ver más
adelante). Bastante resultados en este área han sido
dados a conocer a la opinión pública a través de
notas de prensa cuando aún el artículo científico no
había pasado la revisión por expertos. Esto también
ha creado una gran zozobra en la ciudadanía que
ha pensado que ya teníamos cura para la COVID19, pero que ciertos ‘poderes ocultos’ no querían
ponerlos a nuestra disposición [36].
SARS-CoV-2 y COVID-19: un breve resumen
científico
El SARS-CoV-2 es una especie de coronavirus
que posee una hebra sencilla de ARN, con unos
30.000 nucleótidos, que codifican por 29 proteínas.
Los coronavirus usan un complejo de ARN
polimerasa dependiente de ARN (RNA-dependent
RNA polymerase, RdRp) para la replicación de sus
genomas y la transcripción de sus genes. El ARN
del SARS-CoV-2 es reconocido y traducidos por la
maquinaria de síntesis de proteína de las células
afectadas. A través del estudio del interactoma del
SARS-CoV-2 con células humanas se han detectado
más de 330 proteínas humanas que interaccionan
con las 29 proteínas del virus [37].
La mayor parte de las proteínas del SARS-CoV-2 se
han clonado y sobreexpresado, lo que ha permitido
su estudio estructural [38, 39]; que, a su vez, está
ayudando en el diseño de fármacos [40].
Los tres coronavirus infecciosos indicados
anteriormente entran en las células a través de la
enzima convertidora de agiotensina 2 (Angiotensin
Converting Enzyme, ACE2) [41], que es la enzima que
cataliza la hidrólisis de angiotensina I a angiotensina
1-9 y de angiotensina II a angiotensina 1-7. Las
angiotensinas (I y II) son dos hormonas peptídicas
—formadas por 10 aminoácidos la I y por 8 la II—
que participan en el sistema renina-angiotensinaaldosterona, que es uno de los principales
mecanismos de regulación de la tensión arterial y del
balance de agua y electrolitos en el cuerpo humano.
La ACE2 es una proteína transmembrana, ubicua en
nuestro organismo. Una parte de la ACE2 está en la
superficie externa de la célula, que es reconocida por
el coronavirus a través de la proteína de la cubierta
de éste —la proteína spike o proteína S— y es el
nº57 / Septiembre 2020
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punto de anclaje del virus a la célula huésped y por
donde se produce la infección. Por esta razón, a esta
proteína también se la denomina receptor ACE2. Se
ha encontrado que la afinidad del SARS-CoV-2 por
ACE2 es mayor que la de los virus análogos SARS
y MERS, lo que puede indicar la mayor rapidez en la
expansión de la epidemia de COVID-19 frente a las
otras dos enfermedades.
Tratamientos farmacológicos
Aparte de los ensayos con vacunas que se encuentran
en estados muy avanzados, la otra esperanza es
que haya algún tratamiento farmacológico que sea
capaz de eliminar el virus.
Numerosos grupos académicos en química médica
y empresas farmacéuticas han realizado ensayos
para encontrar moléculas pequeñas (no poliméricas,
como son las proteínas o los oligonucleótidos) que
pueden servir como prototipos para el desarrollo
de fármaco [42]. Como comentado anteriormente,
el conocimiento estructural del virus y de sus
componentes principales (la proteína spike, su
proteasa y el complejo RdRp) son de gran ayuda en
el diseño de fármacos.
Es bien conocido que el desarrollo de un fármaco
—desde la obtención de la molécula prototipo al
mercado— es un proceso largo, que puede llevar
entre 8 y 10 años. Las investigaciones actuales en el
diseño, síntesis y evaluación de nuevos compuestos
bioactivos contra la COVID-19 son preliminares y
aún no han pasado a ensayos clínicos.
Para el desarrollo de fármacos antivirales contra los
coronavirus, se pueden emplear diversas estrategias
terapéuticas, que están relacionadas con las etapas
en la del ciclo infectivo del virus: a) atrapar el virus
antes de que entre en las células (principalmente
con el uso de vacunas o anticuerpos); b) impedir
la interacción del virus con la membrana de la
célula humana; c) inhibición del complejo RdRp; d)
inhibición de la proteasa del virus; y e) impedir la
dispersión del virus, evitando la salida de la célula
infectada.
La extensión de este artículo no permite dar detalles
de cada estrategia, por lo que nos limitaremos a los
estudios de reutilización (repurposing, en la literatura
en inglés) de fármacos y del que parece que lleva la
delantera: el remdesivir.
La industria farmacéutica frente a la COVID-19:
reutilización de fármacos
Debido a la urgencia de un tratamiento para la COVID19; desde el comienzo de la pandemia, muchas
empresas farmacéuticas y algunos laboratorios
académicos han apostado por usar los numerosos
compuestos disponibles en sus colecciones para
hacer experimentos in vitro y ensayos celulares
para eliminar el virus—en algunos casos con el
SARS-CoV-2 y en otros con virus modelos—. Se
pensó, con buen criterio, que una estrategia eficaz
sería la reutilización de fármacos ya aprobados o en
fases clínicas avanzadas, pues de esta manera, los
laboratorios farmacéuticos se ahorrarían los ensayos
preclínicos (especialmente los referentes a toxicidad
en experimentos in vitro y en modelos de animales)
y los clínicos de la fase I (referentes a toxicidad con
personas sanas voluntarias).
Como indicado anteriormente, no todos los ensayos
con estos fármacos se han realizado con el suficiente
rigor científico, sus autores se han apresurado a
publicarlos en revistas científicas y a hacer anuncios
en los medios de comunicación, incluso antes de
pasar la evaluación de los expertos.
Esto ha dado lugar a casos de fármacos que
se anunciaron como eficaces contra el SARSCoV-2 y que luego no cumplieron las expectativas.
Podemos mencionar el ibuprofeno (antiinflamatorio),
la berberina (alcaloide con actividad antiviral), la
ivermectina (agente antihelmíntico, que también se
usa para tratar la ceguera de los ríos), la ciclosporina
(un agente inmunosupresor), la vitamina D (una
hormona esteroídica), el lopinavir y el ritonavir
(estos dos últimos son inhibidores de proteasas con
actividad anti-HIV, el virus del SIDA), entre otros.
Un caso especial son los agentes antimaláricos
cloroquina e hidroxicloroquina (figura 5), los fármacos
‘estrella’ publicitados por Trump.
A pesar de la falta de resultados convincentes, la OMS
promovió ensayos clínicos masivos del remdesivir,
cloroquina/hidroxicloroquina y lopinavir/ritonavir,
bien solos o combinados con interferón beta, un
agente inmunomodulador [43]. Aparentemente, solo
los resultados con remdesivir fueron satisfactorios.
Los ensayos clínicos con los antimaláricos y con
los inhibidores de la proteasa del HIV han sido
abandonados [44].
Cloroquina e hidroxicloroquina
La cloroquina se descubrió en 1934 y la
hidroxicloroquina en 1946. Se desarrollaron para
tratar la malaria, sustituyendo a la quinina (descubierta
en 1820, fue el primer fármaco antimalárico) que se
venía utilizando desde el siglo XIX.
Hay que tener en cuenta que el uso de fármacos
desarrollados hace varias décadas para fines
terapéuticos distintos, en situaciones sociales
distintas (había que buscar urgentemente una
solución para la malaria resistente a la quinina) y
con distintas regulaciones (estos antimaláricos se
comercializan como racémicos, impensable en la
industria farmacéutica desde hace más de 50 años)
no puede autorizarse si no pasan las exigencias
clínicas de 2020.
Aunque la cloroquina y la hidroxicloroquina se
aprobaron en su momento para tratar la malaria,
estos fármacos se continuaron investigando,
haciendo el seguimiento de sus efectos secundarios,
encontrándose que son muchos —lo que se ha
confirmado en 2020 al hacer los ensayos clínicos
para tratar la COVID-19— y la industria farmacéutica
siguió buscando alternativas, encontrando otros
fármacos —como la artemisina— más eficaces y
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11
Figura 5. Estructura de los agentes antimaláricos quirina, cloroquina e hidroxicloroquina.
seguros. El descubrimiento de la artemisina y su
aplicación para tratar la malaria fue reconocido con el
premio Nobel de Fisiología/Medicina para Tu Youyou
en 2015 [45].
Dexametasona
Un fármaco que está siendo estudiado actualmente
es la dexametasona (figura 6). Según los estudios
clínicos difundidos por la OMS, su uso reduce
la mortalidad en enfermos graves, pero no es
recomendado en pacientes con síntomas leves [46].
Este compuesto es un esteroide sintético de la
familia de los corticoides, similar a la hidrocortisona
(cortisol), aunque más activo biológicamente. La
hidrocortisona es una hormona esteroídica con
propiedades antiinflamatorias e inmunoestimulantes.
Puesto que uno de los primeros efectos de la COVID19 es la neumonía —una enfermedad inflamatoria—,
no es extraño que un compuesto tan potente
biológicamente como la dexametasona pueda aliviar
los síntomas de la enfermedad. En cualquier caso,
los resultados obtenidos hasta el momento son
preliminares.
Remdesivir
El remdesivir (Figura 7) es un análogo de nucleósido
que inhibe el complejo RdRp de numerosos
coronavirus [47]. Originalmente se diseñó para tratar
el MERS [48], pero la emergencia de la COVID-19
hizo que comenzasen los ensayos clínicos para
tratar esta enfermedad. Estos ensayos se están
realizando en diversos países y, aunque no están
exentos de controversias, posiblemente será primer
fármaco disponible para tratar la COVID-19. El 30
de abril de 2020, este medicamento fue aprobado
como tratamiento de emergencia en Estados Unidos.
La Agencia Europea del medicamento lo aprobó a
finales de junio de 2020.
Figura 6. Estructuras de la dexametasona y de la hidrocortisona. Figura 7. Estructura del remdesivir.
Biomedicina y ciencia de los materiales
La biomedicina y la ciencia de los materiales son dos
áreas del conocimiento fundamentales en el progreso
de la humanidad, pues contribuyen a mejorar nuestra
salud y nos proporcionan los utensilios necesarios
para nuestro bienestar.
La biomedicina es un área multidisciplinar que tiene
por objetivo mejorar la salud humana. En el desarrollo
de la biomedicina participan numerosas otras
disciplinas científicas, desde actividades prácticas
como la medicina hasta ciencias básicas como
las matemáticas, pasando por la biología humana,
biología del organismo y de sistemas, fisiología,
inmunología, neurociencias, endocrinología,
bioquímica, biología celular, biología molecular,
ciencias de los materiales, informática, física y
química.
La ciencia de los materiales es un área
multidisciplinar con objetivos prácticos: crear
materiales con propiedades definidas. Al desarrollo
de este área contribuyen la física, la nanociencia, la
nanotecnología, la ingeniería, las matemáticas y la
química. La ciencia de los materiales es un campo
científico que abarca aplicaciones muy diversas,
desde la producción y almacenamiento de energía
a materiales electrónicos, pasando por materiales de
nº57 / Septiembre 2020
12
Figura 8. Relación de la química con otras áreas científicas.
protección medioambiental, materiales deportivos,
etc.
Un área importante de la ciencia de los materiales
es el estudio de materiales nanoestructurados y sus
aplicaciones tecnológicas. Un nanomaterial es un
material que tiene al menos una dimensión menor
de 100 Å. Es conocido que las propiedades de la
materia dependen de su tamaño, encontrándose
que los materiales en escala microscópicas son
muy distintas de las que se encuentran en escala
microscópica y mesoscópica.
La interacción de la biomedicina con la ciencia de
los materiales y la nanociencia da lugar a áreas
científicas como la ciencia de biomateriales y la
nanobiomedicina [49].
La figura 8 muestra la relación entre las distintas
áreas de la ciencia (desde la perspectiva de la
química).
Nanomateriales en la detección y eliminación de
coronavirus
Antes de la pandemia de COVID-19, había algunas
publicaciones describiendo las aplicaciones de
nanomaterials en la detección y eliminación de
coronavirus. En 2018 se publicó que nanoclústeres
de AgS2
poseen actividad antiviral, siendo capaces
de eliminar el virus diarreico de la epidemia porcina
(porcine epidemic diarrhea virus, PEDV) como
un modelo del coronavirus [50]. Ese mismo año
se describió un immunosensor basado en MoS2
funcionalizado con un anticuerpo para la detección
de un coronavirus aviar [51].
Recientemente se ha publicado un artículo
describiendo el uso de un biosensor basado en
el transistor de efecto campo, que usa un método
inmunológico para el diagnóstico rápido de la
COVID-19 que no necesita preparación previa de
la muestra [52].
En la revista Nanotech se ha publicado un informe
de diversos nanomateriales con actividades
antibacterianas y antivirales, con información
de diversas compañías que comercializan estos
productos [53].
Tres revisiones recientes han discutido el papel
de la nanotecnología en la lucha contra la COVID19. Algunas aplicaciones potenciales de los
nanomateriales son como sensores para una
detección temprana del virus, la preparación de
nanovacunas como herramienta de prevención
de la enfermedad y el usos de nanomateriales
biológicamente activos capaces de inactivar o
eliminar el virus [54-56].
El papel del grafeno en la ‘lucha’ contra la
COVID-19
Debido a sus propiedades —principalmente
eléctricas, resistencia, flexibilidad y sus capacidades
de adsorción y absorción de partículas— los
materiales grafénicos pueden ser útiles para equipos
de protección indivivuales (EPIs) y para dispositivos
médicos (principalmente sensores para diagnóstico)
[57-58]. Actualmente varios grupos académicos y
prácticamente todas las empresas del sector están
desarrollando materiales para la actuar contra la
COVID-19.
Recientemente se han publicado un estudio
computacional de la interacción electrostática del
agua con un material composite formado por óxido
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13
de grafeno y poli(metacrilato de metilo). Los autores
discuten la posibilidad de fabricar tejidos protectores
de los virus aéreos (como el SARS-CoV-2). La
actividad antiviral se deberá a la interacción
entre el material y la proteína spike —cargada
negativamente— de la cubierta del virus [59].
Los materiales grafénicos se han usado para detectar
diversos biomarcadores de diversas enfermedades
(incluyendo las virales) en biopsias líquidas [60].
Otras aplicaciones incluyen el uso de una lámina de
grafeno para detectar señales eléctricas producidas
por estructuras biológicas, que pueden ser útiles
para detectar cepas de microorganismos [61].
Diversos materiales grafénicos se emplean para
fabricar mascarillas [62-63], con algunas ya en el
mercado [64].
Conclusiones y perspectivas de futuro
Tanto desde los aspectos científico y social, quedan
muchos asuntos pendientes en relación con la
COVID-19. Algunos de estas cuestiones son las
siguientes:
1. ¿Hemos aprendido la lección? ¿Estamos
preparados para la próxima crisis sanitaria?
2. ¿Cómo modificará nuestra vida la COVID-19?
¿Se recuperarán los empleos y la economía?
¿Cuánto tiempo tendremos que mantener las
medidas preventivas, especialmente la distancia
social? ¿Seremos disciplinados? Posiblemente
nuestra vida estará condicionada hasta que
dispongamos de una vacuna.
3. ¿Serán las vacunas eficientes o las urgencias
por tenerla disponibles menoscabará esta
característica (que es lo que distingue a un
fármaco de un compuesto biológicamente
activo)?
4. ¿Habrá vacunas para todos? ¿Cómo se
distribuirán entre los países y entre las
personas? ¿Será otra faceta que provocará más
desigualdad entre países y seres humanos?
Este es un aspecto que ha sido estudiado por
expertos en salud pública [65].
5. ¿Profundizaremos en las causas de la COVID19? ¿Conoceremos en detalle los mecanismos
moleculares responsables de los diferentes
síntomas provocados por el virus? [66].
¿Controlaremos la enfermedades zoonóticas?.
6. ¿Cuál será el papel de la nanotecnología y,
especialmente, la basada en los materiales
grafénicos en la lucha contra las infecciones? En
este contexto, hay cuatro aspectos en los que la
nanociencia puede jugar un papel importante.
a. Puede ser una tecnología fundamental en
el diseño de vacunas, especialmente en
relación con el transporte y presentación de
las mismas.
b. La nanociencia sirve para la modificación
de agentes antivirales, particularmente los
de origen natural. Hay que recordar que
la química de productos naturales es una
fuente muy importante de compuestos
biológicamente activos [67]. Su modificación
como materiales nanoestructurados puede
mejorar sus propiedades farmacocinéticas y
modular su actividad biológica.
c. A través de la nanotecnología se podrían
desarrollar métodos rápidos y baratos de
diagnóstico.
d. El empleo de nanomateriales para fabricar
EPIs eficaces que permitan controlar la
expansión de la enfermedad.
Agradecimientos
Se agradece la financiación del Ministerio de Ciencia
e Innovación (proyecto RTI2018-095425-B-I00).
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