Repositorio Digital - Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales
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Possible new mitochondrial mechanism of vitamin C anticancer activity
No full textLa principal característica de los tumores malignos de crecimiento rápido es el metabolismo de tipo Warburg, que está directamente relacionado con una cantidad extremadamente alta de hexocinasa (HK) unida a los canales de aniones dependientes de voltaje (VDAC) en la membrana externa mitocondrial. Anteriormente, explicamos el metabolismo de tipo Warburg como resultado de la supresión eléctrica de las mitocondrias debido al cierre de VDAC libres que no están unidos a HK. Aquí, proponemos un posible nuevo mecanismo de actividad anticancerígena de vitamina C (ascorbato) en dosis altas estimado con un modelo computacional simplificado. De acuerdo con la hipótesis propuesta y el modelo, la oxidación del ascorbato en las mitocondrias conduce a la generación del potencial de membrana externa (PMO) negativo de signo opuesto al PMO positivo generado por los complejos VDAC-HK en las células cancerosas.
la reapertura de los VDAC eléctricamente cerrados, reprogramando así el metabolismo energético de las células. Según la hipótesis, los mediadores redox, que aumentan la tasa de oxidación del ascorbato en las mitocondrias, deberían aumentar sinérgicamente los efectos anticancerígenos del ascorbato en dosis altas de acuerdo con los datos experimentales registrados en el literatura. El modelo muestra que incluso pequeños cambios en la sensibilidad al voltaje VDAC y/o la cantidad de complejos VDAC-HK, que se sabe que son causados por varios factores fisiológicos, podrían influir fuertemente en el mecanismo mitocondrial propuesto de la actividad anticancerígena del ascorbato.The main feature of fast-growing malignant tumors is the Warburg-type metabolism, which is directly related to an extremely high quantity of hexokinase (HK) bound to the voltage-dependent anion channels (VDACs) in the mitochondrial outer membrane. Previously, we explained the Warburg type metabolism as a result of the electrical suppression of mitochondria due to the closure of free VDACs that are not bound to HK. Here, we propose a possible new mechanism of high-dose vitamin C (ascorbate) anticancer activity estimated with a simplified computational model. According to the proposed hypothesis and the model, ascorbate oxidation in mitochondria leads to the generation of the negative outer membrane potential (OMP) of opposite sign to the positive OMP generated by the VDAC-HK complexes in cancer cells. The model demonstrates that negative OMP generated by any mechanism, even of relatively low magnitudes, leads to the reopening of the electrically closed VDACs, thus reprogramming cell energy metabolism. According to the hypothesis, redox mediators, which increase the rate of ascorbate oxidation in mitochondria, should synergistically increase anticancer effects of high-dose ascorbate in accordance with experimental data recorded in the literature. The model shows that even small changes in the VDAC-voltage sensitivity and/or quantity of the VDAC-HK complexes, known to be caused by various physiological factors, might strongly influence the proposed mitochondrial mechanism of ascorbate anticancer activit
Solving the eigenvalue complementarity problem using a quasi-Newton algorithm
No full textEn este artículo consideramos el problema de valor propio de complementariedad, el cual es de gran interés para muchos investigadores debido a sus numerosas aplicaciones en Ingeniería y Física. Abordamos su solución como un problema de complementariedad no lineal utilizando un método cuasi-Newton, un tipo de método que, hasta donde sabemos, no ha sido utilizado para este propósito. Verificamos que el problema satisface ciertas hipótesis que permiten el uso de un algoritmo cuasi-Newton global y analizamos su desempeño numérico. Las pruebas numéricas muestran la eficiencia del algoritmo utilizado y lo convierten en una buena alternativa para resolver problemas de valores propios complementarios.In this article we consider the complementarity eigenvalue problem, which is of great interest to many researchers due to its numerous applications in Engineering and Physics. We approach its solution as a nonlinear complementarity problem using a quasi-Newton method, a type of method that, as far as we know, has not been used for this purpose. We verify that the problem satisfies certain hypotheses that allow the use of a global quasi-Newton algorithm and we analyze its numerical performance. Numerical tests show the efficiency of the algorithm used and make it a good alternative to solve complementary eigenvalue problems
Methods for obtaining and applying magnetic nanoparticles in cancer diagnosis and treatment: A review
No full textEl cáncer es una enfermedad heterogénea con múltiples mecanismos de evasión, resistencia, proliferación y supervivencia de la respuesta inmune. Según la Organización Mundial de la Salud, su tasa de mortalidad se ha incrementado debido a los malos hábitos de la población (tabaco, bajo consumo de verduras y frutas, alcohol y drogas), lo que sumado a sistemas de salud deficientes e ineficientes, especialmente en los estratos bajos y medios. -países de bajos ingresos, la ha convertido en la segunda causa de muerte a nivel mundial. La nanomedicina ha permitido la investigación y el desarrollo de nuevos sistemas terapéuticos con nanopartículas magnéticas. Nuestra revisión tuvo como objetivo informar los principales métodos para la obtención de nanopartículas magnéticas y discutir brevemente su funcionalización y aplicación en el campo de la oncología. Nuestra búsqueda se realizó en revistas indexadas disponibles en bases de datos científicas. Seleccionamos artículos de alto impacto con el mayor número de citas. Mediante criterios de inclusión y exclusión establecimos indicadores específicos para nanopartículas magnéticas y aplicaciones biomédicas. Nuestros resultados evidenciaron que las más utilizadas son las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPION) debido a su multifuncionalidad y excelentes propiedades físico-químicas y biológicas. Además, son altamente citotóxicos para las células cancerosas y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. Mediante criterios de inclusión y exclusión establecimos indicadores específicos para nanopartículas magnéticas y aplicaciones biomédicas. Nuestros resultados evidenciaron que las más utilizadas son las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPION) debido a su multifuncionalidad y excelentes propiedades físico-químicas y biológicas. Además, son altamente citotóxicos para las células cancerosas y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. Mediante criterios de inclusión y exclusión establecimos indicadores específicos para nanopartículas magnéticas y aplicaciones biomédicas. Nuestros resultados evidenciaron que las más utilizadas son las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPION) debido a su multifuncionalidad y excelentes propiedades físico-químicas y biológicas. Además, son altamente citotóxicos para las células cancerosas y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. Nuestros resultados evidenciaron que las más utilizadas son las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPION) debido a su multifuncionalidad y excelentes propiedades físico-químicas y biológicas. Además, son altamente citotóxicos para las células cancerosas y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. Nuestros resultados evidenciaron que las más utilizadas son las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPION) debido a su multifuncionalidad y excelentes propiedades físico-químicas y biológicas. Además, son altamente citotóxicos para las células cancerosas y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico. y producen un alto porcentaje de muerte celular. Finalmente, los tratamientos alternativos como la hipertermia magnética, la terapia génica y la administración de fármacos reducen los efectos secundarios en comparación con los tratamientos convencionales, lo que los posiciona como tratamientos prometedores. Además, los agentes de contraste utilizados en la resonancia magnética mejoran el diagnóstico.Cancer is a heterogeneous disease with multiple mechanisms of immune response evasion,resistance, proliferation, and survival. According to the World Health Organization, its mortality rate has increased due to the poor habits of the population (tobacco, low consumption of vegetablesand fruits, alcohol, and drugs), which added to poor and inefficient health systems, especially in low- and middle-income countries, has turned it into the second leading cause of death worldwide. Nanomedicine has allowed the research and development of new therapeutic systems with magnetic nanoparticles. Our review aimed at reporting the main methods for obtaining magnetic nanoparticles and discussing briefly their functionalization and application in the field of oncology. Our search was carried out in indexed journals available in scientific databases. We selected high-impact articles with the highest number of citations. Through inclusion and exclusion criteria we established specific indicators for magnetic nanoparticles and biomedical applications. Our results evidenced that the most widely used are the superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) due to their multifunctionality, and excellent physico-chemical, and biological properties. Furthermore, they are highly cytotoxic for cancer cells, and produce a high percentage of cell death. Finally, alternative treatments such as magnetic hyperthermia, gene therapy, and drug administration reduce side effects as compared with conventional treatments positioning them as promising treatments. In addition, contrast agents used in magnetic resonance imaging improve diagnosis
Changes in the spatial patterns of burned area in Colombia, what happened in the first two decades of the 21st century?
No full textColombia ha venido avanzando en el monitoreo anual de los incendios forestales y el área quemada y su relación con las variaciones en un mismo año y de un año a otro de las condiciones climáticas que los propician, así como de las causas antrópicas que los generan. A nivel mundial se habla de cambios en el régimen de incendios, no obstante, en Colombia todavía no se ha determinado si la tendencia en el tiempo es de aumento en la extensión, tamaño y frecuencia de los incendios. En este estudio se presenta un análisis comparativo de las dos primeras décadas del siglo XXI en términos de los patrones espaciales y temporales de las áreas quemadas, con el objetivo de analizar cambios en algunos parámetros del régimen de incendios en el país (extensión total, tamaño, configuración espacial de los parches quemados y frecuencia). Se utilizó la información del producto de área quemada mensual Fire_cci v5.1 derivado del sensor MODIS a una resolución de 250 m para mapear mensualmente todos los parches detectados como quemados o las cicatrices de quemas desde enero del 2001 hasta marzo del 2020. El área quemada presentó una gran variabilidad anual y en el curso del año, siendo febrero y enero los meses más afectados por incendios. El área total quemada en un mes ha tendido a disminuir en la segunda década del siglo XXI, pero el tamaño promedio de los parches quemados ha aumentado de 188,75 ha en promedio en la primera década a 196,2 ha en la segunda década, durante la cual también se han detectado un mayor número de fragmentos. En términos de frecuencia, se encontró una gran variabilidad con zonas, especialmente las bajas, donde ha aumentado la frecuencia en la segunda década comparada con la primera. Se confirmó un cambio en algunas propiedades del régimen de incendios en Colombia, ya que, aunque el área total afectada disminuyó y los incendios menores se redujeron, el patrón encontrado indica una clara tendencia a más incendios de mayor tamaño y frecuencia.Colombia has been making progress in monitoring the annual occurrence of forest fires and burned areas, and their relationship with the interannual and intraannual variations of both the climatic conditions that facilitate them and their anthropic causes. At the global level, the changes in the fire regime are documented, but in Colombia, we have not yet established whether the trend over time has been toward an increase in the extension, size, and frequency of fires. The present study is a comparative analysis of the first two decades of the 21st century in terms of the spatial and temporal patterns of detected burned areas to analyze changes in some parameters of the fire regime in the country (total extension, size, spatial configuration of burned patches, and frequency). Information from the monthly burned area product Fire_cci v5.1 derived from MODIS at a resolution of 250 m was used to map monthly all the patches detected as burns (or burn scars) from January 2001 to March 2020. The results indicated that the burned area had high annual and intraannual variability, with February and January as the months most affected by fires. The total monthly area burned tended to decrease in the second decade of the 21st century, but the average size of the burned patches increased from 188.75 ha on average in the first decade to 196.2 ha on average in the second decade when also a greater number of fragments was detected. In terms of frequency, there was high variability, especially in lowland areas where the frequency has increased in the second decade compared to the first. Some properties of the fire regime in Colombia did change and despite a decrease in the total area, the results of the study indicated a clear trend towards more, larger, and more frequent fires
