Investigaciones previas realizadas en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos del Centro de Investigación en Biotecnología del Instituto Tecnológico de Costa Rica han sentado la base para el desarrollo de la investigación biomédica en la Institución. Esto ha permitido el establecimiento de tecnologías para el estudio de la actividad biológica de diversos agentes en modelos celulares, llevando a la identificación de sustancias bioactivas de origen botánico con potenciales propiedades terapéuticas. En este sentido, el proyecto vigente “Caracterización de la actividad biológica in vitro de tres especies vegetales de interés científico nativas de Costa Rica” permitió identificar que el jugo de la mora tropical de altura (Rubus adenotrichos) posee gran potencial anti-carcinogénico, específicamente como agente quimiopreventivo contra el cáncer de piel. La presente propuesta pretende realizar una caracterización molecular más detallada de la actividad biológica de la mora tropical de altura, con el fin de identificar en dos fracciones químicas cuáles son los compuestos específicos responsables de la bioactividad, así como la dilucidación específica de las vías celulares involucradas, utilizando modelos celulares in vitro de líneas cancerosas representativas de los principales tipos de cáncer en Costa Rica. Para ello, se estudiará la expresión y localización celular de proteínas relacionadas con la proliferación y muerte celular, a la vez que se analizará la modulación de los genes que regulan estos procesos.

Además, se determinará si dichas fracciones poseen efectos a nivel sistémico, utilizando un modelo de piel reconstruida in vitro por ingeniería de tejidos, y se iniciarán estudios del efecto metabólico de las fracciones en modelos animales. La interdisciplinariedad de este proyecto afianzará colaboraciones con otros investigadores y docentes a nivel nacional e internacional y se espera que los resultados obtenidos permitan, en el mediano plazo, desarrollar un producto comercializable a nivel industrial.

Citotoxicidad, quimioprevención, apoptosis, transcriptómica, expresión génica.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

El objetivo propuesto es el apoyar el proceso de comercialización de especies frutales de altura a través del conocimiento y divulgación de su contenido polifenólico y potencial bioactivo saludable para beneficio de los productores y de la población costarricense.

Asociaciones de productores, implementación de plan de mejoras, entrenamiento, competitividad

• Subárea asociada: Economía y Negocios

Desarrollo de un sistema de estudios in vitro adaptable a equipo de pruebas dinámicas, con miras a generar estímulos biomecánicos sobre cultivos celulares

Producción de aleaciones de titano nano-estrucuturas por deformación plástica severa con recubrimientos biofuncionalizados para su aplicación en dispositivos médicos

Análisis de flujos metabólicos compartimentalizados en microalgas autóctonas de Costa Rica.

El Instituto Tecnológico de Costa Rica, en el Centro de Investigación en Biotecnología cuenta con un cepario de alrededor 20 especies de microalgas aisladas de diferentes regiones del país. Como organismos fotosintéticos estos presentan alto potencial para ser utilizados en producción industrial de aceites, hidrocarburos, polisacáridos, hidrógeno, amino ácidos, entre otros, siendo de interés como nutrientes en agronomía, combustibles renovables u otros productos de alto valor agregado; hasta como organismos fijadores de CO2 y fósforo. Entre las dificultades del uso de estos organismos para producción industrial, está el hecho de que no existe un conocimiento profundo de su funcionamiento, siendo este necesario para optimizar su metabolismo en función de la producción deseada. La biología de sistemas (Sistems Biology) busca conocer el funcionamiento metabólico de los organismos vivos, de forma que sea posible predecir (modelar) estos sistemas complejos para poder hace uso de ese conocimiento.

Esta, utiliza herramientas como la metabolómica, proteómica o genética para conocer y modelar el comportamiento de los microorganismos y así enfocarlo a una productividad definida mediante la ingeniería metabólica.

Una herramienta utilizada por la ingeniería metabólica para la evaluación de los metabolismos de especies es el Análisis de Flujos metabólicos (MFA, metabolic flux analysis), que hace uso de la espectrometría de masas para analizar metabolitos a nivel intracelular, y con la cual se obtiene un mapa de balances de masas en el metabolismo. Con esta información es posible determinar el potencial productivo de las especies evaluadas.

En organismos compartimentalizados como las microalgas (presencia de cloroplastos y mitocondrias) el MFA se ha realizado solamente en pocas especies conocidas y hasta el momento solo se han analizado los metabolitos con modelos que obvian la compartimentalización, perdiendo
información sobre el comportamiento real del metabolismo. El presente proyecto pretende desarrollar una metodología que permita realizar el MFA tomando en cuenta la compartimentalización de los metabolitos mediante el aislamiento de organelas, para aumentar el nivel de conocimiento del comportamiento metabólico y el potencial productivo de microalgas
costarricenses a utilizar a futuro como fábricas unicelulares.

Modelación de producción, protección y evaluación económica de cultivos en sistemas agroforestales de cacao en Osa y Golfito

Hasta hace poco tiempo no había existido la necesidad de estudiar a profundidad los requerimientos de caudal ambiental dentro del marco nacional del otorgamiento de concesiones, sin embargo, aproximadamente en los últimos 25 años, esa visión ha cambiado por múltiples causas, una de ellas es el cambio y la intensidad en los usos de la tierra que han aumentado drásticamente la demanda de agua, y en consecuencia han provocado la urgencia de atender las solicitudes de concesión desde un punto de vista de gestión integrada del recurso hídrico. Este proyecto responde precisamente a la necesidad que tiene el país de contar con una o varias metodologías de cálculo caudal ambiental en sus ríos, especialmente cuando los conflictos por el uso del agua se han incrementado entre comunidades, empresas y grupos ambientalistas. En esta propuesta, se cumple con la tercera etapa en la ruta de investigación trazada, donde se validará una metodología holística previamente seleccionada en la cuenca del río Tempisque. Esta cuenca representa una opción ideal para este estudio, tanto por sus condiciones climáticas, como por la gran cantidad de aprovechamientos de agua a lo largo de su cauce, es decir, al realizar esta investigación se obtendrían resultados para un escenario complejo y de alto impacto socioeconómico que se podrían aplicar a otros ríos del país. Previo a este proyecto, se han realizados dos investigaciones sobre otras metodologías existentes a nivel internacional, en una se validó una metodología hidrológica para una cuenca piloto: subcuenca del río Birrís; y en otra se probó una metodología hidrobiológica para la subcuenca del río Pejibaye. En esta ocasión, la propuesta pretende avanzar en la ruta de investigación y elevar el nivel de complejidad, aplicando una metodología holística en la cuenca del río Tempisque, donde se integran los componentes hidrológico, biológico y sociocultural. El principal resultado esperado de este proyecto es una metodología validada para la determinación de caudal ambiental que sirva de aporte a la gestión que actualmente opera el gobierno de Costa Rica.

Palabras clave: Caudal Ambiental, Concesión de Agua, Recurso Hídrico, Costa Rica

• Otras áreas: Ingeniería y Tecnología, Ciencias Sociales
• Sub área: Ciencias Biológicas, Otras Ingenierías y Tecnologías, Otras ciencias sociales

Objetivo General:

Estudiar las interacciones moleculares de las metaloproteinasas hemorrágicas de venenos de serpiente (SVMPs) con la membrana basal (MB) vascular con el fin de comprender cómo estas interacciones influencian la capacidad de una toxina de inducir hemorragia.

Los venenos de las serpientes de la familia Viperidae se caracterizan por una enorme complejidad bioquímica, y están compuestos por una gran cantidad de proteínas. Aún con la administración de sueros antiofídicos, muchas de estas proteínas siguen dañando al organismo, dado que las funciones de neutralización del suero son limitadas. Dos de las proteínas más abundantes en el veneno de las serpientes, y que “escapan” a la neutralización del suero antiofídico, son las fosfolipasas A2 y las metaloproteinasas P-III. Es por ello que para abordar estos interrogantes se hace necesario estudiar la estructura y función de estas proteínas y buscar inhibidores alternativos de mejor respuesta. Una de las técnicas biofísicas más poderosas y mayormente utilizadas a nivel mundial para el estudio estructural de proteínas es la cristalografía de rayos X. Esta técnica requiere como primer paso obtener monocristales de las proteínas en estudio, para posteriormente difractarlos con rayos X, y a partir de los datos obtenidos resolver la estructura 3D correspondiente. En este proyecto se realizará una búsqueda de: 1) moléculas inhibitorias para la fosfolipasa; así como 2 ) las condiciones de cristalización de las metaloproteinasas P-III, para resolver sus estructuras tridimensionales. Este proyecto permitirá un mayor entendimiento de los envenenamientos por mordedura de serpientes, y contribuirá a mejorar el conocimiento básico de los efectos de sus mecanismos patofisiológicos.

Objetivo General:

Estudiar las estructuras tridimensionales de las fosfolipasas A2 y metaloproteinasas P-III hemorrágicas provenientes de venenos de serpientes de importancia biomédica para la búsqueda de posibles moléculas terapéuticas inhibitorias mediante difracción de rayos X.