El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte por cáncer en todo el mundo. Los métodos de tratamiento convencionales no suelen dar lugar a recuperaciones a largo plazo. Además de la proliferación de las células tumorales, está el crecimiento de los vasos sanguíneos que controlan el desarrollo de tumores. El crecimiento de dichos vasos está controlado por varias células de señalización. Científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del corazón y de pulmón en Bad Nauheim y la Universidad Justus Liebig de Giessen (Alemania) han descubierto una molécula que juega un papel clave en este proceso. Tuvieron éxito en la reducción del crecimiento tumoral en los experimentos mediante el bloqueo de la fosfodiesterasa PDE4.
El cáncer de pulmón afecta principalmente a los fumadores, pero la enfermedad también puede ser causada por contacto con sustancias cancerígenas. La quimioterapia o radioterapia son a menudo insuficientes en el tratamiento del tumor. Los científicos dedican mucho esfuerzo para hallar formas de detener el crecimiento de los tumores de pulmón. Los vasos sanguíneos que irrigan el tumor con nutrientes ofrecen un potencial frente de ataque.
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| Las células pulmonares producen PDE4 (teñido de verde: a la izquierda), aunque el contenido de oxígeno es normal.Se produce más PDE4 (la derecha) si son deficientes en oxígeno(hipoxia). Los núcleos celulares se tiñen de azul Crédito: Instituto Max Plank . |
La enfermedad desarrolla nuevos vasos sanguíneos para garantizar un suministro adecuado de nutrientes al tumor en crecimiento. El tejido irrigado por esos vasos comienza a crecer. A su vez, el crecimiento de los vasos sanguíneos está regulado por las células tumorales utilizando un aluvión de señales que se activan inicialmente por un bajo contenido de oxígeno (hipoxia) en el tejido tumoral.
"Este estado, conocido como hipoxia solicita la activación de alrededor de 100 genes en las células tumorales", explica Rajkumar Savai, líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck. "Además de la formación de vasos sanguíneos, la hipoxia también estimula la proliferación de células de cáncer de pulmón."
Tres moléculas desempeñan un papel particularmente importante en este proceso. La activación de los genes en el comienzo del aluvión de señales, se desencadena por el factor de transcripción HIF1A y una molécula cAMP que hace de transmisor. Los investigadores examinaron detalladamente la tercera molécula que actúa como un vínculo entre estas dos.
La molécula en cuestión es una fosfodiesterasa, PDE4. Los investigadores fueron capaces de demostrar en su estudio que varias secciones de la PDE4 tienen vínculos de unión en el HIF1A.
Los investigadores decidieron probar la influencia que tendría un bloqueo de PDE4 en las células de diez líneas de células diferentes, -las más comunes en el 80 por ciento de los cánceres de pulmón-. La tasa de división celular en las células tratadas con un inhibidor de PDE4 fue significativamente menor y el nivel de HIF1A, dieron como resultado una disminución.
El las pruebas efectuadas en el laboratorio con ratones, implantando células tumorales humanas bajo la piel de los animales, y tratados con el inhibidor de PDE4, hubo una desaceleración significativa de las células tumorales, lo cual frenó significativamente el crecimiento del tumor.
Un equipo científico han creado la primera red primaria cuántica
basada en un internaz entre átomos y fotones. El grupo del MPQ (Instituto Max Planck de Óptica Cuántica) realiza la primera red primaria cuántica
basada en interfaces entre átomos y fotones.
Nuestra comunicación diaria se basa en sofisticadas redes,
con datos que se transfieren a la velocidad de la luz entre diferentes nodos. Una red de comunicación cuántica, es un reto enorme y
complejo construir . Estas redes cuánticas que difieren profundamente de redes
convencionales, aparte de darnos una idea sobre las cuestiones fundamentales de
la física, también podrían tener
aplicaciones en comunicaciones seguras, y ser utilizadas para la
computación distribuida cuántica.
Un requisito previo para hacer
funcionales las redes cuánticas funcionen, es crear nodos fijos que permitan el
intercambio de información cuántica en ambas direcciones.
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| Copyright: Andreas Neuzner, MPQ |
Un gran avance en este campo ha sido logrado por los
científicos en el grupo del profesor Gerhard Rempe, director del Instituto Max
Planck de Óptica Cuántica y el jefe de la división de Dinámica Cuántica: Los
físicos han puesto en marcha la primera red, cuantica elemental. Se trata de
un nodo compuesto de dos átomos individuales que se comunican a través del intercambio coherente de fotones
individuales.
"Este método de redes cuánticas es particularmente prometedor, ya que proporciona una perspectiva clara para una escalabilidad,"
La información cuántica es extremadamente frágil y no puede
ser clonada. Con el fin de evitar la alteración o incluso la pérdida de la
información, es necesario tener un perfecto control de todos los componentes de
la red cuántica. El más pequeño, la memoria estática de la información cuántica
es un solo átomo y, los fotones
individuales representan los mensajeros perfectos. La transferencia de
información eficiente entre un átomo y un fotón, sin embargo, requiere una
fuerte interacción entre los dos, que no puede lograrse con los átomos en un espacio libre. Tras una propuesta del profesor Ignacio Cirac (director del
MPQ y jefe de la división de la teoría y físico español reconocido
por sus investigaciones en computación cuántica y óptica cuántica),
el grupo del profesor Rempe, ha invertido muchos años trabajando en sistemas de óptica
cuántica., concretamente en las cavidades ópticas. Estas cavidades están
compuestas por dos espejos altamente reflectantes colocados a una distancia muy
corta. La emisión de fotones de un átomo dentro de una cavidad se dirige y
por lo tanto pueden ser enviados a otros nodos de la red de una manera
controlada. Un fotón al entrar en la cavidad se refleja entre los espejos
varios miles de veces. De esta manera, la interacción átomo-fotón está
fuertemente mejorado, y como consecuencia de ello, el átomo puede absorber al
fotón de manera coherente y con una alta eficiencia.
El experimento en las
cavidades dio como resultado que el átomo
estuviera permanentemente atrapado en la cavidad. Esto se logró a través
de rayos láser, es decir, provocando la
menor perturbación posible del átomo. En el siguiente paso, los físicos
lograron la emisión controlada de fotones individuales a partir del átomo
atrapado. Por último, se podría demostrar que el sistema de un solo átomo
de cavidades representa una interfaz perfecta para el almacenamiento de la
información codificada en un solo fotón, y fueron capaces de transferirlo a un segundo
fotón después de un tiempo de almacenamiento seguro. El presente trabajo
es otro hito en el camino hacia una red a gran escala cuántica. Por
primera vez, dos sistemas han sido conectados, y la información cuántica se
intercambió entre ellos con una alta eficacia y fidelidad.
Los dos sistemas, cada uno representa un nodo de la red, se
instalan en dos laboratorios separados por 21 metros y están
conectados a través de 60 metros de fibra óptica.
Las redes cuánticas tienen propiedades peculiares que no se
encuentran en las convencionales. Esto es debido al comportamiento
fundamentalmente diferente de la información intercambiada: mientras que un bit
clásico representa 1 ó 0, un bit cuántico puede tomar dos valores al mismo
tiempo, un fenómeno llamado "superposición coherente."
Una medida sin embargo proyecta el bit cuántico en uno de
los dos valores. En el átomo único, la información cuántica está
codificada en una superposición coherente de dos niveles de energía. Cuando
el átomo en el nodo A emite un fotón, estimulado por un pulso de luz de un
láser de control, su estado cuántico se proyecta sobre el estado de
polarización de los fotones. A través de la fibra óptica del fotón alcanza
el nodo B donde se absorbe coherentemente. Durante este proceso, el estado
cuántico originalmente preparado en el átomo A se transfiere sobre el átomo de
nodo en B. Como resultado, A es capaz de recibir el fotón próximo, mientras que
B está listo para enviar la información almacenada de vuelta a A o de cualquier
otro nodo.
Es esta característica simétrica y reversible lo
que hace que sea viable el procedimiento, disponible para configuraciones
de red arbitrarias, las cuales que constan de muchos nodos de átomos.. El
estado atómico cuántico es leídos
mediante la asignación de nuevo a la polarización de los fotones individuales
que pueden ser fácilmente medidos.
"Hemos sido capaces de demostrar que los estados cuánticos pueden ser transferidos mucho mejor que con cualquier red clásica. De hecho, se demuestra la viabilidad del enfoque teórico desarrollado por el profesor Cirac," explicaba el Dr. Stephan Ritter, líder del experimento .
En otro orden, los científicos lograron generar
"entrelazamiento cuántico" entre los dos nodos. El entrelazamiento es una
característica exclusiva de los objetos cuánticos. Los conecta de tal
manera que sus propiedades están fuertemente correlacionadas en una manera no
trivial, no importa lo lejos que están separados en el espacio. Este
fenómeno, pronosticado casi un centenar de años atrás, fue llamado por Albert
Einstein "acción fantasmal a
distancia". A fin de lograr entrelazamiento entre los dos nodos de la
red, la polarización del fotón emitido por un solo átomo A está ahora entrelazado
con el estado cuántico atómicoUna vez que el fotón es absorbido, este
enredo se transfiere a un átomo B. De hecho, esta es
la primera vez que el entrelazamientose ha creado entre partículas
masivas, separados por una distancia tan grande, lo que lo convierte el sistema
cuántico con partículas masivas más grande del mundo..
"Hemos realizado el primer prototipo de una red cuántica", Stephan Ritter concluye. "Logramos el intercambio reversible de información cuántica entre los nodos. Por otra parte, podemos generar entrelazamiento a distancia entre los dos nodos y mantenerlo durante unos 100 microsegundos, mientras que la generación del entrelazamietno sólo dura alrededor de un microsegundo. El entrelazamiento de dos sistemas separados por una gran distancia es un fenómeno fascinante en sí mismo. Sin embargo, también podría servir como un recurso para la teletransportación de información cuántica. Un día, esto no sólo podría hacer posible la comunicación de la información cuántica a través de distancias muy grandes, también podría permitir un Interner completamente cuántico "_________________________________________________________________________________
Fuente:
1.Stephan Ritter, Christian Nölleke, Carolin Hahn, Andreas Reiserer, Andreas Neuzner, Manuel Uphoff, Martin Mücke, Eden Figueroa, Joerg Bochmann, Gerhard Rempe. An elementary quantum network of single atoms in optical cavities. Nature, 2012; 484 (7393): 195 DOI:10.1038/nature11023
2.Max Planck Institute of Quantum Optics (2012, April 11). Breakthrough in quantum communication. ScienceDaily. Retrieved April 12, 2012, from http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120411161604.htm
Tal día como hoy, un 23 de Abril de 1858, nacía en Kiel (Alemania) el que es considerado como el fundador de la teoría cuántica" Max Karl Ludwing Plank, y galardonado por ello con el Premio Nobel de Física en 1918.
Plank desarrolló la teoría que se conoce como "Constante de Plank"
Aunque en un principio fue ignorado por la comunidad científica, profundizó en el estudio de la teoría del calor y descubrió, uno tras otro, los mismos principios que ya había enunciado Josiah Willard Gibbs (sin conocerlos previamente, pues no habían sido divulgados). Las ideas de Clausius sobre la entropía ocuparon un espacio central en sus pensamientos.
En 1889, descubrió una constante fundamental, la denominada Constante de Planck, usada para calcular la energía de un fotón. Planck establece que la energía se radia en unidades pequeñas denominadas cuantos. La ley de Planck relaciona que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por la Constante de Planck. Un año después descubrió la ley de radiación del calor, denominada Ley de Planck, que explica el espectro de emisión de un cuerpo negro. Esta ley se convirtió en una de las bases de la teoría cuántica, que emergió unos años más tarde con la colaboración de Albert Einstein y Niels Böhr.
La constante de Planck, simbolizada con la letra h (o bien ħ=h/2π, en cuyo caso se conoce como constante reducida de Planck), es una constante física que representa al cuanto elemental de acción. Es la relación entre la cantidad de energía y de frecuencia asociadas a un cuanto o a una partícula. Desempeña un papel central en la teoría de la mecánica cuántica.
La constante de Planck relaciona la energía E de los fotones con la frecuencia ν de la onda lumínica (letra griega Nu o Ni) según la fórmula:
Dado que la frecuencia ν, longitud de onda λ, y la velocidad de la luz c están relacionados por ν λ = c, la constante de Planck también puede ser expresada como:
E=hc/λ
Planck encontró en 1900 que sólo era posible describir la radiación del cuerpo negro de una forma matemática que correspondiera con las medidas experimentales, haciendo la suposición de que la materia sólo puede tener estados de energía discretos y no continuos. La idea era que la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro se podía modelar como una serie de osciladores armónicos con una energía cuántica de la forma:
E es la energía de los fotones de radiación con una frecuencia (Hz) de v (letra griega Nu) o frecuencia angular (radianes/s) de (omega).
Este modelo se mostró muy exacto y se denomina Ley de Planck.
El mismo Planck, cuando publicó sus resultados sobre la radiación del cuerpo negro, afirmaba que su hipótesis sin duda debía ser falsa. El tiempo ha demostrado que se equivocaba al pensar que se equivocaba, es decir: el universo es cuántico (no continuo) de acuerdo a todo lo que hasta ahora saben los físicos.
Planck tumbó por completo, con esta hipótesis, todo aquello en que se basa la mecánica clásica, en la que lo continuo se usa y entiende de forma natural.
Aunque a nivel macroscópico no parece ser así, a nivel microscópico resulta ser cierto. El minúsculo valor de la constante de Planck significa que a nivel macroscópico es despreciable el efecto de esta "cuantización" o "discretización" de los valores energéticos posibles, y por tanto los valores de la energía de cualquier sistema nos parece que pueden variar de forma continua.
Se inauguró así una nueva forma de pensar en física, que se ha desarrollado a lo largo de todo el siglo XX gracias al esfuerzo de numerosos y brillantes pensadores, dando lugar al nacimiento de la física cuántica.
La constante de Planck es uno de los números más importantes del universo al alcance del conocimiento humano. Su trascendencia real a nivel físico y filosófico aún no se conoce completamente.
Como curiosidad, apuntar que en su honor fue bautizado un cráter en la Luna.
También destacar que, durante la Segunda Guerra Mundial, intentó convencer a Adolf Hitler para que perdonase a los científicos judíos.
Desde 1930 a 1937, Plank estuvo a la cabeza del Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (KWG, Sociedad del emperador Guillermo para el Avance de la Ciencia) y a su muerte, el 04 de Octubre de 1947, dicha sociedad pasó a llamarse Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG, Sociedad Max Planck).
Fuente: Hermann, Armin (julio de 2000) (en Alemán). Max Planck, mit Selbstzeugnissen und Bilddokumenten (7ª edición). Rienbeck bei Hamburg:. ISBN 3-499-50198-8.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1918/index.html / wikipedia
