La Bioingeniería en la Argentina EDITORES Ricardo S. Sánchez Peña y Marta Rosen Sánchez Peña, Ricardo La bioingeniería en la Argentina / Ricardo Sánchez Peña ; Marta Rosen. - 1a edición especial - Ciudad Autónoma de Buenos Aires : ANCEFN - Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 2017. Libro digital, PDF - (Publicaciones científicas ; 13) Archivo Digital: descarga y online Edición para Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales ISBN 978-987-4111-13-5 1. Bioingeniería. I. Rosen, Marta II. Título CDD 660.6 Fecha de catalogación: diciembre 2017 Esta publicación es propiedad de la Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales ISBN 978-987-4111-13-5 Primera edición, Buenos Aires, Copyright © by Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Toda la correspondencia referida a esta publicación debe dirigirse a: All enquires regarding this publication should be addressed to: Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Av. Alvear 1711, 4º piso, (1014) Buenos Aires. E-mail: [email protected] Sitio web: www.ancefn.org.ar Queda hecho el depósito previsto por la Ley 11.723 Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo fotocopiado, grabación o cualquier otro sistema de archivo y recuperación de información, sin el previo permiso por escrito de la Academia. II La Bioingeniería en la Argentina Ricardo S. Sánchez Peña y Marta Rosen Editores Contribuciones de los siguientes autores (por orden alfabético): Gustavo A. Abraham Ricardo Armentano Pablo C. Caracciolo Santiago Collavini Patricio Colmegna Hernán De Battista Mariano Fernández Corazza Fabricio Garelli Fernán González Bernaldo de Quirós Sergio E. Lew Camilo J. Mininni Florencia Montini-Ballarin Carlos Muravchik Marcelo Risk Ricardo S. Sánchez Peña Eduardo San Román B. Silvano Zanutto 15 de Diciembre, 2017 - III - ÍNDICE ÍNDICE IV Prólogo 1 Prefacio 2 1. EnseñanzadelaBioingeniería 5 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3. Propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5. Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 REFERENCIAS 20 2. NuevasEstrategiasparaelDesarrollodeInjertosVasculares 22 1. AntecedentesClínicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. La Ingeniería de Tejidos como una solución alternativa para el diseño de InjertosVasculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3. TécnicasdeFabricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4. UtilizacióndePolímerossintéticosy/oNaturales . . . . . . . . . . . . . . 28 5. Estructurasc/comportamientomecánicobiomimético . . . . . . . . . . . . 29 - IV - ÍNDICE 6. Incorporacióndeagentesterapéuticosymodificaciónsuperficialdeinjertos vasculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 7. PerspectivasFuturasyDesafíos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 REFERENCIAS 37 3. Elcódigoneuronal 44 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.1. Laneurona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2. Neuronasvisuales:HubelyWiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3. Neuronasdopaminérgicasyelerrorenlapredicción . . . . . . . . . . . . . 49 4. Neuronasdelacortezafrontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5. LaneuronadeJenifferAniston . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6. Poblacionesneuronales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 7. ElestudiodelcódigoneuronalenelInstitutodeIngenieríaBiomédica . . . 56 REFERENCIAS 60 4. Procesamientodeseñales 62 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.1. ModelizaciónySensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2. Problemadirecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.1. Soluciónalproblemadirecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2. Segmentaciónymallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.3. Estimacióndelaconductividadeléctrica . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.4. Fuentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3. Problemainverso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.1. Modelodeseñalyruidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 - V - LaBioingenieríaenlaArgentina 3.2. Algoritmosderesolucióndelproblemainverso . . . . . . . . . . . 74 3.3. Calidaddedesempeño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4. ConectividadenEEG,MEGysEEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 REFERENCIAS 82 5. ProyectoPáncreasArtificialenArgentina 89 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2. OrígenesyDesarrollodelProyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3. DelaTerapiaConvencionalalControlAutomático . . . . . . . . . . . . . 93 4. AlgoritmoARG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.1. ReguladorLQGConmutado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.2. CapadeSeguridadSAFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5. Simulaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6. PruebasClínicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.1. Seleccióndelospacientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.2. Hardwareysoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3. Procedimientosclínicos/Comidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.4. Resultadospreliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 REFERENCIAS 111 6. ModelizaciónySimulacióndelSistemaCardiovascular 115 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 2. Simulaciónymedicióndelafrecuenciacardiaca . . . . . . . . . . . . . . . 118 2.1. Simulacióndelafrecuenciacardiaca . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 2.2. Medicióndelafrecuenciacardiaca . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 - VI - ÍNDICE 3. Métodosdeinterpolación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.1. Métododesplinescúbicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.2. MétodoconfiltrosFIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 4.1. Resultadosconlasimulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 4.2. Resultadosconlabasededatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 5. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 REFERENCIAS 132 7. IngenieríaCardiovascular 135 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 1.1. Unlargoyfascinanteperiplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 1.2. AlaIngenieríaCardiovascularlatrajouncisnenegro(nolacigüeña) 140 2. Dinámicadelaparedarterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 2.1. Animalescrónicamenteinstrumentados . . . . . . . . . . . . . . . 143 2.2. Estudiosinvitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 2.3. Biorreactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 2.4. Instrumentaciónquirúrgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2.5. EcuaciónConstitutivadelaParedArterial . . . . . . . . . . . . . . 146 2.6. Arreglomuscularesderesortes-amortiguadoresinteligentes . . . . 147 2.7. Mapeoviscoelásticodelaparedarterialymodelosinsilico . . . . . 148 2.8. EstudiosdeCriopreservación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 3. DinámicaEndotelial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4. DinámicaNolinealAplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.1. AplicacióndeModelosFraccionales . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 - VII - LaBioingenieríaenlaArgentina 4.2. Complejidad del arbol arterial: Analisis de las formas de onda de presion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.3. Modelandolapresiónarterialpormediodesolitones . . . . . . . . 152 5. DesdelamesadelLaboratorioalacabeceradelacamadelpaciente.Estado delArte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 5.1. Laboratoriovascularnoinvasivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 5.2. EdadVascular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6. ComentariosFinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 REFERENCIAS 158 - VIII - PRÓLOGO Pocas áreas interdisciplinarias han resultado tan fértiles como la Bioingeniería. Esto se evi- dencia en el impacto mutuo que han tenido tanto en el avance del conocimiento como en las aplicaciones prácticas derivadas del mismo. Las estructuras biológicas han servido para plantearinnovacionestantoenelcampodelaingenieríaylaarquitecturacomoeneldesarro- llo de nuevos materiales.Recíprocamente el modelado de procesos biológicos hapermitido lacomprensióndelosmecanismosfundamentalesquelosregulan.Estainteracciónvirtuosa ha llevado simultáneamente a aplicaciones médicas responsables de mejoras sustantivas en la extensión y calidad de vida de millones de individuos. Finalmente, y como se demuestra en el presente volumen, nuestro país cuenta con recursos humanos de excelencia que per- miten apostar a la bioingeniería como una de las áreas de desarrollos competitivos a nivel internacional. BuenosAires,Argentina Dr.LinoS.Barañao, Diciembre,2017 MinistrodeCiencia,Tecnología eInnovaciónProductiva - 1 -