La pandemia de COVID-19, causada por el nuevo coronavirus SARS-CoV-2, ha provocado varios millones de casos confirmados y cientos de miles de muertes en todo el mundo. Para apoyar la investigación y el desarrollo de terapias para la COVID-19, este informe proporciona una visión general de las dianas proteínicas y los correspondientes candidatos potenciales a fármacos con datos de bioensayos y de relación estructura-actividad encontrados en la bibliografía científica y las patentes para la COVID-19 o infecciones víricas relacionadas.

Se destacan varios conjuntos de moléculas pequeñas y productos biológicos que actúan sobre dianas específicas, como la 3CLpro, la PLpro, la RdRp, la interacción proteína S-ACE2, la helicasa/NTPasa, la TMPRSS2 y la furina, que están implicadas en el ciclo de vida del virus o en otros aspectos de la fisiopatología de la enfermedad. Esperamos que este informe resulte útil en las iniciativas dirigidas al reposicionamiento de medicamentos ya existentes y al descubrimiento de nuevas terapias para la COVID-19.

 

Las baterías de iones de litio se suelen usar en una amplia gama de productos de consumo, como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y, más recientemente, vehículos eléctricos e híbridos. A causa del uso creciente de estas baterías, es probable que el reciclaje se convierta en un proceso esencial para mitigar los posibles costes medioambientales de su producción continuada.

En este artículo revisado por pares publicado en ACS Energy Matters, se examina el estado de las regulaciones relacionadas con el reciclaje de baterías de iones de litio en todo el mundo, con especial énfasis en Estados Unidos, la Unión Europea y China. Se analizan también las implicaciones de estas regulaciones y la logística del reciclaje a gran escala.

Aunque las capacidades humanas no han hecho más que crecer gracias a los avances tecnológicos y médicos recientes, estos han contribuido en gran medida a la liberación de alrededor de 830 gigatoneladas de CO2 a la atmósfera solo en los últimos 30 años. La Organización de las Naciones Unidas se ha comprometido a alcanzar el cero neto de emisiones antes de 2050, lo que significa que el CO2 liberado a la atmósfera será también eliminado. Para cumplir este objetivo, se necesitará la colaboración de científicos, responsables de políticas e industrias de todo el mundo.

En este artículo disponible en ChemRxiv, se recurrió a la CAS Content Collection para mostrar un análisis de los distintos métodos empleados por los científicos y los profesionales de la industria para restablecer el balance de carbono en el medioambiente. El artículo ofrece una excepcional panorámica sobre algunos temas emergentes, las últimas tendencias en esta área y los desafíos pendientes. Puede leer el documento completo aquí.

Como la producción y el uso de baterías de iones de litio ha aumentado exponencialmente, su fabricación y su eliminación se han convertido en una preocupación prioritaria desde el punto de vista político y medioambiental. Las reservas mundiales de los componentes usados en estas baterías son limitadas y tienen una distribución dispar, y la minería de estos materiales genera una cantidad considerable de contaminación. Dada la preocupación por los efectos de estos materiales en el medioambiente, el reciclaje de las baterías de iones de litio se ha convertido en uno de los posibles remedios.

En este artículo revisado por pares publicado en ACS Energy Letters, se usan datos de CAS Content Collection para examinar los tipos y métodos de reciclaje desarrollados a lo largo de la última década. Se analizan también los beneficios y desafíos económicos y medioambientales, además del panorama global de instalaciones de reciclaje. Lea aquí el artículo completo.

La producción de plásticos baratos, duraderos y adaptables se ha multiplicado en las últimas décadas a medida que estos materiales se han infiltrado en todas las facetas de nuestras vidas. Sin embargo, este polímero, antes tan popular, tiene un lado oscuro. El plástico puede tardar cientos de años en degradarse. Dado que se producen cantidades astronómicas (más de 350 millones de toneladas cada año en todo el mundo), la contaminación por plástico es actualmente uno de los problemas medioambientales más apremiantes en nuestro planeta.  

Un volumen mareante de plástico —150 millones de toneladas— llega cada año a los vertederos o se libera al medioambiente, y más de 8 millones de toneladas son transportadas por los ríos hasta el océano. La mayor parte de este volumen no se degrada, solo se fragmenta generando micropartículas. Estos microplásticos, sobradamente documentados, se pueden encontrar en el agua del mar, en el interior de los animales marinos e incluso en el sistema digestivo de los humanos. La contaminación por plástico es hoy en día uno de los problemas medioambientales más graves de la humanidad, y los investigadores no han escatimado esfuerzos para encontrar soluciones a esta difícil cuestión.

Despolimerización: la solución al problema del reciclaje de polímeros 

Los plásticos están hechos de polímeros: cadenas largas creadas mediante la repetición de monómeros. La mayoría de los plásticos de uso general son termoplásticos o termoestables. Los termoplásticos, como el acrílico, la poliamida y el polietileno, se vuelven blandos y moldeables a temperaturas elevadas y se endurecen cuando se enfrían. Esta propiedad hace que sean relativamente fáciles de reciclar, porque se pueden reblandecer y moldear otra vez para crear nuevos productos, aunque el deterioro de la calidad limita los beneficios. Los plásticos termoestables, como el poliuretano, la resina epoxi y la resina de melamina, se endurecen al calentarse y es prácticamente imposible reciclarlos. Las dificultades del reciclaje de los termoplásticos y los plásticos termoestables significan que, a la postre, ambos contribuirán a la contaminación medioambiental.

Para reciclarlos de manera eficaz y reutilizarlos en nuevos productos, los residuos de plástico se deben descomponer en sus monómeros originales por medio de un proceso denominado despolimerización. Es un avance técnico esencial para desarrollar una economía circular de los materiales a nivel global. En los sistemas biológicos, puede ser necesario descomponer los polímeros por completo en los monómeros que los integran para favorecer la absorción y el crecimiento microbianos. 

Para lograr la despolimerización, los científicos han estudiado la naturaleza en busca de enzimas microbianas que puedan descomponer los plásticos. En 2012, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka descubrió en una pila de compost una enzima que descomponía uno de los plásticos más utilizados en el mundo: el tereftalato de polietileno (PET, CAS Registry Number 25038-59-9, fórmula (C₁₀H₈O₄)_n).  

La enzima, conocida como cutinasa de compost de hojas y ramas (LCC), rompe los enlaces entre los monómeros del PET, pero no tolera la temperatura de 65 °C necesaria para ablandar el PET y se desnaturaliza tras varios días actuando a esta temperatura, lo que limita su utilidad industrial. Dado que la despolimerización solo se puede producir en el plástico fundido, las enzimas deben ser estables a temperaturas elevadas.

Despolimerización de PET de doble acción con una bacteria del suelo poco conocida 

El PET es un termoplástico y uno de los poliésteres más usados. La producción mundial de PET pasó de los 42 millones de toneladas en 2014 a 50 millones de toneladas en 2016 y se espera que llegue a los 87 millones de toneladas en 2022. 

Este polímero sintético se fabrica a partir del ácido tereftálico derivado del petróleo (TPA) y el etilenglicol (EG). El PET es un polímero versátil que puede ser transparente, opaco o blanco dependiendo de su estructura cristalina y del tamaño de sus partículas (fig. 1). Se usa habitualmente para producir fibras para prendas de vestir y envases, incluidas las botellas de agua. El PET no orientado se puede termoformar (o moldear) para fabricar otros productos de envasado, como para los blísters¹. Encontrar una manera eficaz de despolimerizar el PET será un paso clave en la lucha por reciclar el plástico y proteger el medioambiente.

La biodegradación del PET se ha estudiado a fondo porque las enzimas esterasas (enzimas que dividen los ésteres en un ácido y un alcohol) abundan en la naturaleza². Sin embargo, se han documentado pocos casos de degradación biológica del PET o de su utilización para favorecer el crecimiento microbiano. Algunos organismos del grupo de los hongos filamentosos, como Fusarium oxysporum y Fusarium solani, se han desarrollado en un medio mineral que contenía hilos de PET³.   

En 2016, Yoshida et al⁴ describieron el descubrimiento y la clasificación de la cepa bacteriana Ideonella sakaiensis 201-F6, que crecía en sedimentos contaminados con PET cerca de una planta de reciclaje de plástico de Japón. Esta bacteria gram negativa aeróbica con forma de varilla tiene la curiosa habilidad de usar el PET como su principal fuente de energía y de carbono para crecer.   

La bacteria I. sakaiensis emplea un sistema de dos enzimas para despolimerizar el PET descomponiéndolo en sus elementos esenciales, el TPA y el EG, que a continuación se catabolizan produciendo una fuente de carbono y energía. Una de las dos enzimas, la proteína ISF6_4831, hidroliza y rompe las uniones de los ésteres. Muestra preferencia por los ésteres aromáticos en detrimento de los alifáticos y una inclinación clara hacia el PET, y se ha bautizado como PET hidrolasa (PETasa). La enzima PETasa de I. sakaiensis es una hidrolasa de serina similar a la cutinasa que ataca al polímero de PET y libera bis(2-hidroxietil) tereftalato (BHET), mono(2-hidroxietil) tereftalato (MHET) y TPA. A continuación, la PETasa descompone el BHET en MHET y EG. La segunda enzima, la proteína ISF6_0224 o MHET hidrolasa (MHETasa), hidroliza aún más el MHET soluble para producir TPA y EG (fig. 2). Las dos enzimas son necesarias, probablemente de forma sinérgica, para convertir el PET en sus dos monómeros benignos desde el punto de vista medioambiental, TPA y EG4, por acción enzimática, lo que hace posible un reciclaje completo del PET. 

 

Una variante mutante de la PETasa potencia la degradación del PET 

Los estudios de la secuencia y la estructura de la enzima PETasa han revelado similitudes con las enzimas cutinasas, desarrolladas por muchas bacterias para descomponer la cutina, un polímero ceroso natural que forma parte de la cutícula protectora de muchas plantas. El análisis de la estructura cristalina y los test bioquímicos han mostrado que la PETasa de I. sakaiensis 2 tiene una arquitectura de sitio activo abierta en el sitio de unión y que probablemente actúa siguiendo el mecanismo canónico de la catálisis de la serina hidrolasa⁵.   

Partiendo de modificaciones estructurales de la PETasa y de una hendidura homóloga en el sitio activo de la cutinasa, se han producido variantes de la PETasa que se han probado en la degradación del PET, entre ellas una forma mutante con una mutación doble distal con respecto el centro catalítico. Se cree que esta área es capaz de corregir interacciones importantes de unión al sustrato6. Se ha descubierto que esta mutante doble, basada en la arquitectura de la cutinasa, tiene una capacidad de degradación del PET mayor que la de la PETasa en estado natural⁶ y se ha presentado una patente⁷. 

Al estrechar la hendidura de unión mediante la mutación de dos residuos de sitios activos en las cutinasas, los investigadores han observado una mejora de la degradación del PET, lo que sugiere que la PETasa no tiene la estructura óptima para la degradación del PET cristalino, a pesar de desarrollarse en un entorno rico en PET. La enzima mutante solo necesita unos días para empezar a descomponer el plástico, un tiempo muy inferior a los siglos que dura este proceso en los océanos. 

De una mutante doble a un cóctel doble de enzimas 

Cuando se añade a la reacción la enzima MHETasa, la mezcla de enzimas descompone el PET dos veces más deprisa que la PETasa. La tendencia de degradación observada en el rango de cargas enzimáticas analizadas muestra niveles crecientes de los monómeros constituyentes a medida que aumenta la concentración de las dos enzimas. Esto indica que las reacciones están limitadas por las enzimas y no por el sustrato. El análisis de sinergia también indica que las velocidades de degradación aumentan con la carga de PETasa y que la presencia de MHETasa, incluso a una concentración baja comparada con la de PETasa, mejora la degradación total. Los experimentos actuales no indican una proporción óptima de la PETasa con respecto a la MHETasa.

La creación de una superenzima triplica la degradación del PET 

En otros experimentos que exploran las propiedades y el alcance de la degradación del PET, los investigadores han creado una nueva superenzima uniendo la MHETasa y la PETasa en una sola cadena larga. Se han generado proteínas de fusión que unen de forma covalente el extremo C de la MHETasa al extremo N de la PETasa mediante conectores flexibles de glicina-serina y se han analizado para estudiar la degradación del PET amorfo (fig. 3). Cuando se compara el grado de degradación producido por diferentes enzimas, las proteínas de fusión superan el rendimiento de la PETasa y la MHETasa, así como el de la mezcla de enzimas sin unir.  

Bocetos de tres enzimas de fusión con conectores que unen el extremo C de la MHETasa con el extremo N de la PETasa." data-entity-type="file" data-entity-uuid="be1accc2-3d3b-4504-b905-8a015a43802f" src="/sites/default/files/inline-images/PET-Figure3.jpg" />

 

Curiosamente, la superenzima no solo despolimeriza el PET, sino que también funciona en el PEF (furanoato de polietileno), un bioplástico derivado del azúcar que se usa en las botellas de cerveza.  
 
La deconstrucción enzimática de algunos polímeros naturales, como la celulosa y la quitina, se produce en la naturaleza gracias a la acción de mezclas de enzimas secretadas por microbios que actúan de forma sinérgica⁸. Estos sistemas microbianos naturales han evolucionado a lo largo del tiempo para optimizar la degradación de esos polímeros. Parece que algunas bacterias del suelo, como I. sakaiensis, han evolucionado de un modo similar para utilizar un sustrato de poliéster con un sistema de dos enzimas^4,9. A diferencia de la degradación natural, que puede tardar siglos, la superenzima puede convertir el PET en sus monómeros en tan solo unos días, aunque, por ahora, el proceso sigue siendo demasiado lento para resultar viable comercialmente. 

Reciclaje sin fin con la degradación del plástico 

Al volver a transformar el PET en sus monómeros constituyentes originales, la superenzima permitiría fabricar y reutilizar los plásticos sin limitaciones y reduciría la dependencia de los recursos fósiles. Y los hallazgos no terminan aquí… 

En 2020, varios científicos lograron un importante avance al identificar una enzima que podía degradar el PET en tan solo 10 horas¹⁰. La investigación evaluó una amplia variedad de bacterias y enzimas para identificar posibles candidatas, entre ellas la cutinasa de compost de hojas y ramas (LCC), que se descubrió en 2012. Posteriormente, se produjeron cientos de enzimas PET hidrolasas mutantes utilizando distintos aminoácidos en el sitio de unión y mejorando la estabilidad térmica. A continuación, se evaluaron los mutantes bacterianos para identificar los más eficientes en la descomposición del PET. Tras ejecutar múltiples veces este proceso, se aisló una enzima mutante que es 10 000 veces más eficiente en la degradación del PET que la LCC natural. Además, es estable a 72 °C, una temperatura cercana al punto de fusión del PET. Este hallazgo supone un importante paso adelante en los esfuerzos dirigidos a conseguir un reciclaje infinito del PET y ya se encuentra en su fase piloto a nivel industrial¹⁰. 

Y esto no es más que la punta del iceberg de las posibilidades que ofrecen estos organismos y sus enzimas. La mayoría de los plásticos son derivados de los combustibles fósiles, finitos en su creación pero ubicuos en nuestro entorno. La contaminación por plástico seguirá siendo un problema creciente a menos que encontremos la forma de crear una economía circular. Dentro de pocas décadas, no podremos producir los artículos de plástico que necesitamos si no logramos reciclar los residuos que ya existen. El reciclaje tradicional no es ni eficaz ni sostenible y, a menos que descompongamos los plásticos en sus monómeros constituyentes a escala industrial, no podemos esperar que se resuelva este problema. Por suerte, con la ayuda de la naturaleza, una evolución inteligente y una pizca de inventiva científica, quedan esperanzas de solucionarlo.  

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REFERENCIAS 

(1)    Pasbrig, E.; Claessens, P.; Walker, R. I.; Walker, R. Peelable cover film for pharmaceutical packaging, e.g. blister packs, comprises paper, aluminum foil or heat-resistant plastic, a layer of special plastic film, mesh or fabric, a layer of aluminum foil and a heat-sealing layer. EP1767347-A1; WO2007038488-A2; EP1928654-A2; AU2006294788-A1; US2008251411-A1; CN101316702-A; CA2623586-A1; JP2009509874-W; TW200727887-A; MX2008004201-A1; IN200801248-P2; ZA200802826-A; BR200616412-A2; WO2007038488-A3; EP1928654-A4. 

(2)    Han, X.; Liu, W. D.; Huang, J. W.; Ma, J. T.; Zheng, Y. Y.; Ko, T. P.; Xu, L. M.; Cheng, Y. S.; Chen, C. C.; Guo, R. T., Structural insight into catalytic mechanism of PET hydrolase. Nature Communications 2017, 8. DOI: 10.1038/s41467-017-02255-z 

(3)    Nimchua, T.; Eveleigh, D. E.; Sangwatanaroj, U.; Punnapayak, H., Screening of tropical fungi producing polyethylene terephthalate-hydrolyzing enzyme for fabric modification. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2008, 35 (8), 843-850. DOI: 10.1007/s10295-008-0356-3 

(4)    Yoshida, S.; Hiraga, K.; Takehana, T.; Taniguchi, I.; Yamaji, H.; Maeda, Y.; Toyohara, K.; Miyamoto, K.; Kimura, Y.; Oda, K., A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). Science 2016, 351 (6278), 1196-1199. DOI: 10.1126/science.aad6359 

(5)    Rauwerdink, A.; Kazlauskas, R. J., How the Same Core Catalytic Machinery Catalyzes 17 Different Reactions: the Serine-Histidine-Aspartate Catalytic Triad of alpha/beta-Hydrolase Fold Enzymes. Acs Catalysis 2015, 5 (10), 6153-6176. DOI: 10.1021/acscatal.5b01539 

(6)    Austin, H. P.; Allen, M. D.; Donohoe, B. S.; Rorrer, N. A.; Kearns, F. L.; Silveira, R. L.; Pollard, B. C.; Dominick, G.; Duman, R.; El Omari, K.; Mykhaylyk, V.; Wagner, A.; Michener, W. E.; Amore, A.; Skaf, M. S.; Crowley, M. F.; Thorne, A. W.; Johnson, C. W.; Woodcock, H. L.; McGeehan, J. E.; Beckham, G. T., Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2018, 115 (19), E4350-E4357. DOI: 10.1073/pnas.1718804115 

(7)    Beckham, G. T.; Johnson, C. W.; Donohoe, B. S.; Rorrer, N.; McGeehan, J. E.; Austin, H. P.; Allen, M. D. New modified polyethylene terephthalate -digesting enzyme comprising amino acid mutation of an active site residue, is used to degrade a polymer e.g. polyester, aromatic polymer or semi-aromatic polymer and polyethylene terephthalate. WO2019168811-A1. 

(8)    Payne, C. M.; Knott, B. C.; Mayes, H. B.; Hansson, H.; Himmel, M. E.; Sandgren, M.; Stahlberg, J.; Beckham, G. T., Fungal Cellulases. Chem. Rev. 2015, 115 (3), 1308-1448. DOI: 10.1021/cr500351c 

(9)    Taniguchi, I.; Yoshida, S.; Hiraga, K.; Miyamoto, K.; Kimura, Y.; Oda, K., Biodegradation of PET: Current Status and Application Aspects. Acs Catalysis 2019, 9 (5), 4089-4105. DOI: 10.1021/acscatal.8b05171 

(10)    Tournier, V.; Topham, C. M.; Gilles, A.; David, B.; Folgoas, C.; Moya-Leclair, E.; Kamionka, E.; Desrousseaux, M. L.; Texier, H.; Gavalda, S.; Cot, M.; Guémard, E.; Dalibey, M.; Nomme, J.; Cioci, G.; Barbe, S.; Chateau, M.; André, I.; Duquesne, S.; Marty, A., An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles. Nature 2020, 580 (7802), 216-219. DOI: 10.1038/s41586-020-2149-4 

Los Juegos Olímpicos de Verano revelan increíbles historias de triunfo, determinación y hazañas atléticas. Si bien los atletas siempre buscan una ventaja dentro de las reglas (desde dietas hasta cámaras hiperbólicas y crioterapia), los medicamentos para mejorar el rendimiento (PED) son una línea que no debe cruzarse. Las drogas para mejorar el rendimiento son constantemente examinadas, rastreadas y probadas por el Comité Olímpico Internacional, la Agencia Antidopaje de los Estados Unidos y la Agencia Mundial Antidopaje. Si bien las drogas y las metodologías han evolucionado, los esteroides anabólicos androgénicos (AAS) siguen siendo potenciadores clave del rendimiento desde los Juegos Olímpicos hasta el Tour de Francia, los triatlones Ironman e incluso más deportes de nicho como CrossFit Games. Este blog proporcionará detalles sobre algunos medicamentos comunes que mejoran el rendimiento y medidas para detectar estos medicamentos.

¿Qué son las drogas para mejorar el rendimiento?

Una comprensión estructural de los esteroides, sus metabolitos y la testosterona es fundamental para desarrollar protocolos analíticos para su detección. La testosterona (T) es una hormona producida naturalmente y el ligando nativo para el receptor de andrógenos. Cuando este receptor se une a un andrógeno como la testosterona o un esteroide sintético, se activa, lo que resulta en efectos deseables para mejorar el rendimiento, incluido el aumento de la fuerza muscular, la densidad ósea y la producción de glóbulos rojos. Si bien los músculos y huesos más fuertes son una ventaja obvia para un atleta, el aumento de la producción de glóbulos rojos proporciona más oxígeno a los músculos y órganos, lo que alimenta la producción de energía y la recuperación. La testosterona (tanto sintética como natural), por lo tanto, es la base de los esteroides anabólicos.

Los esteroides anabólicos se dividen principalmente en tres categorías (Figura 1 a continuación):

• Derivados de la testosterona
• Derivados de 5α-dihidrotestosterona (DHT)
• Derivados de 19-nortestosterona

Figura 1: La estructura de la testosterona en comparación con los derivados comunes de testosterona anabólica-androgénica, derivados de 5α-dihidroxitestosterona y derivados de 19-nortestosterona.

Las diferencias en la estructura, las actividades del sustrato y la vida media afectan los perfiles biológicos de estos derivados de testosterona anabólico-androgénicos. Estas diferencias son la base para diseñar métodos para detectar estos compuestos, especialmente porque todos poseemos testosterona de forma natural.

¿Cómo se detectan las drogas para mejorar el rendimiento?

Para cada medicamento, identificar sus metabolitos principales es el primer paso para desarrollar una prueba de diagnóstico directa de orina, sangre o saliva. El cuerpo humano produce testosterona (T) y epitestosterona (E) naturales (endógenas) en una proporción de aproximadamente 0.4-2 (Figura 2A)¹. Uno de los primeros métodos de detección simplemente midió la proporción de testosterona y epitestosterona en muestras de orina. Si la relación T/E excede 4, se sospecha dopaje con un producto de testosterona exógena. Para confirmar la presencia de T exógeno, el laboratorio puede medir la relación de isótopos de 13 C: 12 C en T, ya que T fabricado en laboratorio tiene una relación ligeramente inferior a ¹³C: ¹²C que la T² endógena. Esta metodología se utilizó en el enjuiciamiento de Floyd Landis en torno a su actuación en el Tour de Francia 2006, demostrando que, de hecho, había utilizado testosterona exógena.

Figura 2. Parámetros de prueba para la detección de esteroides anabólicos androgénicos. R: Estructuras de testosterona (T) y epitestosterona (E), que se producen en una proporción entre 0.4-2 en el cuerpo humano. Los valores de T/E superiores a 4 se consideran evidencia de dopaje AAS. B: Metabolismo y procedimientos analíticos necesarios para la detección de estanozolol por análisis de orina.

Cuando un fármaco esteroideo encuentra por primera vez su camino en la escena competitiva, la responsabilidad recae en los reguladores para comprender sus propiedades y metabolismo para su detección y análisis. Tal fue el caso en los Juegos Olímpicos de Seúl 1988, cuando el velocista Ben Johnson estableció un récord mundial en la carrera de 100 metros, pero fue despojado de su medalla de oro después de dar positivo por estanozolol. Para desarrollar un método de detección para este medicamento, los investigadores tuvieron que comprender el metabolismo del estanozolol y cómo podría detectarse de manera más sensible. La ruta principal para el metabolismo del estanozolol se muestra en la vía vertical de la Figura 2B, junto con el tratamiento de la muestra requerido para detectar metabolitos por cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)³ probada en el tiempo. Sin embargo, el estanozolol produce otro metabolito en cantidades más pequeñas llamado 17-epi-estanozolol-N-glucurónido, que se muestra en la vía horizontal de la Figura 2B. ¡Este metabolito es de larga duración y se puede detectar 28 días después de la administración! Para detectar estanozolol a partir de este metabolito, se desarrolló más recientemente una combinación compleja de métodos que involucran ionización por electrospray (ESI) y espectrometría de masas por cromatografía líquida (LC-MS). En pocas palabras, estas técnicas crean iones que pueden separarse e identificarse por su masa para caracterizar e identificar los metabolitos presentes.

¿Por qué las drogas para mejorar el rendimiento son un problema continuo?

Mientras los científicos estaban ocupados mejorando las técnicas para detectar los esteroides anabólico-androgénicos que conocían a principios de la década de 2000, Barry Bonds estaba ocupado bateando jonrones. Poco sabía la MLB que detrás de escena, Bonds y otros atletas habían estado usando un esteroide recién sintetizado, tetrahidrogestrinona (THG), diseñado específicamente para potentes efectos anabólicos y con protocolos de pruebas antidopaje en mente. Apodado "The Clear", el THG no pudo detectarse inicialmente en la orina porque el programa antidopaje no tenía conocimiento de su existencia o metabolitos. Durante una investigación, se extrajo una muestra de THG del residuo de una jeringa gastada y se identificó, después de lo cual se pudo desarrollar fácilmente un método LC-MS/MS para el cribado⁴.

El escándalo del béisbol tipifica algunos de los problemas relacionados con la detección directa de AAS en los programas antidopaje. En primer lugar, el proceso de selección es buscar metabolitos conocidos de sustancias conocidas; Una organización bien equipada puede, por lo tanto, sintetizar de manera factible "esteroides de diseño" que aún no se han visto para evitar la detección. Incluso cuando existe un protocolo de prueba, las pruebas poco frecuentes (como en la MLB, donde las pruebas se realizan dos veces al año) pueden permitir que el uso de esteroides pase desapercibido; Los períodos más largos entre las pruebas permiten que las concentraciones de metabolitos esteroides disminuyan por debajo de los límites de detección más fácilmente. También es posible que un atleta despliegue agentes enmascarantes y diuréticos para evitar la detección⁵, lo que supone una carga adicional para las administraciones de pruebas.

Las agencias antidopaje eran conscientes de estos problemas y del uso continuo de drogas para mejorar el rendimiento a pesar de sus esfuerzos por contenerlos. Ya en la década de 1990, la investigación había demostrado que en ausencia de agentes exógenos, las concentraciones y proporciones de testosterona, sus precursores y sus metabolitos permanecen notablemente estables en la orina de un individuo, y los esteroides anabólicos androgénicos tienen un efecto duradero sobre estos valores estables. Sin embargo, no fue hasta 2007 que los investigadores adoptaron la inferencia bayesiana para formalizar la detección de valores anormales en estas proporciones. Estas proporciones junto con un perfil hematológico constituyen un Pasaporte Biológico del Atleta (ABP). Este pasaporte es una poderosa herramienta de evaluación comparativa para mejorar nuestra capacidad de detectar drogas que mejoran el rendimiento.

Evolución futura de la vigilancia de los fármacos que mejoran el rendimiento

Los bioensayos in vitro son otro enfoque prometedor no dirigido para detectar andrógenos. Al alterar las células con proteínas reporteras bajo regulación de elementos de respuesta a andrógenos, estos ensayos pueden detectar la activación del receptor de andrógenos independientemente de su fuente⁶. Esto hace que los bioensayos sean útiles para detectar andrógenos en muestras de composición desconocida, como en suplementos dietéticos, que en los últimos años han causado que los atletas ingieran inadvertidamente sustancias prohibidas. El desarrollo adicional de métodos de detección basados en bioactividad no dirigidos probablemente ayudará a los investigadores a caracterizar los andrógenos emergentes, ya sean de naturaleza esteroidea o parte de la clase emergente de moduladores selectivos de los receptores de andrógenos, que no se parecen estructuralmente a la testosterona y no se entienden metabólicamente⁷ (Figura 3).

Figura 3. Estructuras químicas de los populares moduladores selectivos de los receptores de andrógenos (SARM) de abuso.

Resumen

Mirando hacia los Juegos Olímpicos y más allá, sin duda habrá escándalos relacionados con el dopaje por parte de individuos, a veces a instancias de sus organizaciones. Tal es la naturaleza aparente del deporte de élite. En los casos en que se utilizan drogas de diseño para evitar la detección, tales compuestos no habrían sido clínicamente probados para determinar su seguridad por su propia naturaleza y, por lo tanto, representarían un riesgo para la salud de los atletas. Pero a medida que las organizaciones deportivas continúen siendo creativas con la farmacología que despliegan, la ciencia continuará equipando a las autoridades antidopaje con el conocimiento y las capacidades analíticas necesarias para detectar drogas que mejoran el rendimiento. Maximizar estas capacidades servirá como un elemento disuasorio para minimizar el dopaje, promover la salud en el deporte y preservar una apariencia de equidad.

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Referencias

1. Donike, M., Nachweis von exogenem Testosteron. Despegue. Ärzte-Verl.: Colonia, 1983; p S. 293-298.

2. Polet, M.; Van Eenoo, P., GC-C-IRMS en la práctica rutinaria de control de dopaje: 3 años de datos de pruebas de drogas, control de calidad y evolución del método. Anal Bioanal Chem 2015, 407 (15), 4397-409.

3. Schänzer, W.; Opfermann, G.; Donike, M., Metabolismo del estanozolol: identificación y síntesis de metabolitos urinarios. J Steroid Biochem 1990, 36 (1-2), 153-74.

4. Catlin, D. H.; Sekera, M. H.; Ahrens, B. D.; Starcevic, B.; Chang, Y. C.; Hatton, C. K., Tetrahidrogestrinona: descubrimiento, síntesis y detección en orina. Rapid Commun Mass Spectrom 2004, 18 (12), 1245-049.

5. Alquraini, H.; Auchus, R. J., Estrategias que los atletas utilizan para evitar la detección de dopaje androgénico-anabólico esteroide y sanciones. Endocrinología molecular y celular 2018, 464, 28-33.

6. Lund, R. A.; Cooper, E. R.; Wang, H.; Ashley, Z.; Cawley, A. T.; Heather, A. K., Detección no dirigida de andrógenos de diseño: papel subestimado de los bioensayos in vitro. Pruebas y análisis de drogas 2021, 13 (5), 894-902.

7.Thevis, M.; Schänzer, W., Detección de SARMs en análisis de control de dopaje. Endocrinología molecular y celular 2018, 464, 34-45.

 

Un gran logro en el campo de la nanotecnología acelera la producción de vacunas

Aunque han seguido surgiendo focos de COVID-19 provocados por las variantes delta, los datos corroboran que las vacunas son eficaces para prevenir la hospitalización y la muerte. A pesar de que ya se han administrado más de 4000 millones de dosis de vacunas en todo el mundo, solo el 27 % de la población mundial y el 1,1 % de los habitantes de los países de renta baja han recibido al menos una dosis de la vacuna de la COVID-19. Si bien la producción y distribución de estas vacunas se enfrenta a numerosos obstáculos a lo largo de la cadena de suministro (refrigeración, costes y transporte), uno en concreto es la producción de nanopartículas lipídicas para las vacunas.

Figura 1: desglose de la proporción de personas vacunadas por país y continente

¿Por qué las nanopartículas lipídicas son esenciales para los agentes terapéuticos de ARNm?

La administración de agentes terapéuticos de ARNm en el cuerpo humano supone un gran desafío debido a las propiedades y la inestabilidad característica de los ácidos nucleicos: 

• La carga negativa y la hidrofilia impiden la difusión pasiva a través de las biomembranas.
• La unión a determinadas proteínas séricas, la captación por parte de los fagocitos y la degradación por acción de las nucleasas endógenas son factores que restringen la eficacia de la administración.
• Por este motivo, se requieren vectores de entrega que, por una parte, protejan a los ácidos nucleicos de la degradación y, por otra, permitan su llegada a las células diana para que la administración sea eficaz.  

El uso de nanopartículas lipídicas (NPL) es un método eficaz para proteger y transportar el ARNm a las células, como se ha constatado en el caso de las nuevas vacunas de ARNm para la COVID-19. 

La producción de vacunas está limitada por la producción de nanopartículas lipídicas

Si el incremento de la producción de cualquier tratamiento ya es difícil, la producción de estas nanopartículas lipídicas para satisfacer la demanda mundial de vacunas es un reto incluso más importante. La síntesis de los lípidos catiónicos ionizables exclusivos, desarrollados y optimizados específicamente para estas vacunas, es un proceso complejo que consta de varios pasos. Con todo, la producción a gran escala de NPL se enfrenta a un obstáculo incluso mayor: la tarea de combinar los lípidos y el ARNm en las nanopartículas.

La técnica de elaboración es de suma importancia para la producción eficiente de un producto farmacéutico. Con los métodos tradicionales de producción de NPL —que incluyen las fases de hidratación en película fina, evaporación en fase invertida, inyección de disolvente y eliminación de detergente—, se suelen obtener partículas grandes (>100 nm) y heterogéneas con una baja eficiencia de encapsulación, por lo que se precisa un paso adicional de reducción del tamaño, por ejemplo, extrusión o sonicación. Además, estos métodos son difíciles de aplicar a gran escala y no son reproducibles sistemáticamente. 

Un nuevo enfoque: la tecnología de microfluidos

En los últimos tiempos, la tecnología de microfluidos se ha revelado como un método eficaz para la producción de NPL. El método de la tecnología de microfluidos consiste en hacer pasar una corriente de una solución de lípidos en alcohol por un canal al que más adelante envuelve una corriente coaxial de una fase acuosa (figura 2A). La difusión recíproca del alcohol y el agua a través de la interfase alcohol/agua provoca que los lípidos precipiten y se agrupen en NPL. Las técnicas de microfluidos son fiables, ampliables y altamente reproducibles. En el caso de la formulación de vacunas de ARNm, la mezcla lipídica incluye un lípido catiónico ionizable, así como un lípido PEGilado y lípidos auxiliares (fosfatidilcolina, colesterol), y la fase acuosa contiene el ácido nucleico. El lípido catiónico interactúa con el ácido nucleico con carga negativa, lo que da lugar a NPL de alta eficiencia de encapsulación. Es posible producir LNP de tamaños de partícula definidos y con una distribución estricta del tamaño de partícula mediante el control exacto de los parámetros de la tecnología de microfluidos, como la velocidad de flujo y las proporciones de los componentes. Sin embargo, el rendimiento del proceso es limitado (

Figura 2. Dispositivo de microfluidos de un solo canal (A) e innovador dispositivo de microfluidos paralelizado (B) compuesto por 128 microcanales de mezcla que trabajan en paralelo

Los resultados preliminares son prometedores

El reciente desarrollo de una nueva tecnología de fabricación ha permitido multiplicar por más de cien los volúmenes actuales de producción de microfluidos. En este sentido, se ha desarrollado un dispositivo de microfluidos que consta de 128 microcanales de mezcla que funcionan en paralelo —un dispositivo de microfluidos paralelizado— que utiliza una tecnología de plataforma de integración de microfluidos a enorme escala (VLSMI). En los microcanales se mezclan cantidades exactas de lípidos y ARNm y el resultado son nanopartículas lipídicas cuyo tamaño y cantidad de ARNm encapsulado se pueden controlar con precisión. Este dispositivo, cuyo rendimiento es cien veces superior al de un dispositivo de microfluidos de un solo canal (18,4 l/h), tiene otra ventaja extraordinaria: la posibilidad de ampliarlo aún más para permitir la producción industrial de nanopartículas lipídicas portadoras de ARN. Los resultados publicados indican que el dispositivo de microfluidos paralelizado produce nanopartículas lipídicas eficaces para su uso en agentes terapéuticos y vacunas basados en ARN de interferencia pequeño y ARNm.  

La producción de nanopartículas lipídicas propiciará el desarrollo de más tratamientos de ARNm

El desarrollo de estas vacunas y otros tratamientos podría suponer toda una revolución médica de la mano de las tecnologías de edición genética y los agentes terapéuticos de sustitución de proteínas. En la actualidad, se están llevando a cabo ensayos clínicos para evaluar varias vacunas de ARNm basadas en NPL frente a diversas enfermedades infecciosas, como las vacunas de ARNm modificado con nucleósidos para el virus del Zika, el citomegalovirus, la tuberculosis y la gripe. Las vacunas terapéuticas de ARNm ofrecen muchas posibilidades en el ámbito de la inmunoterapia contra los melanomas, el cáncer de ovario, el cáncer de mama y otros tumores sólidos.

El uso de ARNm para la expresión de proteínas terapéuticas es muy prometedor para el tratamiento de una amplia gama de enfermedades mediante la aplicación de una terapia de sustitución de proteínas. Esta nueva tecnología de fabricación de microfluidos responde a la necesidad clínica de contar con un proceso de producción de NPL ampliable, muy preciso y reproducible que permita la formulación rápida de NPL para una extensa gama de agentes terapéuticos y vacunas de ARN. Aunque es posible que esto, por sí solo, no resuelva el desafío de la distribución mundial, sin duda constituye un avance fundamental para esta nueva generación de posibles curas y vacunas que el ARNm puede impulsar.

 

Ante el anuncio de nuevas recomendaciones sobre las dosis de refuerzo de las vacunas de ARNm para la COVID-19, muchas personas se preguntan si sus seres queridos deberían administrarse esta dosis y desean saber lo que nos dice la ciencia sobre esta cuestión. En esta entrada del blog se explican los aspectos básicos de las dosis de refuerzo, se repasan las recomendaciones actuales de los expertos y se examinan las últimas investigaciones publicadas.  

¿Qué es una dosis de refuerzo de la vacuna de la COVID-19?

Una dosis de refuerzo de la vacuna de la COVID-19 no es más que una dosis adicional de la vacuna que se administra cuando una persona ya tiene la pauta completa de dos dosis de la vacuna de ARNm de Pfizer-BioNTech o Moderna o una dosis de la vacuna de vector vírico de Johnson & Johnson, y presenta una respuesta inmunitaria típica. Como su propio nombre indica, estas dosis refuerzan el efecto protector de la vacuna inicial. Estimulan el sistema inmunitario de una persona para producir anticuerpos adicionales y más linfocitos T y B de memoria. 

Una dosis de refuerzo para adultos que muchas personas conocen es la de la vacuna de la difteria, el tétanos y la tos ferina (DTP). Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de Estados Unidos recomiendan administrar una dosis de refuerzo para adultos cada diez años, pero hay otros casos especiales en los que el uso de dosis de refuerzo también puede ser aconsejable. Por ejemplo, se recomienda que los padres y cuidadores de lactantes reciban una dosis de refuerzo de la DTP con el fin de crear una burbuja vacunal protectora contra la tos ferina para los recién nacidos y los lactantes vulnerables. También se recomienda una dosis de refuerzo de la DTP tras sufrir una herida con posible exposición a Clostridium tetani para “reforzar” el sistema inmunitario y ayudarle a responder a las toxinas bacterianas que pueden causar una infección por tétanos. 

La dosis de refuerzo de la vacuna de la COVID-19 potencia la inmunidad celular y humoral proporcionada por las vacunas iniciales y ayuda al sistema inmunitario a responder con más rapidez al virus SARS-CoV-2 cuando se encuentra con él.

¿Por qué se está recomendando la administración de dosis de refuerzo de las vacunas de la COVID-19?  

Especialmente para algunos segmentos, hay pruebas claras de que sería beneficioso administrar una dosis adicional a las personas inmunodeprimidas y una dosis de refuerzo a las personas de alto riesgo. Los datos siguientes muestran que la eficacia de las vacunas de la COVID-19 es menor para las nuevas variantes, en personas con inmunidad reducida y cuando el paciente se ha expuesto a cargas virales más altas. La variante delta, muy transmisible, se convirtió en la cepa dominante en la mayoría de las regiones durante el verano de 2021, lo que ha alterado la eficacia de las vacunas y se ha traducido en un mayor número de casos. Hay que señalar que muchas directrices de salud pública relacionadas con la COVID-19, como el uso universal de mascarillas, finalizaron en Estados Unidos antes del verano de 2021 o a lo largo de este.  

• Los investigadores de los CDC han mostrado que la eficacia de las vacunas de ARNm contra la infección pasó del 74,7 % en marzo de 2021 al 53,1 % en julio de 2021 para las poblaciones de las residencias de ancianos.
• Un equipo de investigadores israelíes demostró que el riesgo de infección de los individuos vacunados antes era muy superior al de los vacunados más tarde. Las personas vacunadas en enero de 2021 presentaban un riesgo de infección posvacunación 2,26 veces superior al de las personas vacunadas en abril de 2021. Al igual que Estados Unidos, Israel vacunó primero a sus poblaciones más vulnerables en función de su edad y su estado de salud. Por tanto, las primeras personas vacunadas presentaban el máximo riesgo de contagiarse de la COVID-19. El 78 % de la población israelí de más de 12 años está vacunada frente a la COVID-19 con la vacuna BNT162b2 de Pfizer-BioNTech.
• Un grupo de investigadores de Nueva York descubrió también que la eficacia de la vacuna contra la infección disminuyó del 91,7 % al 79,8 % para todos los adultos de Nueva York entre mayo y julio de 2021, cuando delta se convirtió en la variante dominante.
• Varios investigadores del Reino Unido analizaron los datos recopilados en el estudio ZOE sobre la COVID realizado en Gran Bretaña. Descubrieron que la eficacia de la vacuna de Pfizer-BioNTech pasó del 88 % un mes después de recibir la pauta completa al 74 % cinco o seis meses después de recibir la pauta completa para la variante delta. La eficacia de la vacuna de vector vírico de Oxford-AstraZeneca disminuyó del 77 % un mes después de recibir la pauta completa al 67 % cuatro o cinco meses después de completar la vacunación.
• Los investigadores de University of California San Diego Health (UCSDH) comprobaron que se produjo una disminución abrupta de la eficacia de la vacuna en sus trabajadores sanitarios entre junio y julio de 2021. De marzo a junio, la vacuna había tenido una eficacia superior al 90 %, pero en julio cayó al 65,5 %. A finales de julio, la variante delta representaba el 95 % de los casos registrados por UCSDH.

Recomendaciones de administración de dosis de refuerzo de los fabricantes de las vacunas de Estados Unidos

Vacuna	Recomendación
BNT162b2 de Pfizer-BioTech	Dosis de refuerzo administrada de 6 a 12 meses después de recibir la pauta de vacunación completa
mRNA-1273 de Moderna	Dosis de refuerzo administrada 6 meses después de recibir la pauta de vacunación completa
Vacuna para la COVID-19 de Johnson & Johnson	Dosis de refuerzo administrada 8 meses después de recibir la pauta de vacunación completa

Actualmente Pfizer-BioNTech y Johnson & Johnson (edades de 18 a 64 años) recomiendan la dosis estándar de su vacuna, mientras que Moderna recomienda una dosis reducida de 50 µg en lugar de la dosis estándar de 100 µg. Johnson & Johnson recomienda una dosis de refuerzo más baja para los mayores de 65 años.

¿Qué dicen los CDC y la FDA sobre la dosis de refuerzo de la vacuna de la COVID-19?

Existen pruebas claras sobre la necesidad de una dosis adicional, especialmente en poblaciones inmunodeprimidas que pueden tener una respuesta inmunitaria menor y corren un riesgo mayor de desarrollar síntomas graves, de hospitalización y de muerte por COVID-19. Aunque los expertos coinciden en que una dosis de refuerzo puede ser aconsejable para las poblaciones de riesgo, las recomendaciones de las agencias gubernamentales son distintas para los trabajadores de primera línea y la población general.  

Agencia	Poblaciones de riesgo*	Trabajadores de primera línea	Población general
CDC	Recomendada	Recomendada	No recomendada
HHS	Recomendada	Recomendada	Recomendada
FDA	Recomendada	Recomendada	No recomendada

*Personas inmunodeprimidas y mayores de 65 años.

A mediados de agosto, la Food and Drug Administration (FDA) autorizó una dosis adicional de la vacuna de Pfizer-BioNTech (BNT162b2) o Moderna COVID-19 (mRNA-1273) para las personas inmunodeprimidas. Una semana después, el Departamento de Salud y Servicios Humanos de Estados Unidos (HHS) anunció que recomendaba la dosis de refuerzo de las vacunas de la COVID-19 para todas las personas, a la espera de la aprobación y las recomendaciones de la FDA y los CDC. Actualmente, los CDC recomiendan una tercera dosis de la vacuna para las personas con inmunodeficiencias moderadas y graves que recibieron la vacuna de la COVID-19 de Pfizer-BioNTech o Moderna para proteger mejor a esta población. 

Sin embargo, tras la reunión del Comité Asesor de la FDA celebrada el 17 de septiembre de 2021, llegaron a la conclusión de que los datos científicos disponibles no respaldan el uso de dosis de refuerzo para la población general en este momento, ya que la vacunación actual sigue siendo eficaz para prevenir los síntomas graves, la hospitalización y la muerte por COVID-19. Desde el punto de vista científico, la noticia fue positiva, ya que significa que las vacunas están funcionando según lo previsto, incluso frente a las nuevas variantes. No obstante, esta recomendación del Comité Asesor de la FDA se revisará cuando se disponga de más datos científicos que respalden la administración generalizada de dosis de refuerzo. 

El 22 de septiembre, la FDA recomendó oficialmente administrar una dosis de refuerzo de la vacuna de Pfizer-BioNTech para la COVID-19 a las personas mayores de 65 años o con un riesgo elevado de sufrir síntomas graves que hayan recibido la segunda dosis hace al menos seis meses. También especificó que los trabajadores sanitarios, los servicios de emergencia y las personas que por su profesión estén expuestas a un riesgo especial pueden recibir una dosis de refuerzo. Este grupo incluye, por ejemplo, a los profesores.

El 23 de septiembre, el Comité Asesor sobre Prácticas de Inmunización de los CDC (ACIP) votó a favor de recomendar una dosis de refuerzo de la vacuna de Pfizer-BioNtech para la COVID-19 a los mayores de 65 años, las personas que viven en residencias geriátricas y las personas de entre 18 y 64 años que padecen enfermedades subyacentes. Sin embargo, votó en contra de administrar una dosis de refuerzo a las personas con edades comprendidas entre 18 y 64 años cuyo entorno ocupacional o institucional las exponga a un riesgo superior de infección por COVID-19, como los trabajadores sanitarios, los servicios de emergencias y los profesores. El comité revisará esta recomendación cuando disponga de más datos.  

Horas después, la Dra. Rochelle Walensky, directora de los CDC, dio a conocer su recomendación oficial para la dosis de refuerzo de la vacuna de Pfizer-BioNtech para la COVID-19, que difería de los resultados del Comité Asesor. Walensky coincidió con la FDA en la recomendación de administrar vacunas de refuerzo a las personas de entre 18 y 64 años cuyo entorno profesional o institucional las exponga a un riesgo superior de infección por COVID-19 en aras de la salud pública del país.

¿La dosis de refuerzo debe ser de la misma vacuna administrada inicialmente? 

Actualmente, los CDC recomiendan que las personas que recibieron las vacunas de Pfizer-BioNTech o Moderna para la COVID-19 reciban la misma vacuna de ARNm para la tercera dosis. Si la vacuna de ARNm administrada en las primeras dos dosis no se conoce o no está disponible, cualquiera de las vacunas de ARNm para la COVID-19 se podrá usar como dosis de refuerzo.

Sin embargo, hay algunos resultados preliminares del Reino Unido, Alemania y España que indican que la mezcla de tipos de vacunas produjo un número mayor de anticuerpos que las dos dosis de la vacuna de vector vírico. Usaron la vacuna de vector vírico de Oxford-AstraZeneca para “sensibilizar” el sistema inmunitario con la primera dosis y la vacuna de ARNm de Pfizer-BioNTech para “reforzarlo” con la segunda dosis. Cada tipo de vacuna estimula un área diferente del sistema inmunitario y crea una respuesta inmunitaria más potente que la vacuna de vector vírico por sí sola.

Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) están llevando a cabo un ensayo clínico de fase 1/2 para examinar una pauta combinada de vacunas de la COVID-19 con el fin de determinar la seguridad y la inmunogenicidad de las pautas mixtas de dosis de refuerzo.  

Recursos de CAS sobre la COVID-19:

Aunque las dosis de refuerzo pueden ayudar a algunas personas a evitar la infección sintomática, no significan en ningún caso el fin de la pandemia de COVID-19. Anticiparse a la aparición de nuevas variantes del virus de la COVID-19 con la prevención de brotes grandes por medio de la vacunación generalizada, las dosis de refuerzo, el uso de mascarillas y la distancia social sigue siendo fundamental para minimizar la transmisión y las sucesivas mutaciones del virus. Para mantenerse al tanto de las novedades sobre las vacunas, la tecnología y los avances relacionados con la COVID-19, visite nuestra página de recursos sobre la COVID-19, donde podrá acceder a todos nuestros conocimientos, conjuntos de datos y publicaciones.

 

 

Hace poco más de diez años, un artículo publicado en Nature preguntaba: “¿Es el litio el nuevo oro?”. Esta idea se basaba en el uso del metal en las baterías de iones de litio, sumado a las incertidumbres relativas a las reservas existentes y la demanda. Hoy en día, la “masa negra”, el material rico en metal obtenido mediante el reciclaje de las baterías de iones de litio, podría ser el nuevo “oro” del mercado de los iones de litio. En total, el mercado global de las baterías de iones de litio tiene un valor de 41 000 millones de dólares y se espera que llegue a más de 116 000 millones de dólares en 2030. 

Se prevé que en 2040 el 58 % de los coches vendidos en todo el mundo serán eléctricos y la cantidad total de desechos generados en todo el planeta podría llegar a los 8 millones de toneladas. A pesar de este dato, se cree que solo alrededor del 5 % de las baterías de iones de litio se reciclan en todo el mundo, lo que tiene implicaciones alarmantes para el medioambiente y las reservas del mineral en la Tierra. 

Como se explica en el documento técnico, esto se debe a que el reciclaje de las baterías de iones de litio se ve limitado por varios factores, entre los que se incluyen la fluctuación del valor financiero de los materiales de las baterías o la falta de convergencia tecnológica en sus diseños y materiales (y los costes de la mano de obra de reciclaje asociados) y en las plantas de reciclaje. La falta de monetización de los beneficios del reciclaje (entre los que destacan la disponibilidad de reservas, la seguridad y los beneficios medioambientales) y la ausencia de normativas sobre reciclaje en buena parte del mundo también desempeñan un papel importante.

¿Estamos preparados para hacer frente al reto del reciclaje de las baterías de iones de litio?

Los retos del reciclaje de las baterías de iones de litio llevan aparejados importantes oportunidades de crecimiento. Por ejemplo, de las 500 000 toneladas de baterías de la producción global de 2019 que, según las estimaciones, se podrían reciclar, se podrían recuperar las siguientes materias primas: 15 000 toneladas de aluminio, 35 000 toneladas de fósforo, 45 000 toneladas de cobre, 60 000 toneladas de cobalto, 75 000 toneladas de litio y 90 000 toneladas de hierro, lo que prolongaría la disponibilidad de las reservas de esos materiales y proporcionaría importantes beneficios económicos y medioambientales.

No es de extrañar que, como se menciona en el documento técnico, el interés por el reciclaje de las baterías de iones de litio esté creciendo rápidamente, lo que se refleja en el enorme aumento del interés general por la “masa negra”. CAS Content Collection™ ofrece una extraordinaria panorámica de las publicaciones de patentes y revistas sobre el reciclaje de las baterías de iones de litio y ha permitido identificar las tendencias emergentes en el ámbito de las baterías recargables y la reutilización de materiales de un solo uso con otros fines, además de realizar proyecciones sobre las oportunidades futuras. 

¿Qué métodos de reciclaje de baterías de iones de litio se utilizan actualmente?

En la mayoría de los casos, se utilizan combinaciones de métodos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos para procesar las baterías de iones de litio, aunque el reciclaje directo está ganando popularidad (como veremos más adelante). La hidrometalurgia usa soluciones (principalmente acuosas) para extraer y separar los metales de los recursos de las baterías. La pirometalurgia usa el calor para convertir los óxidos metálicos empleados en los materiales de las baterías en metales o compuestos metálicos. El reciclaje directo es la eliminación del material del cátodo para su reutilización o reacondicionamiento.

Tendencias de investigación crecientes sobre el ciclo del litio

Aunque el volumen global de publicaciones científicas ha ido aumentando gradualmente en la última década, descubrimos que el crecimiento del volumen anual de publicaciones sobre el tema del ciclo del litio (32 %) es muy superior al de las publicaciones científicas generales (4 % anual), lo que sugiere un interés emergente. 

En consonancia con esto, las publicaciones relacionadas con los tres métodos de reciclaje de baterías de iones de litio han aumentado en la última década y han experimentado un crecimiento importante en los últimos años (figura 2), con China a la cabeza del volumen, tanto de revistas como de patentes (aproximadamente el 90 % de las publicaciones; figura 3). 

 

En cuanto a los procesos utilizados, la hidrometalurgia ha crecido bastante más que la pirometalurgia desde 2015, y el reciclaje directo de materiales también ha experimentado un importante —y alentador— aumento reciente (figura 2). También se ha realizado un considerable esfuerzo investigador en relación con componentes de las baterías de iones de litio menos estudiados hasta la fecha (lo que sugiere la aparición de una visión más integral de la gestión del reciclaje) y con el desmontaje de las baterías (figura 4). Esto es deseable porque maximiza la cantidad de material reciclable. 

Capacidad de reciclaje de baterías en todo el mundo

Actualmente, la capacidad de reciclaje de las baterías de iones de litio se concentra en el este de Asia, donde China representa más de la mitad de la capacidad de reciclaje del planeta. La mayor parte de la capacidad restante se encuentra en Europa (figura 5). Las instalaciones de reciclaje de baterías de iones de litio propuestas aumentarán la capacidad de reciclaje en alrededor de un 25 %. La mayor parte de la nueva capacidad se concentra en Norteamérica. La distribución de la capacidad de reciclaje actual es un reflejo del efecto de las normativas de reciclaje de baterías, mientras que las ubicaciones de la instalaciones futuras están más vinculadas a motivaciones económicas. 

 

Normativas de reciclaje de baterías de iones de litio en todo el mundo

En conjunto, las normativas de reciclaje de baterías de iones de litio están aumentando. Muchos países financian la investigación sobre métodos de reciclaje y algunos tienen leyes relativas al reciclaje de estas baterías. China y la Unión Europea cuentan con marcos legales exhaustivos para el reciclaje de baterías de iones de litio o los están desarrollando. Estos hallazgos, sumados al creciente interés por la gestión del reciclaje de baterías de iones de litio, resultan alentadores para el futuro, dado el uso creciente de estas baterías en todo el mundo (p. ej., en vehículos eléctricos, teléfonos móviles).

Lea el informe de CAS Insights para ver una descripción general de las tendencias de investigación relacionadas con el reciclaje de las baterías de iones de litio. En él se evalúan las regulaciones globales y los beneficios financieros, y se proporciona información sobre el estado actual y futuro del reciclaje de estas baterías en todo el planeta.