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Alternativas virtuales: trabaja en casa (casi) como si estuvieras en el laboratorio

En el número anterior hablábamos de algunas ideas clave para, entre otras cuestiones, plantear actividades sustitutivas de las prácticas de laboratorio presenciales. 

  • Ángel Herráez

  • Bioquímica y Biología Molecular Departamento de Biología de Sistemas Universidad de Alcalá, Alcalá de Henares (Madrid)

En el número anterior hablábamos de algunas ideas clave para, entre otras cuestiones, plantear actividades sustitutivas de las prácticas de laboratorio presenciales. Este mes quiero compartir los laboratorios virtuales con los que estamos reemplazando parte de las prácticas que nuestros alumnos han venido haciendo otros cursos de la manera tradicional, dado que este año no podemos acoger a todos en los laboratorios el número de días completo.

 

Hace ya algún tiempo que en la web Biomodel vengo dedicando esfuerzos a desarrollar simuladores de técnicas experimentales y laboratorios virtuales, principalmente con el objetivo de facilitar la comprensión y reforzar el trabajo tanto del aula como del laboratorio. Pero su uso ya ofrecía potencial no solo como complemento, sino asimismo como alternativa en situaciones donde la experimentación no fuera factible, por falta de la instrumentación, las muestras o reactivos necesarios o por limitaciones de tiempo y espacio1. De hecho, diversos centros no solo universitarios, sino de formación profesional y educación secundaria, han venido empleando estos materiales en años anteriores, dentro y fuera de España.

 

La necesidad de afrontar la docencia durante la pandemia ha supuesto que la sección de laboratorios virtuales de Biomodel2 haya experimentado un nuevo impulso, con la adición de experimentos que emulan los que venían desarrollando nuestros alumnos en Alcalá. En consecuencia, en esta entrega de Educación Universitaria, en lugar de teorizar o reflexionar os traigo una oferta de recursos que podréis utilizar en vuestra práctica docente este curso tan difícil (quizás también en el futuro como refuerzo). Como siempre, material disponible para todo el mundo sin más que una conexión a Internet y a precio de amigo (por si alguien aún no era consciente, gratis).

 

ESPECTROFOTOMETRÍA

A partir de un simulador preexistente3 que permitía el registro de espectros UV-VIS de muestras preparadas por el usuario con varios compuestos (A, véase la tabla), se han preparado dos nuevos desarrollos en los que el usuario debe preparar las mezclas de reactivos, patrones y muestras adecuadas para realizar determinaciones analíticas a través de la formación de un producto coloreado. El segundo diseño (B) plantea la preparación de una curva patrón para determinar la concentración en muestras problema. El tercero (C) permite medir la formación del producto en tiempo real, para elaborar una cinética que permita determinar la actividad enzimática en una muestra. En todos ellos se presentan botellas de reactivos, tubos de ensayo, cubetas de espectrofotómetro, contenedor de desechos, así como pipetas para preparar las mezclas y transferirlas a la cubeta. Los colores que se muestran y los resultados son coherentes con las mezclas y diluciones que haga el usuario. Asimismo, se interacciona con el espectrofotómetro, con control de longitud de onda, medida de absorbancia que puede registrarse y, en algunos casos, registro gráfico del espectro UV-VIS.

 

 

Los experimentos disponibles son:

A1) Relación entre absorbancia y concentración, empleando para-nitrofenol. Igualmente puede hacerse con NADH. Ambos incluyen la posibilidad de registrar los espectros de absorción (vis y uv).

A2) Fundamento de un ensayo de cuantificación de proteínas con el reactivo de Bradford (azul de Coomassie G250)

A3) Determinación del espectro de absorción uv+vis de la hemoglobina, en distintas diluciones.

A4) Determinación del espectro de absorción de las diversas formas redox de la hemoglobina y con diferentes ligandos.

B1) Determinación de la concentración de glucosa por el método de glucosa oxidasa y peroxidasa, con producto coloreado.

B2) Determinación de la concentración de proteínas por el método de Lowry.

B3) Determinación de la concentración de creatinina por el método de Jaffe.

C1) Determinación de la actividad gamma-glutamiltranspeptidasa.

 

 

Ensayo colorimétrico semicuantitativo con tiras reactivas

Se simula la determinación de cuerpos cetónicos en suero sanguíneo mediante tiras reactivas en las que se produce la formación del producto coloreado, con intensidad proporcional a la concentración de acetoacetato. El usuario debe primero resolver el cálculo de preparación de los patrones mediante diluciones en serie y después tomar y aplicar las muestras empleando capilares. El resultado de las tres muestras se compara con una escala patrón de colores para interpretar la posibilidad de cetosis diabética.

 

Cromatografía de intercambio iónico en columna

En este caso se aborda la separación de la hemoglobina glicada frente a la no modificada, con el fin de valorar la fracción HbA1c, relacionada con el diagnóstico de diabetes. El sistema simula una columna de tipo HPLC a la que se pueden aplicar dos muestras que darán diferente resultado, variable en cada caso, mediante el registro del cromatograma. Además se demuestra la separación de las moléculas dentro de la columna.

 

Cromatografía de reparto y adsorción en capa fina

En un formato TLC, a la placa de gel de sílice se le aplican mediante capilares gotas de varios patrones y muestras problema, bien de aminoácidos o de lípidos. Se continúa iniciando la simulación del desarrollo cromatográfico (subida de la mezcla de disolventes que actúa como fase móvil menos polar) y se termina con una reacción de revelado. Para los aminoácidos se simula el pulverizado con una disolución de ninhidrina, mientras para los lípidos es la exposición a vapores de yodo. Los resultados se pueden registrar en una imagen que representa la fotografía de las manchas teñidas.

 

Electroforesis

El material preexistente, de tipo descriptivo, sobre la separación de isoenzimas de lactato deshidrogenasa por electroforesis sobre tiras de acetato de celulosa se ha completado con un experimento virtual que supone la aplicación de muestras a las tiras y la obtención del resultado tras el avance y el revelado por formación de un producto coloreado. Las muestras deben interpretarse en lo relativo a su distribución de isoenzimas y, en consecuencia, el tejido del que pueden proceder.

 

Ensayo de viabilidad celular

En este caso, se trabaja con una placa de 24 pocillos que contiene células adherentes en cultivo. Se le aplican diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno como agente citotóxico con el fin de evaluar la dosis letal 50%. El ensayo de viabilidad emplea la reducción del derivado de tetrazolio MTT por parte de las deshidrogenasas celulares, generando un compuesto formazano de color violeta. El usuario debe emplear una pipeta para dispensar sucesivamente todos los reactivos a los pocillos de la placa y, finalmente, se presenta como resultado la tabla de absorbancias obtenidas en el lector de placas virtual.

 

 

REFERENCIAS

1. Herráez A (2020). Virtual laboratories as a tool to support learning. Turkish Journal of Biochemistry 45: 20190146. doi:10.1515/tjb-2019- 0146

2. Herráez A. Laboratorios virtuales en Biomodel. http://biomodel.uah. es/lab/

3. Herráez A. Espectrofotómetro UV-VIS virtual. http://biomodel.uah. es/lab/abs/espectro.htm.


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