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Laboratorio de Biofísica

Laboratorio de Biofísica

En el laboratorio de biofísica del ICF-UNAM nos enfocamos en estudiar y entender los mecanismo de acción de antibióticos polienos. Para ellos utilizamos herramientas experimentales y teóricas que incluyen Microscopia de Fuerza Atómica, Espectrofotometría de UV/vis, Electrofisiología de canal unitario y simulaciones de Dinámica Molecular de bicapas lipídicas y polienos. El resultado es la creación de derivados o formulaciones de estos antibióticos que sean menos tóxicos para los seres humanos.




Fig 1.-  Registro de canal unitario que muestra la presencia de canales de anfotericina B. La línea basal indica el nivel de corriente 0 y se observan 3 eventos de corriente mayor, entre 1- 3pA correspondientes a aperturas del poro de distintos canales.


Durante los 30 años de trabajo del laboratorio se ha adquirido una amplia experiencia en la obtención de bicapas de diferentes composiciones mediante la técnica de Tip-Dip para el registro de señales eléctricas (Electrofisiología), ver figura 1, así como Espectrofotometría UV/Vis para la caracterización de los fármacos en diferentes ambientes y soluciones, ver figura 2. También se ha avanzado en el uso de AFM de manera tal que se pueden medir propiedades elásticas de vesículas y vacuolas así como la obtención de imágenes topográficas de bicapas soportadas sobre mica de diferentes mezclas de lípidos, ver figura 3. Estas técnicas han permitido un mejor entendimiento del modo de acción de fármacos antifúngicos e incluso han permitido la síntesis de análogos que buscan disminuir la toxicidad de dichos fármacos. Esto último en una colaboración ínter- institucional entre UNAM, UAEM y Cinvestav.







Fig 2.- Perfil del espectro de anfotericina B obtenido mediante espectrofotometría de UV/Vis a diferentes concentraciones de anfotericina B en DMSO. Se observa que a mayor concentración el perfil se escala pero a demás sufre un cambio de perfil.


























Fig. 3. Imagen topográfica de AFM de una bicapa soportada sobre mica. Se observa la proyección 3D y 2D así como un perfil de alturas. Se observa claramente la altura correspondiente al grosor de un bicapa lipídica entre los cursores rojos (~3 nm) y la diferencia de altura de ~ 1 nm de un dominio de lípido en fase gel contra el resto de la bicapa, cursores verdes.


Líneas de Investigación del Laboratorio de Biofísica de la UNAM

  • 1. Diseño racional de fármacos.

Esta línea combina síntesis química con técnicas como HPLC y TRPS para caracterizar derivados de anfotericina B, evaluando su pureza, tamaño de partícula y estabilidad fisicoquímica. El enfoque incluye estudios regulatorios, preclínicos y fisicoquímicos para ampliar el espectro terapéutico de derivados sintetizados en el laboratorio, explorando nuevas aplicaciones en patologías más allá de las infecciones fúngicas. También se desarrollan estrategias de formulación y liberación controlada que mejoren su perfil farmacológico.

Click aquí para la publicación relacionada.


  • 2. Estudios electrofisiológicos de canales transmembranales

Esta línea se enfoca en la caracterización funcional de canales iónicos transmembranales mediante electrofisiología de canal unitario, explorando su conductancia, selectividad iónica y mecanismos de regulación en presencia de fármacos, toxinas y proteínas moduladoras. La integración de simulaciones de dinámica molecular y cálculos numéricos cuánticos permite detallar las interacciones moleculares entre canales y ligandos, identificando sitios de unión y mecanismos de acción a nivel atómico y/o molecular. Estos estudios contribuyen al diseño de terapias más específicas y a una mejor comprensión de los mecanismos moleculares de acción de fármacos, toxinas y péptidos antimicrobianos.


  • 3. Desarrollo de potenciales refinados para el estudio de procesos moleculares de interés biológico

Mediante simulaciones de dinámica molecular y cálculos cuánticos, se desarrollan potenciales personalizados para representar con precisión interacciones complejas en sistemas biológicos. Esta línea prioriza la caracterización de fármacos poliénicos, toxinas y proteínas de relevancia médica. El trabajo incluye la optimización de campos de fuerza para modelar la dinámica de membranas, la interacción con ligandos y procesos de auto ensamblaje lipídico, lo que resulta esencial para estudiar sistemas biológicos realistas en detalle, facilitando el diseño de fármacos y el entendimiento de procesos bioquímicos.


  • 4. Formulaciones liposomales para la entrega de fármacos

Se desarrollan y caracterizan formulaciones liposomales como un sistema eficaz de encapsulación, entrega y liberación de fármacos poliénicos, como la anfotericina B. Herramientas como la detección de pulsos resistivos sintonizables (TRPS) se utilizan para determinar el tamaño y el potencial zeta de los liposomas, asegurando estabilidad y funcionalidad óptima. Asimismo, técnicas como microscopía de fuerza atómica (AFM) con bicapas soportadas sobre mica y espectrofotometría UV/Vis se emplean para evaluar la encapsulación, liberación y propiedades estructurales de los liposomas. Este enfoque permite diseñar vehículos de entrega más seguros y efectivos, especialmente para moléculas como los antimicóticos, minimizando los efectos adversos y mejorando la biodisponibilidad.


  • 5. Estudio de propiedades fisicoquímicas de bicapas lipídicas

Esta línea aborda la caracterización estructural y funcional de bicapas lipídicas mediante el uso de microscopía de fuerza atómica (AFM) con bicapas soportadas sobre mica, lo que permite explorar propiedades como la fluidez, elasticidad y estabilidad. Se complementa con microscopía de fuerza mediante sonda Kelvin (KPFM) para estudiar distribuciones de potencial electrostático y sus interacciones con fármacos, proteínas y toxinas. Adicionalmente, se emplea TRPS para caracterizar partículas asociadas, como exosomas o vesículas artificiales. Estos estudios son fundamentales para entender las propiedades biomiméticas y desarrollar sistemas avanzados de transporte de fármacos, así mismo aportan información valiosa para entender el comportamiento de membranas biológicas.


Estas líneas de investigación integran enfoques experimentales avanzados y herramientas computacionales, con un énfasis particular en la caracterización de fármacos poliénicos, toxinas y proteínas, así como en la interacción de estos con sistemas lipídicos. Esto fortalece el impacto del laboratorio en biofísica, nanomedicina y biotecnología, alineándose con un enfoque interdisciplinario.


Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) que cumple el Laboratorio de Biofísica del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM

El Laboratorio de Biofísica del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM contribuye de manera significativa al cumplimiento de diversos Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos por la Agenda 2030 de las Naciones Unidas. A continuación, se detallan los objetivos y metas específicos en los que se enmarcan sus actividades:

1. ODS 3: Salud y Bienestar

  •  Meta 3.4: Reducir en un tercio la mortalidad prematura por enfermedades no transmisibles mediante la prevención y el tratamiento.
    El desarrollo de fármacos antimicóticos más seguros y efectivos busca minimizar los efectos adversos en pacientes, promoviendo así mejores resultados terapéuticos y reduciendo el impacto de infecciones fúngicas, especialmente en poblaciones vulnerables.
  • Meta 3.8: Lograr la cobertura sanitaria universal, incluido el acceso a medicamentos esenciales seguros, eficaces, de calidad y asequibles.
    La investigación en formulaciones seguras de antimicóticos contribuye a garantizar el acceso a tratamientos efectivos para una variedad de patologías, alineándose con el compromiso de extender su uso a nuevas áreas médicas.

2. ODS 4: Educación de Calidad

  • Meta 4.3: Asegurar el acceso igualitario para todos los hombres y mujeres a una educación técnica, profesional y superior de calidad.
    El laboratorio fomenta la formación integral de estudiantes de licenciatura y posgrado, sin discriminación alguna por raza, religión o género, garantizando un entorno inclusivo y equitativo para el desarrollo académico y profesional.
  • Meta 4.5: Eliminar las disparidades de género en la educación y asegurar el acceso equitativo.
    La política de inclusión y no discriminación en el laboratorio promueve la participación activa de todos los estudiantes, asegurando oportunidades iguales para grupos históricamente excluidos.

3. ODS 5: Igualdad de Género

  • Meta 5.1: Poner fin a todas las formas de discriminación contra las mujeres y las niñas.
    La apertura del laboratorio a estudiantes de todas las identidades y géneros refuerza el compromiso con la igualdad y la eliminación de prejuicios en el ámbito académico y científico.

4. ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura

  • Meta 9.5: Potenciar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales en todos los países.
    Al desarrollar innovaciones en fármacos antimicóticos y extender su uso a otras patologías, el laboratorio contribuye al avance de la biotecnología y la medicina, fortaleciendo la capacidad científica nacional y regional.

5.  ODS 10: Reducción de las Desigualdades

  • Meta 10.2: Promover la inclusión social, económica y política de todas las personas.
    La política de no discriminación del laboratorio garantiza que todos los estudiantes tengan igualdad de oportunidades para contribuir y beneficiarse de sus actividades de investigación y desarrollo.

  • Paquete MONTECUERNA para simulaciones numéricas de sistemas moleculares con el método de Monte Carlo.
  • Equipos de electrofisiología para experimentos de canal unitario sobre bicapas modelo artificiales o de origen celular; forjas para la elaboración de micropipetas de vidrio; electrómetros; tarjetas de adquisición digital etc...
  • Microscopio de fuerza atómica para estudio topográfico y de propiedades elásticas de materiales sólidos y biológicos tanto en condiciones ambiente como fisiológicas.
  • MiniCluster de 12 procesadores con SO Centos v2.0; 3 PC con cuádruple núcleo con SO Mandriva 20; 2 PC con MS-Windows XP de 64 bits. Desarrollo de software ad hoc al análisis estructural y predicción de estructura de las proteínas.
  • Espectrofotómetro de UV/Vis para la caracterización de compuestos en diferentes medios y a distintas concentraciones.

El laboratorio mantiene colaboraciones de investigación con las siguientes instituciones:


  • FES Zaragoza (UNAM)
  • CINVESTAV (Zacatenco)
  • Facultad de Farmacia UAEMor
  • Centro de Investigaciones Químicas UAEMor
  • Instituto de Investgaciones Biomédicas UNAM
  • Instituto de Fisiología Celular UNAM
  • Facultad de Química, Universidad de Sevilla
  • Instituto Tecnológico Superior Zacatecas Occidente

Artículos en revistas con arbitraje indizadas (Web of Science, JCR, SCOPUS)

1.- A Promising Amphotericin B Derivative Induces Morphological Alterations, Mitochondrial Damage, and Oxidative Stress In Vitro and Prevents Mice from Death Produced by a Virulent Strain of Trypanosoma cruzi Liga a la publicación
2.- Notable enhancement of Amphotericin B channel activity by applied pressures in the range of MS channel activation Liga a la publicación
3.- Effect of ergosterol or cholesterol in the morphology and dynamics of the POPC/Sphingomyelin bilayer Liga a la publicación
4.- Amphotericin A21 induces antineoplastic effects through the modulation of apoptosis in human tumoral cells Liga a la publicación
5.- A Promising Amphotericin B Derivative Induces Morphological Alterations, Mitochondrial Damage, and Oxidative Stress In Vitro and Prevents Mice from Death Produced by a Virulent Strain of Trypanosoma cruzi Liga a la publicación
6.- Notable enhancement of Amphotericin B channel activity by applied pressures in the range of MSchannels activation. Liga a la publicación
7.- Surface modification of residual Nylon 6.6 and Fiberglass-Nylon 6.6 coatings by atmospheric plasma treatment Liga a la publicación
8.- IN VITRO COMPARATIVE STUDY OF THE ANTITUMORAL EFFECTS OF AMPHOTERICIN B AND ITS DERIVATIVE AMPHOTERICIN A21 IN LUNG CELLS Liga a la publicación
9.- Polyene Antibiotics Physical Chemistry and Their Effect on Lipid Membranes; Impacting Biological Processes and Medical Applications Liga a la publicación
10.- In vitro comparative study of the antitumoral effects of amphotericin b and its derivative amphotericin A21 in lung cells Liga a la publicación
11.- Polyene Antibiotics Physical Chemistry and Their Effect on Lipid Membranes; Impacting Biological Processes and Medical Applications. Liga a la publicación
12.- TBC1D10C is a cytoskeletal functional linker that modulates cell spreading and phagocytosis in macrophages Liga a la publicación
13.- Preclinical safety evaluation of amphotericin A21: A novel antifungal Liga a la publicación
14.- Asymmetric bilayers mimicking membrane rafts prepared by lipid exchange: Nanoscale characterization using AFM-Force spectroscopy Liga a la publicación
15.- Preclinical safety evaluation of amphotericin A21: A novel antifungal Liga a la publicación
16.- Morphology and dynamics of domains in ergosterol or cholesterol containing membranes Liga a la publicación
17.- Biophysical characterization of the insertion of two potent antimicrobial peptides-Pin2 and its variant Pin2[GVG] in biological model membranes Liga a la publicación
18.- A molecular dynamics study proposing the existence of statistical structural heterogeneity due to chain orientation in the POPC-cholesterol bilayer Liga a la publicación
19.- A general purpose acetonitrile interaction potential to describe its liquid, solid and gas phases Liga a la publicación
20.- Asymmetric bilayers mimicking membrane rafts prepared by lipid exchange: Nanoscale characterization using AFM-Force spectroscopy Liga a la publicación
21.- Biophysical characterization of the insertion of two potent antimicrobial peptides-Pin2 and its variant Pin2 [GVG] in biological model membranes Liga a la publicación
22.- Morphology and dynamics of domains in ergosterol or cholesterol containing membranes Liga a la publicación
23.- A molecular dynamics study proposing the existence of statistical structural heterogeneity due to chain orientation in the POPC-cholesterol bilayer Liga a la publicación
24.- Tetraspanin 33 (TSPAN33) regulates endocytosis and migration of human B lymphocytes by affecting the tension of the plasma membrane Liga a la publicación
25.- Tetraspanin 33 (TSPAN33) regulates endocytosis and migration of human B lymphocytes by affecting the tension of the plasma membrane Liga a la publicación
26.- B. Ullrich and J. S. Wang; All-optical tuning of the Stokes shift in PbS quantum dots, Appl. Phys. Lett. 102, 071905 (3pp) (2013) Liga a la publicación
27.- J. S. Wang, B. Ullrich, and G. J. Brown; Lead Sulfide quantum dot synthesis, deposition, and temperature dependence studies of the Stokes shift, MRS 2011 Fall Meeting, Boston, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1409 © 2012 Materials Research Society, DOI: 10.1557/opl.2012.755 (6 pages) Liga a la publicación
28.- J. S. Wang, B. Ullrich, and G. J. Brown; PbS nanoparticles: synthesis, supercritical fluid deposition, and optical studies, MRS 2012 Spring Meeting, San Francisco, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1449 © 2012 Materials Research Society, DOI: 10.1557/opl.2012.792 (6 pages) Liga a la publicación
29.- B. Ullrich, J. S. Wang, and G. J. Brown; Photoluminescence under high-electric field of PbS quantum dots, AIP Advances 2, 042132 (5pp) (2012); doi: 10.1063/1.4766329 Liga a la publicación
30.- Ramírez-Galicia G., Garduño-Juárez Ramón, Bahram Hemmateenejad, Deeb Omar, Deciga-Campos Myrna, Moctezuma-Eugenio Juan Carlos,
QSAR study on the antinociceptive activity of some morphinans,
Chemical Biology & Drug Design 70 (2007) 53-64.
 
31.- Ramírez-Galicia G., Garduño-Juárez Ramón, Bahram Hemmateenejad, Deeb Omar, Samuel Estrada-Soto,
QSAR study on the relaxant agents from some Mexican medicinal plants and synthetic related organic compounds,
Chemical Biology & Drug Design 70 (2007) 143-153.
 
32.- Deeb O., Hemmateenejad B., Jaber A., Garduño-Juárez R. and Miri R.,
Effect of the electronic and physicochemical parameters on the carcinogenesis activity of some sulfa drugs using QSAR analysis based on genetic-MLR and genetic-PLS,
Chemosphere 67(11) (2007) 2122-2130.
 

Artculos en revistas de enseanza indizadas

1.- Los liposomas en nanomedicina: del concepto a sus aplicaciones clnicas y tendencias actuales en investigacin Liga a la publicación
2.- Los liposomas en nanomedicina: del concepto a sus aplicaciones clnicas y tendencias actuales en investigacin Liga a la publicación

Capítulos de libros

1.- Formation and Nanoscale Characterization of Asymmetric Supported Lipid Bilayers Containing Raft-Like Domains.
2.-  J. I. Amaro-Estrada, C. I. León-Pimentel, A. Ramírez-Solís, H. Saint-Martin, Enfoque molecular del envenenamiento por plomo, Inventio pp. 31-33, 2016
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