Proyectos de Exploración: las propuestas disruptivas de la investigación en Chile

Temas de estudio innovadores y con elementos disruptivos. Ese es el foco de los fondos de Exploración, un nuevo concurso de investigación que lanzó la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, ANID, y que tuvo su fallo a fines de 2022.

De un total de 30 iniciativas adjudicadas, siete proyectos tienen como director a un académico o académica UC, y uno, el director adjunto es de esta casa de estudios. Así, la Universidad Católica es la institución nacional que alberga la mayor cantidad de iniciativas de la Primera Convocatoria de Exploración.

“Esta nueva modalidad de proyectos resulta muy interesante para abrir nuevas áreas de investigación”, dice María Elena Boisier, directora de Investigación de la UC. Esta unidad de la Vicerrectoría de Investigación es la encargada de coordinar dichas postulaciones, por lo que conocen de cerca las propuestas.

Según describe ANID en su página web, el fin es aportar al desarrollo y consolidación de la investigación científico-tecnológica “disruptiva, novedosa, de alta incertidumbre y con un alto potencial transformador a través de proyectos de todas las áreas del conocimiento y liderados por duplas de investigadores o investigadoras”. 

Como releva el vicerrector de Investigación Pedro Bouchon: “Rescato el excelente desempeño de nuestros investigadores e investigadoras en esta primera convocatoria de Proyectos de Exploración. Esto demuestra que existe un tremendo potencial para temas y áreas de estudio que presentan alta novedad científica, incertidumbre, potencial transformador y alta retribución, que son los conceptos que define la ANID para esta convocatoria. Destaco también el carácter interdisciplinario de algunas propuestas, un ámbito que nos interesa empujar como universidad pues ayuda a abordar preguntas complejas".

Las bases de la primera convocatoria del concurso Exploración 2022 “prometía un espacio disruptivo para el status quo de la investigación en Chile, ampliando el tipo de metodologías validadas, la puesta en valor de la incertidumbre y la unión de diversas filiaciones, trayectorias y experiencias de los investigadores”, comenta el equipo encabezado por Milena Grass, académica de la Escuela de Teatro, y Sebastián Riffo, artista visual, a cargo de unos de los proyectos seleccionados.

Estrés, sicoterapia y salud

Una de las iniciativas elegidas es la que encabeza María Isabel Yuseff, académica de la Facultad de Ciencias Biológicas. Junto a su equipo de trabajo, el co-director Félix Bacigalupo, profesor de la Escuela de Psicología, y Jheimmy Díaz, investigadora también de Ciencias Biológicas, proponen un enfoque multidisciplinario para dilucidar los efectos del estrés y la psicoterapia, sobre la salud mental y física.

“Nos hemos focalizado en el caso más extremo de estrés, que corresponde a la condición llamada trastorno de estrés postraumático (TEPT), que ocurre en respuesta a un trauma psicológico”, explica la profesora Yuseff.

El tema es clave. En 2017, la Organización Mundial de la Salud informó que el 70,4% de las personas experimentaron un trauma psicológico en su vida, lo que se traduce en un alto impacto a nivel social. Paradójicamente, existe un vacío importante en entender cómo la psicoterapia podría mejorar la salud de los pacientes. 

¿Los elementos disruptivos? María Isabel Yuseff expresa que el proyecto será el primero en pacientes con TEPT en Chile y a nivel internacional, que propone estudiar los efectos del trauma y el impacto del tratamiento psicoterapéutico a diversos niveles: clínico, psicológico, neurofisiológico e inmunológico. Esto “generará resultados en aspectos de salud mental, con un fin diagnóstico integral y un enfoque predictivo”, indica la profesora del Departamento de Biología Celular y Molecular, quien destaca el desafío interdisciplinario y el alto grado de incertidumbre del proyecto. 

Arte rupestre desde la práctica artística como investigación

En el área del rescate arqueológico y patrimonial de Taira -una localidad a 90 kilómetros de Calama-, está el proyecto de Milena Grass y Sebastián Riffo. El equipo parte de la base que, aunque existe bastante trabajo de rescate arqueológico y patrimonial de la zona de Taira, hasta ahora no se han desarrollado propuestas que aborden el fenómeno con profundidad, desde la disciplina artística. “Si bien desde el campo de la arqueología existe consenso de que se trata de arte rupestre y sus hacedores son efectivamente artistas, las obras no han sido estudiadas cabalmente con enfoques, metodologías y conceptos desde el campo de las artes”, explican.

¿Por qué es innovador? Entre otras cosas, porque plantea un modelo analítico sobre el arte rupestre a partir de metodologías artísticas de práctica como investigación. “En este sentido conectó perfectamente con el concurso, encarnando este cambio de paradigma respecto de quienes pueden estar habilitados para hacer ciencia y generar conocimiento, y eso se observa al ser adjudicada esta propuesta con el máximo puntaje”, cuenta el equipo.

Se elaborarán, por ejemplo, trabajos de composición a partir del reconocimiento y práctica del dibujo como conocimiento analítico del medio; y se aplicarán pruebas sobre los patrones compositivos y proporcionales de las manifestaciones del alero rocoso de Taira. Desde lo sonoro, se indagará en las particularidades acústicas de ese emplazamiento y cómo estas dan cuenta también de códigos que permiten entender la materialidad y aportan al desarrollo de la técnica. Además, se investigará la expresividad corporal que permitió realizar esos pictograbados a partir de trabajos performativos. 

Síntesis eficiente de amoníaco  

“El amoniaco es uno de los compuestos químicos más importantes para la humanidad”, afirma Néstor Escalona, profesor de la Escuela de Ingeniería. El académico explica que este elemento ha revolucionado la agricultura a nivel mundial con una producción de 175 millones de toneladas al año y una estimación anual para 2050 de 270 millones de toneladas. "Actualmente este proceso contribuye con 1,6% de las emisiones globales de CO2 y consume aproximadamente el 2% de la energía mundial”, detalla. 

El proyecto que lidera propone utilizar la luz solar mediante un proceso fotocatalítico continuo, para la síntesis eficiente de amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, “el cual permita proyectar una alternativa viable al proceso Haber-Bosch, y sintetizar amoniaco verde en su totalidad”.

La propuesta tiene dos componentes disruptivos, dice su director: se involucra el diseño y construcción de tres dispositivos que emplearán la luz solar como fuente de energía para transformar el nitrógeno y el hidrógeno en amoniaco. Estos dispositivos tendrán en su interior diferentes materiales llamados “fotocatalizadores”. “El segundo aspecto es que involucra el estudio no sistemático de varios fotocatalizadores. Esta propuesta presenta grandes retos científicos, así como de ingeniería, los cuales serán abordados por un grupo interdisciplinario”, concluye.

Tecnología para la detección de virus

Desarrollar detectores de virus basados en anticuerpos de alpacas. Ese es el proyecto que propone el académico de la Facultad de Ciencias Biológicas Fernán Federici. “La idea es que puedan ser adaptados a la detección de diferentes patógenos y disecados en papel para su uso remoto. Como proyección, apuntamos a tener una herramienta que a futuro permita explorar el monitoreo de virus en espacios cerrados”, explica.

La propuesta nace a partir del regreso a la “vida normal” en el contexto de una pandemia, lo que requiere ventilación y tratamiento del aire en salas, además de otras medidas como vacunación, lavado de manos, testeo y uso de mascarillas. Eso puso sobre la mesa la necesidad de contar con herramientas de monitoreo que puedan alertar cuando un espacio cerrado se ha visto comprometido. “Aunque el uso de detectores de CO2 es un buen indicador de la calidad del aire y riesgo de infección, no permite identificar la presencia de virus. En este proyecto, proponemos el desarrollo de biosensores basados en anticuerpos más pequeños que se obtienen de alpacas -llamados nanobodies-, que puedan ser adaptados a la detección de nuevos patógenos, embebidos en matrices porosas como papel y, en un futuro, ser utilizados para el monitoreo de espacios”, detalla el profesor.

El impacto del juego en la creatividad y la salud mental

Generar conocimiento sobre el impacto que tiene el juego en el desarrollo de la creatividad y en la salud mental, es el objetivo del profesor de la Escuela de Psicología, David Preiss. Su propuesta busca investigar aquellas disposiciones psicológicas que cumplen un rol protector en el desarrollo y que se pueden potenciar para promover el bienestar psicológico. 
Junto a Valeska Grau como directora alterna del proyecto, el equipo explorará el modo en que el juego afecta la creatividad y la salud mental en diversos momentos del desarrollo de la infancia y la adolescencia. Y “cómo esta relación interacciona con las disposiciones atencionales y la capacidad de autorregulación”, dice el investigador.

Como manifiesta el académico, lo novedoso es que se busca aportar a la investigación sobre juego y creatividad ayudando a la comprensión, desde edades más tempranas de lo que se ha explorado hasta hoy, de los vínculos del juego y la creatividad con la atención plena, la divagación mental y la disposición lúdica.

“Nos interesa entender cómo estas tienen un impacto en la salud mental. Para ello, el proyecto desarrollará innovaciones en la medición de creatividad, la disposición lúdica y las disposiciones atencionales en la vida cotidiana, lo que permitirá ir más allá del laboratorio para medir estas variables en escenarios naturales, usando medidas de reporte diario y muestreo de experiencia”.

Matemáticas para entender la dinámica de lo vivo

El estudio de la dinámica de lo vivo es el tema del proyecto que liderarán Rolando Rebolledo, ingeniero matemático y profesor de la Universidad de Valparaíso, como director; y Pablo Marquet, profesor del Departamento de Ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas, como director adjunto. ¿De qué se trata? Como explica, los seres vivos existen en constante movimiento e interacción, regenerando su estructura y manteniendo su organización. “La dinámica fundamental de lo vivo puede entenderse como la interacción de flujos de materia, energía e información. Describir esta dinámica implica entender cómo estos flujos interactúan formando redes a través de las cuales fluye la materia, la energía y la información, desde lo más microscópico -interacción entre moléculas-, hasta lo macroscópico, es decir, las dinámicas ecológicas”, expresa.

La propuesta intenta definir las bases matemáticas que permitan esta descripción. “Para ello se utilizará una descripción matemática general, asociada a procesos estocásticos -es decir, flujos de probabilidades-, y que sea consistente desde los niveles cuánticos -microscópico- a lo macroscópico”.

Se trata de un proyecto de alto riesgo y, si es exitoso, de alto impacto, lo que explica en parte que haya sido elegido por la ANID. Pablo Marquet afirma que la formalización de un modelo matemático que explique la interacción entre flujos es complejo en sí mismo, “al igual que entender cómo interactúa la materia, la información y la energía en un contexto de flujos de probabilidades. La guinda de la torta es que el modelo debe ser tan general que permita entender dinámicas micro y macroscópicas”.

Agricultura industrial en el desierto costero

Los profesores Francisco Albornoz, de la Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal, y Camilo del Río, del Instituto de Geografía y director del Centro del Desierto de Atacama UC, vienen trabajando hace más de cinco años la idea de la agricultura en un clima extremadamente árido.

“Se trata de generar agricultura a escala industrial en el desierto costero de Atacama, a partir del agua niebla y la energía solar, dos recursos naturales abundantes en esa zona. Entonces, ¿cómo aprovechar estos dos recursos para aportar al tema de la seguridad alimentaria?”, se pregunta el profesor del Río. El trabajo apunta a generar cultivos hidropónicos, como lechugas, tomates y frutillas, entre otros, en invernaderos climatizados por energía solar y regados con agua de niebla.

El hecho de generar agricultura en el desierto más árido del mundo y a gran escala es, en sí, algo disruptivo, apunta el investigador; asimismo, se plantea un modelo que estima el potencial de agua niebla colectable para cada territorio. “También estamos integrando la calidad del agua niebla, que es algo súper innovador porque en Chile se ha estudiado muy poco. Además, vamos a estudiar cuáles son los cultivos que mejor se producen en estos ambientes”.

Finalmente, la propuesta tiene una arista de gobernanza: para que esto no quede solo en proyecciones y números atractivos en términos científicos, analizarán qué herramientas se sugieren para que esta agricultura en el desierto sea realidad y se pueda masificar a gran escala.

Glóbulos “verdes” que produzcan oxígeno por fotosíntesis

José Tomás Egaña es profesor asociado del Instituto de Ingeniería Biológica y Médica y junto a su equipo, vienen estudiando hace más de 10 años algo de vanguardia: cómo oxigenar tejidos en base a microorganismos que producen oxígeno por fotosíntesis.

“Hay muchas enfermedades cuyo problema es que el oxígeno no llega de la manera que debería a los tejidos, como un infarto. Los órganos se oxigenan en base a glóbulos rojos y la pregunta es cómo oxigenamos órganos o tejidos de manera alternativa al sistema vascular”, cuenta el director del proyecto. Lo que proponen es un símil a los glóbulos rojos: los glóbulos verdes. “Lo que harían estos últimos es que, en presencia de luz, producirían oxígeno por fotosíntesis. En eso hemos venido trabajando, pero el problema es que, si apagas la luz, se consume el oxígeno”, advierte el investigador.

Junto a César Ramírez, profesor del mismo Instituto, como director adjunto y a su equipo, quieren ir un paso más allá en la optimización de este proceso. “El proyecto consiste en hacer sustitutos fotosintéticos de sangre, para la preservación de órganos para trasplantes, entre otros. El objetivo final es que podamos oxigenar a humanos, para que tengamos células circulando en la sangre que produzcan oxígeno más eficiente, y de manera local y controlada”, comenta el profesor Egaña.

Son los que más han avanzado en este tema en Chile y a nivel internacional. “Lo que queremos validar acá es la preservación fotosintética de órganos para trasplante, que están fuera del cuerpo y que se podrían oxigenar en base a luz. Eso permitiría que los órganos sean preservados más tiempo y en mejores condiciones”, agrega y apunta que lo más disruptivo del proyecto es el el objeto de estudio en sí mismo. “Que a través de la luz seas capaz de producir tu propio oxígeno. Eso permitiría vivir bajo el agua o en planetas sin oxígeno”, expresa.

Como concluye la directora de Investigación UC María Elena Boisier: “Lo interesante es que este concurso permitió que temas tan diversos como arte y patrimonio, agricultura en el desierto costero, o ingeniería genética para optimizar la entrega de oxígeno a los tejidos, se junten y abran nuevas interrogantes de investigación. En un futuro, podrían transformarse en proyectos más grandes en áreas de vanguardia”.