Red de Investigadores para el Desarrollo de la Ciencias Naturales

Somos un grupo de investigadores de ciencias naturales (Física, Química, Biología) y áreas afines que nos unimos para presentar este proyecto para su financiación.                                         La lista de los investigadores incluye las personas que aparecen en la siguiente lista:

• Lider del proyecto: Dr. Carlos Rudamas, El Salvador, Universidad de El Salvador, PhD en Física 2002.
• Colaborador 1: Dr. Alberto Nuñez-Selles, República Dominicana, Universidad Evangélica, Ph. D. Química, 200.
• Colaborador 2: Licda. Arlene Esther Rodríguez, Honduras, Universidad Autónoma de Honduras, Licenciatura Biología, 2008
• Colaborador 3: Dr. Byron González, Nicaragua, Universidad Autónoma de Nicaragua, Doctor en Educación, 2017.
• Colaborador 4: M.Sc. Cecy Castillo, Belize, University of Belize, Master Natural Resources & Env. management, 2008.
• Colaborador 5: Dra. Denia Marlenis Cid Perez, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph. D. Física y tecnologías cuánticas, 2016.
• Colaborador 6: Dr. Diego Batista, Costa Rica, Centro de Alta Tecnología, CENAT,  Ph. D. Biotecnología Industrial , 2019.
• Colaborador 7: Dr. Enrique Pazos, Universidad de San Carlos de Guatemala, Ph. D. Física, 2009.
• Colaborador 8: Dr. Fabrice Piazza, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph.D. Física, 2001
• Colaborador 9: Dr. Galileo Violini, República Dominicana, Centro Internacional de Física, Doctor Honoris Causa, 2005. Libera Docenza Física Teórica, 1977.
• Colaborador 10: Dra. Germercy Paredes, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph. D. CC de los materiales, 2020.
• Colaborador 11: Dr. Joaquín Urbina, Belize, University of Belize, Ph. D. Química, 2005.
• Colaborador 12: Dr. José Luna-Muñoz, República Dominicana, Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña (UNPHU), Ph. D. CC Biológicas y de la salud, 2005.
• Colaborador 13: Dra. Laura Rubio Lorente, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph. D. Toxicología genética, 2017.
• Colaborador 14: Dra. Lucía Nitsch, Guatemala, Proyectos Educativos Regionales de Autoayuda, Ph. D. Química 2019.
• Colaborador 15: Dra. Ma. Del Mar Pacheco, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph. D. Neurociencia, 2012.
• Colaborador 16: Dr. Oscar Cobar, Guatemala, Universidad del Itsmo de Guatemala, Ph. D. Química, 1996.
• Colaborador 17:M. Sc. Paolo Estrada, Belize, University of Belize, Master Física , 2016.
• Colaborador 18: Dra. Silvia Calo Varela, República Dominicana, Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra, Ph. D. Genética y Microbiología, 2010.
• Colaborador 19: M.Sc. Valeria Cisne Zambrana, Nicaragua, Universidad Autónoma de Nicaragua, M. Sc. Química Analítica, 1996.

RCN es una red regional (Centroamérica y República Dominicana) de investigadores, con nexos internacionales, para fortalecer e impulsar doctorados regionales en ciencias naturales así como promover la colaboración científica mediante el desarrollo de proyectos de investigación multi e interdisciplinarios, enfocados en primera instancia en problemas relacionados con el SARS-CoV-2 y otros virus importantes en la región, y en segunda instancia en áreas como el medio ambiente y la ciencia de materiales, entre otras.

Los países que han logrado los mejores niveles de desarrollo humano en los últimos siglos han sido países con una capacidad investigativa avanzada. La globalización actual y su profunda relación con el paradigma tecnológico plantean un desafío crítico para los países de la región (Centroamérica y República Dominicana), puesto que todos los avances tecnológicos se sustentan sólidamente en el desarrollo de las ciencias naturales.
La debilidad y vulnerabilidad de la región en esta área del conocimiento se manifiesta en una deficiente infraestructura de investigación y en la escasez de personal calificado con nivel de doctorado, lo cual, a pesar de nichos de alta calidad, no permite la cantidad, variedad y calidad necesarias de investigaciones en la región para promover su desarrollo. Esto conduce a que la región tenga uno de los más bajos indicadores de producción científica e innovación tecnológica a nivel mundial.
Todo esto se ve reflejado en algunos indicadores de la región. Por ejemplo, la cantidad de investigadores a tiempo completo en los países de la región es muy baja comparado no solamente con países desarrollados como Finlandia o Dinamarca, sino también con países de Latinoamérica como Brasil. La cantidad de investigadores a tiempo completo por cada mil trabajadores se encuentra entre 0.08 y 2.1, mientras que Brasil y Finlandia tienen 3.02 y 14.9, respectivamente [1].
Esta carencia de investigadores en la región es notoria sobre todo a nivel doctoral. Por ejemplo, en el año 2012, la cantidad de doctores en la región promediaba alrededor de 10 por millón de habitantes, mientras que Alemania tenía 30 veces más [1]. Estos valores no han cambiado significativamente en los últimos años para la región. Este indicador requiere dos alarmantes consideraciones adicionales. Por una parte, de la cantidad de doctores en Latinoamérica sólo el 15% lo son en ciencias naturales. Por otra parte, la gran mayoría de doctores en ciencias naturales que trabajan en la región han tenido que doctorarse fuera. Esto último, conduce a que las investigaciones que llevaron al doctorado no pueden ser fácilmente continuadas en el país de origen, por ejemplo, por la falta de infraestructura científica y junto a la falta de puestos de trabajo dignos para científicos fomenta la fuga de cerebros en la región.
Estimaciones de la UNESCO muestran que, por ejemplo, de los estudiantes latinoamericanos que se graduaron con doctorado en ciencias naturales e Ingeniería en los Estados Unidos de América (USA) entre 2008 y 2011, alrededor de la mitad expresaron su interés en quedarse a vivir en USA [1].
Estos hechos condujeron a que el Consejo Superior Universitario Centroamericano (CSUCA) incluyera entre sus programas la creación de doctorados en Ciencias Naturales y áreas relacionadas. Sin embargo, solo unos pocos programas nacionales han sido creados por las limitaciones en capacidad de investigación y en recursos humanos con doctorado. Por esta razón el CSUCA decidió optar por la creación de programas regionales de doctorado. Los primeros que impulsó, con la cooperación del Centro Internacional de Física Teórica (ICTP) fueron los doctorados regionales en Física y en Matemáticas, aprobados por unanimidad el 13 de Octubre de 2012 para que iniciasen el año 2014 [2].

En marzo de 2016, el CSUCA, comenzó con el proceso de creación de doctorados en otras áreas y acordó instar a la Secretaría General para que se trabajase en la creación de proyectos de doctorado regional en Química, en Biología y en Ciencias Ambientales [3, 4]. A pesar de algunos esfuerzos para su creación en la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia de la USAC, ninguno de ellos ha sido creado.
En la actualidad solo la Universidad Tecnológica de Panamá (UTP) y la Universidad de El Salvador (UES) han iniciado actividades de los doctorados promovidos por el CSUCA luego de la aprobación del Consejo Superior Universitario y la Junta Directiva de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemática, respectivamente. Por su parte, la Universidad de San Carlos de Guatemala (USAC) y la Universidad Nacional Autónoma de Honduras (UNAH) están trabajando activamente en el Comité Académico del Doctorado Regional y hacen esfuerzos por iniciar actividades del doctorado en sus respectivos países. En el Comité Académico del Doctorado Regional en Física también hay representantes de la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), de la Universidad Nacional (UNA) de Costa Rica y de la Universidad de Panamá (UP), quienes por diversas razones han estado inactivos en los últimos años.
La falta de investigadores con grado doctor en Ciencias Naturales en los países de la región, la fuga de una proporción significativa de los mismos y las dificultades para crear y mantener doctorados nacionales y regionales llaman a la creación urgente de una red regional que se involucre activamente en fortalecer los doctorados regionales existentes y en crear e impulsar los doctorados en preparación. Tal red, multidisciplinar, fundada por algunos participantes en los esfuerzos mencionados anteriormente, será naturalmente altamente competitiva y contribuirá, con sus investigaciones, en resolver problemas graves en la región, por ejemplo, los generados por el SARS-CoV-2 y otros virus. También contribuirá en resolver problemas regionales relacionados en otros campos del conocimiento en las ciencias naturales y áreas afines, como el medio ambiente y la ciencia de materiales, entre otros.

Crear una red de Investigadores de Centroamérica y República Dominicana, con nexos internacionales, para impulsar y fortalecer doctorados regionales en ciencias naturales y promover el desarrollo proyectos de investigación multi e interdisciplinarios en ciencias naturales y áreas afines, enfocados, en primera instancia en contribuir a resolver problemas relacionados con el SARS-COV-2 y otros virus.

1. Crear la red de investigadores para el desarrollo de las ciencias naturales, RCN.
2. Fortalecer los programas de doctorado regionales en física en funcionamiento e impulsar la apertura del doctorado regional en Física en más países de la región.
3. Impulsar la creación de doctorados regionales en química, biología y disciplinas afines.
4. Estimular la elaboración de propuestas y la ejecución de proyectos inter y multidisciplinarios en la región, priorizando, en un primer momento, la lucha contra el SARS-CoV-2 y otros virus.
5. Como primera actividad relacionada al numeral 4, comenzar a trabajar en desarrollar un método de detección altamente sensible y selectivo de virus, incluyendo el SARS-CoV-2, mediante el desarrollo de substratos para SERS, el cual pueda ser posteriormente implementado en sensores portátiles comerciales y que permita el primer acercamiento de cooperación inter y multidisciplinaria de los miembros de la red                                                                                                                                                                                                                                                                                                               6. Lograr la internacionalización de la RCN

La dispersión Raman es un tipo de dispersión que ocurre cuando la luz incide sobre alguna porción de materia. Como consecuencia de esta interacción los fotones de los que está compuesta la luz pierden o ceden energía a las moléculas componentes de la porción de materia, que hacen que ésta pase a estados energéticos vibracionales de mayor o menor energía. Los fotones así dispersados contienen información de estos estados que sirven como huellas dactilares de la porción de materia que se investiga. La porción de materia puede ser cualquier sistema bio-químico-físico que se pretenda estudiar, por ejemplo, un virus. De hecho, ya se ha reportado la detección de corona virus mediante SERS [5].
En esta propuesta de proyecto se pretende, además de fortalecer e impulsar los doctorados regionales en Ciencias Naturales, comenzar a investigar sobre la detección de SARS-COV-2 y otros virus importantes de ser estudiados en la región. Esto permitirá estrechar la interacción científica entre los investigadores involucrados en la red e involucrar estudiantes de doctorado.
La intensidad de la dispersión Raman es en principio muy débil, aproximadamente entre 6 y 10 órdenes de magnitud menor que la luminiscencia [6]. Sin embargo, esta dispersión puede ser fuertemente amplificada si colocamos el sistema que queremos investigar sobre la superficie de un substrato compuesto por materiales nanoestructurados. En este caso hablamos de Espectroscopia Raman Amplificada en Superficie (SERS: Surface Enhanced Raman Spectroscopy). Los substratos SERS han sido fabricados con materiales que muestran resonancias plasmónicas, principalmente el oro y la plata, pero también se han fabricado con materiales semiconductores y dieléctricos [6]. Los factores que se deben tomar en cuenta en su fabricación son, entre otros, su costo, su facilidad de fabricación, su estabilidad química, su tendencia a la oxidación, su conductividad térmica y su biocompatibilidad [6]. La amplificación obtenida con los substratos depende mucho de los últimos cinco factores mencionados y en la actualidad se está dando una amplia discusión sobre los mejores métodos y materiales de fabricación para obtener una mejor reproducibilidad de los datos obtenidos en SERS. Sin embargo, la fabricación de substratos SERS que generen una alta amplificación Raman y que sean lo suficientemente homogéneos para que permitan una buena reproducibilidad de los resultados de medidas SERS es todavía un gran reto para la comunidad científica internacional [6]. Esto limita en gran medida la producción en masa de estos substratos para su comercialización. Sin embargo, hay compañías que ya los comercializan a precios relativamente elevados. Por ejemplo, un paquete de 100 substratos SERS de plata y un paquete de 30 substratos de oro cuesta alrededor de 800 USD y 300 USD, respectivamente. Estos substratos muestran todas las limitaciones debido al estado del conocimiento en su fabricación y además tienen un tiempo de vida muy corto (~3 meses), que junto a su elevado costo, vuelve difícil su uso en países con poca inversión en investigación, como los de nuestra región.
Es por esto que en esta red se pretende, en primera instancia, investigar sobre la fabricación de substratos SERS para la detección de SARS-COV-2 y otros virus, utilizando plata, oro, algunos semiconductores y grafeno en la fabricación de los substratos. Para la detección de SARS-CoV-2 se utilizarán proteínas extraídas de los virus que se colocarán sobre los substratos que se fabricarán. En el futuro se podría intentar detectar también en fluidos corporales.
Si este método de detección se optimiza, podría ser una muy buena alternativa a la PCR en tiempo real, cuyas pruebas necesitan alrededor de 8 horas para tener resultados. Con espectroscopia Raman la detección del virus se podría realizar, en principio, en tiempo real.

Este mismo método se aplicará en la detección de virus que también deben ser investigados en la región, como el Dengue, el Zika y la influenza entre otros. Es importante también hacer notar que los substratos SERS también pueden ser aplicados en la detección de materiales contaminantes del medio ambiente y será una de las aplicaciones que también se investigarán en el futuro por los investigadores de esta red.
Este proyecto se realizará en 2 fases.
Fase I: Preparación y caracterización de sustratos para el SERS. Los sustratos serán preparados mediante técnicas físico-químicas, y caracterizados mediante técnicas de microscopia electrónica de transmisión, de fuerza atómica y espectroscopia óptica, disponibles en la UES y en la PUCMM y otras instituciones que se unan al esfuerzo.
Fase II: Caracterización de la respuesta SERS en proteínas selectas del SARS-CoV-2, otros virus y también en proteínas de control, mediante espectroscopia Raman disponibles en la UES y en la PUCMM (y otras instituciones), en función de las características del sustrato y de las condiciones de irradiación fotónica.
Es importante hacer notar, que los investigadores proponentes de esta Red tienen amplia experiencia en las técnicas a utilizar en las dos fases del proyecto y poseen laboratorios especializados para ello.

Durante los 16 meses de proyecto se espera: i) Crear la RCN, con la participación investigadores de las ciencias naturales de la mayoría de países de la región; ii) Implementar el doctorado en física en al menos otro país de la región y sentar las bases para su implementación en la mayoría de países; iii) Tener elaborada al menos una propuesta de creación de un doctorado regional en química y/o biología para su presentación al CSUCA; iv) Que los investigadores de la red comiencen a cooperar científicamente, en primera instancia, en la investigación sobre la detección de SARS-CoV-2 y otros virus mediante SERS; v) Presentar resultados parciales de la investigación en congresos nacionales e internacionales; vi) Publicar al menos un artículo científico; vii) Tener al menos una propuesta de investigación enviada a algún organismo financiador, fruto de la interacción científica de los investigadores durante los 16 meses; viii) Tener acuerdos de colaboración científica establecidos entre la RCN y otras instituciones; ix) Haber organizado múltiples actividades de divulgación mediante distintos medios de transmisión (redes sociales y profesionales, prensa, TV, radio, portales internet, etc); y xi) Haber incorporado estudiantes en el proyecto de detección de virus.

La creación de la RCN estimulará la colaboración científica en ciencias naturales y contribuirá en el fortalecimiento de la capacidad investigativa en la región a través de la formación doctoral de los investigadores. Con esto se contribuirá a mejorar la cantidad y calidad de las investigaciones realizadas en la región. También contribuirá a promover la cooperación científica en la región en las ciencias naturales comenzando con el proyecto de desarrollar substratos SERS para la detección de virus por espectroscopia Raman. Por otra parte, se espera tener una red consolidada que permita a sus miembros participar en convocatorias de financiamiento de proyectos de investigación regionales y de fuera de la región. Todo esto contribuirá en el futuro a crear un ambiente de trabajo científico en la región que evite la fuga de cerebros y contribuya al desarrollo científico y tecnológico de la región elevando la calidad de vida de la población.