Juan Carlos Cruz

   IBIO 2250 - Fenómenos de Transporte Biológico

La transferencia de momentum, calor y masa son fenómenos que rigen los procesos biológicos y que guardan fuertes analogías tanto físicas como matemáticas. La comprensión de dichos fenómenos de transporte es relevante para entender el funcionamiento y para diseñar dispositivos o tratamientos en caso de patologías. En el curso se estudia el transporte de sustancias a nivel celular y sistémico; principalmente se estudian las propiedades físicas de los fluidos de los seres vivos, las propiedades físicas de las membranas, la sangre, los fenómenos de transporte de oxígeno y la cinética de reacciones.

  IBIO 2650 - Biomateriales

Los biomateriales son materiales sintéticos o naturales usados ya sea para aumentar o reemplazar un tejido o para aplicaciones que requieren tiempos cortos. Estos biomateriales tienen diversos usos en la fabricación de vasos sanguíneos artificiales, válvulas cardiacas, implantes estéticos, articulaciones ortopédicas, rellenos dentales y catéteres intravenosos. Recientemente también son una herramienta esencial en medicina regenerativa y como vehículos para la entrega controlada de medicamentos. Para su uso exitoso los biomateriales deben cumplir con características físicas, químicas y de biocompatibilidad. En este contexto, este curso abarca algunos de los biomateriales más utilizados en salud humana, sus propiedades, interacción con tejidos biológicos, técnicas para caracterización y aplicaciones.

   IBIO 3411 - Biotecnología e Ingeniería Biomolecular

La ingeniería de sistemas biotecnológicos es una de las áreas más promisorias desde los puntos de vista científico y tecnológico. La biotecnología moderna es fundamental para la investigación avanzada actual ya que se desarrolla en la intersección de varias disciplinas como la física, química, biología e ingeniería. Se espera que los sistemas biotecnológicos jueguen un rol importante para facilitar estrategias terapéuticas para el tratamiento de algunas de las enfermedades más importantes del siglo XXI como lo son Alzheimer, Párkinson y varias formas de cáncer. Más aún, con la ayuda de la biotecnología ha sido posible desarrollar varios dispositivos biomédicos y herramientas de diagnóstico.

Algunas de las áreas de investigación dentro del campo de la biotecnología biomédica con mayor actividad actualmente incluyen el descubrimiento y producción de moléculas farmacológicas, la terapia génica, la farmacogenómica y las pruebas genéticas para medicina personalizada. Este curso es diseñado para explorar desde la investigación de laboratorio hasta su implementación clínica algunas de los desarrollos más importantes en estas áreas.

Durante la última década, el gobierno colombiano ha hecho esfuerzos importantes para que el país pase de tener una economía puramente basada en la agricultura a fundamentarse en desarrollos tecnológicos. Este curso se alinea con dicho reto ayudando con la preparación de una masa crítica de ingenieros y científicos capaces de brindar un soporte sólido en el desarrollo de las estrategias para convertir los vastos pero subutilizados recursos biológicos con los que cuenta el país, en negocios dinámicos y sostenibles que nos permitan competir en los mercados regionales y globales.  

   IBIO 3804 - Modelado y Simulación Multifísica: Aplicaciones en Procesos Biomédicos

El diseño actual de productos, procesos y equipos se caracteriza por varios factores críticos, a menudo impulsados por una competencia feroz: la necesidad de reducir los costos, la necesidad de reducir el tiempo de comercialización y la necesidad de realizar cambios drásticos. En el enfoque tradicional del diseño, los ingenieros construyen un prototipo físico y lo prueban en el laboratorio. Los prototipos físicos tienen muchos inconvenientes: por lo general son caros de construir y modificar, y por su propia naturaleza, conducen a ciclos de diseño largos, la repetibilidad puede ser difícil (a menudo destructiva) y los cambios dramáticos pueden ser más difíciles de concebir.

El diseño de prototipos informáticos o simulación se ha convertido en un complemento importante del proceso de diseño, a veces reduciendo drásticamente la cantidad de prototipos físicos requeridos. En la creación de prototipos de computadoras, se construye un modelo de computadora que usa ecuaciones matemáticas lo más cercano posible al modelo físico: la forma y el tamaño exactos y el proceso físico exacto. La popularidad de los prototipos de computadoras se puede atribuir al enorme avance en hardware y software que ha minimizado la necesidad de conocimientos matemáticos y esfuerzos a un mínimo, para que el usuario pueda concentrarse en la manipulación del proceso "físico" en la computadora. Este curso introducirá prototipaje en computador usando un software de simulación, basado en física, que se usa ampliamente en la industria. Para evitar el posible uso indebido del software, se aprende a no utilizarlo como una caja negra. Se hace esto discutiendo (aunque brevemente) los componentes de dicho software: las ecuaciones gobernantes, la solución numérica de las ecuaciones, etc. Se analizan los problemas de transferencia de calor y masa en procesos biomédicos / biológicos como la criocirugía, la hipertermia y la administración de fármacos. Cerca de la mitad del curso está dedicado a proyectos de diseño que se trabaja en grupos pequeños (cada grupo tiene un proyecto diferente).

La investigación multidisplicinaria que desarrollamos junto con la profesora Carolina Muñoz se enfoca en el desarrollo y aplicación de nuevos biomateriales para aplicaciones en medicina regenerativa y en particular en los campos de liberación controlada de fármacos, sistemas basados en péptidos antimicrobianos contra microorganismos resistentes y regeneración de tejidos. Dentro de los focos de interés en liberación controlada, se encuentra la producción de vehículos nanoestructurados con capacidad de penetración celular que responden a la aplicación de campos magnéticos externos para su transporte y guía a los órganos y tejidos de interés. Para esto hemos contado con el apoyo de los Departamentos de Ingeniería Química y Eléctrica y Electrónica de la Universidad de los Andes. Es así como junto con el Departamento de Ingeniería Química hemos trabajado en la búsqueda y producción de alta eficiencia de nuevas moléculas biológicas con capacidad de translocación celular espontánea, lo cual nos ha permitido desarrollar 3 nuevos vehículos de penetración celular que adicionalmente son capaces de escapar rutas endosomales de tráfico intracelular. Por otra parte, junto con el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica hemos desarrollado plataformas de microfluídica para estudiar el transporte y encapsulación de los vehículos sintetizados. Actualmente estamos aplicando los vehículos desarrollados en la liberación de moléculas farmacológicas pequeñas (naturales y sintéticas) y terapias génicas para el tratamiento de enfermedades neurodegerativas, varios tipos de cáncer y enfermedades huérfanas asociadas a errores innatos del metabolismo.

En el campo de regeneración de tejidos, nos encontramos trabajando en el desarrollo de biotintas fotoentrecruzables derivadas de matrices extracelulares descelularizadas para bioimpresión 3D basada en extrusión. El trabajo se ha centrado en buscar abordajes para controlar las propiedades mecánicas de los constructos bioimpresos, a través de modificaciones bioquímicas que le otorgan susceptibilidad a la luz a los materiales. Con las biotintas desarrollados esperamos imprimir constructos con aplicación en la preparación de modelos de piel 3D, así como regenerar tejidos de difícil manejo como el cartílago hialino humano. También, hemos trabajado en el desarrollo de nuevos materiales para la manufactura de andamios regenerativos híbridos entre matrices extracelulares descelularizadas y el nanomaterial 2D electroconductor grafeno. Esto con el propósito de acelerar los procesos proliferación celular en heridas de difícil manejo como aquellas observadas en pacientes con úlceras de pie diabético. De la misma forma, esta tecnología la estamos empleando junto con el profesor Luis H. Reyes de IQUI para la preparación de geles para la encapsulación de microorganismos destinados a la producción de metabolitos de interés comercial.

Postdoctorado en Ingeniería

• Johns Hopkins University
• Estados Unidos
• 2011

Doctorado en Ingeniería Química

• University of Kansas
• Estados Unidos
• 2010

Ingeniería Química

• Universidad Nacional De Colombia
• Colombia
• 2002

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