En el Laboratorio de Ultrasonido Médico del Instituto de Física, UNAM, desarrollamos y validamos métodos avanzados de ultrasonido, como el ultrasonido cuantitativo y el ultrasonido de superresolución, para la caracterización de la microestructura y microvasculatura de los tejidos. Entre los posibles proyectos a desarrollar se encuentran (1) la fabricación y caracterización de sistemas de flujo para validar la medición de la velocidad de flujo en imágenes de ultrasonido de superresolución, y (2) la implementación y optimización de algoritmos de procesamiento para la obtención de imágenes de ultrasonido de superresolución. L@s estudiantes participantes en estos proyectos adquirirán habilidades experimentales, de procesamiento de señales e imágenes, y conocimientos sobre la física de la formación de imágenes en ultrasonido y los biomarcadores de imagen, útiles en radiodiagnóstico y medicina de precisión.

La resonancia magnética combina principios fundamentales de física con tecnologías avanzadas para visualizar el interior del cuerpo. Los proyectos disponibles buscan comprender y mejorar distintas etapas del proceso de formación de imágenes, desde la adquisición de los datos hasta su reconstrucción y análisis. Esta línea ofrece oportunidades para desarrollar soluciones que aumenten la calidad, fidelidad y capacidad de la resonancia magnética.

Descripción pendiente

Este proyecto se enfoca en el desarrollo de tecnologías ópticas para mejorar la función visual y la calidad de vida de personas con baja visión. Los estudiantes participarán en el diseño, simulación y evaluación de sistemas ópticos, como telescopios y otras ayudas visuales, mediante métricas de calidad de imagen y pruebas experimentales. Asimismo, los dispositivos desarrollados podrán evaluarse en pacientes reales, en colaboración con especialistas clínicos, con el propósito de analizar su desempeño, optimizar su diseño y valorar su impacto en la rehabilitación visual. Dependiendo de los intereses del estudiante, el proyecto también puede incluir el desarrollo de dispositivos personalizados, técnicas de manufactura avanzada, procesamiento de imágenes y herramientas computacionales para optimizar las ayudas visuales

La definición y los problemas asociados a los campos no convencionales de radiación han sido ampliamente discutidos en la literatura, esto en base a consideraciones de energía del haz y densidad del medio entre los cuales destacan: la perturbación del haz de radiación, la falta de equilibrio lateral de partícula cargada, las penumbras pronunciadas, la sobrestimación del tamaño de campo y los altos gradientes de dosis, entre otros. Es por ello, que en el año 2017 el Organismo Internacional de energía Atómica (OIEA) y la Asociación Americana de Físicos en Medicina (AAPM) publicaron un nuevo formalismo TRS 483 para la caracterización de haces estáticos de radiación. En este trabajo se evaluará el impacto del uso del formalismo 483 por medio de la medición de la dosis impartida con un acelerador lineal TrueBeam STx mediante dosímetros de luminiscentes OSLD para diferentes tamaños de campo no convencionales de radiación. Se planea establecer una metodología para realizar auditorias para campos no convencionales de radiación.

El presente proyecto tiene como objetivo la evaluación de la morfología corneal en pacientes con córneas sanas y con diagnóstico de queratocono en grados 1, 2 y 3. La investigación se centra en el análisis de imágenes obtenidas mediante un sistema de topografía corneal basado en deflectometría óptica, con el propósito de establecer una metodología confiable que permita determinar la presencia y el grado de queratocono a partir de la inspección sistemática de dichas imágenes. La propuesta busca contribuir al desarrollo de técnicas ópticas avanzadas para la caracterización corneal, ofreciendo una alternativa precisa y reproducible frente a métodos convencionales. Asimismo, se pretende consolidar un marco metodológico que facilite la identificación temprana de irregularidades corneales y que pueda ser aplicado en entornos clínicos y de investigación.

En los últimos años, los metamateriales se han usado en la generación de imágenes por resonancia magnética (IRM).  Estos materiales se fabrican específicamente para interactuar con frecuencias de MHz, que coinciden con las frecuencias de operación de los equipos de IRM.  Han demostrado ser efectivos para mejorar la señal de IRM, lo que ha llevado al diseño y las pruebas de nuevos conceptos de metamateriales y bobinas de radiofrecuencia (RF). El objetivo de este proyecto es probar nuevas estructuras que mejoren la homogeneidad del campo magnético B1, lo que resultaría en una mejor señal de IRM y una mayor calidad de imagen diagnóstica en sistemas clínicos y preclínicos.

Descripción pendiente

En colaboración y posible coasesoría con el Físico Médico y doctorante Flavio Trujillo Zamudio del Hospital Regional de Alta Especialidad de Oaxaca, proponemos profundizar en algunos aspectos, a nivel maestría, del trabajo de su tesis doctoral, contando con una publicación en revista internacional (de quien fui coautor correspondiente) y otros trabajos, considerando el análisis cuantitativo de imágenes de mamografías digitales con diagnóstico. Una aportación fue la introducción de dos descriptores de textura y forma, existiendo otros posibles, con características "ortogonales" a los ya probados. Apoyaremos al tesista  en análisis de imágenes y la parte teórica sobre texturas y morfología en general y la programación de tareas como filtrado, segmentación y cálculo de los descriptores. Un aspecto innovador a explorar es la visualización científica de imágenes paramétricas sobre dos o más descriptores, permitiendo su valoración cualitativa por médicos, por ejemplo. Se cuenta con una base de datos, y la posibilidad de estudiara otras modalidades de imagenología médica, como resonancia magnética, tomografpia y radiología. Se puede contar, opcionalmente, con la aplicación de herramientas de inteligencia artificial para este estudio.

Esta línea de investigación propone una visión dinámica de la homeostasis, redefiniéndola no como un estado estático, sino como un equilibrio entre la estabilidad de las variables reguladas (como la temperatura interna o la presión arterial) y la adaptabilidad de las variables efectoras (como la frecuencia cardíaca), las cuales presentan fluctuaciones complejas para absorber perturbaciones externas. En la medicina de laboratorio, estas fluctuaciones se conocen como variación biológica (intra e intersujeto), y aunque tradicionalmente se consideran un obstáculo para el diagnóstico, nuestro enfoque utiliza el Big Data de los Sistemas de Información de Laboratorio (LIS) para transformar mediciones puntuales en series temporales poblacionales. Mediante el modelo matemático de Cosinor, es posible extraer ritmos circadianos significativos —caracterizados por su mesor, amplitud y acrofase— a partir de nubes de datos aparentemente aleatorias, revelando la "firma" rítmica de la salud poblacional. Para un estudiante de maestría en física médica, este campo ofrece la oportunidad de investigar cómo estos parámetros rítmicos son modulados por metadatos como la edad y el sexo, actuando como biomarcadores tempranos de un declive regulatorio (homeostenosis) antes de que los valores clínicos promedio se desvíen de la normalidad. Las propuestas de tesis incluyen el análisis de ritmos en diversas categorías de analitos (electrolitos, enzimas, hormonas), el estudio de cómo los diagnósticos o tratamientos afectan la dinámica temporal y la cuantificación de la relación entre la modulabilidad rítmica y la fuerza de la regulación homeostática. Este enfoque no solo optimiza el uso de datos hospitalarios existentes, sino que sienta las bases para una medicina personalizada y preventiva basada en la física de los sistemas biológicos complejos.

La compleja interacción entre la respuesta inmunitaria innata y adaptativa frente al SARS-CoV-2 determina si la infección se resuelve o progresa hacia una enfermedad grave, pasando por estados intermedios en diferentes individuos. Para construir una visión integrada del diálogo entre macrófagos y linfocitos en la respuesta inmunitaria a la infección por SARS-CoV-2, desarrollamos un modelo matemático basado en una red compleja con más de 200 elementos que captura la interacción macrófago-linfocito mediada por eventos de activación inmunitaria, señalización intracelular, presentación de antígenos y producción de mensajeros químicos (citocinas) derivados  del reconocimiento del virus por el sistema inmune. Los resultados proporcionados por el modelo han sido validados con datos experimentales reportados en la literatura, lo que garantiza la coherencia en los perfiles de citocinas, la diferenciación mediada por receptores celulares del virus y el vínculo entre la función inmunitaria y el metabolismo celular. Las descripciones dinámicas ofrecidas por el modelo son compatibles con múltiples observaciones que muestran que las respuestas inmunitarias innata y adaptativa contra el SARS-CoV-2 deben interpretarse en términos de su intensidad y temporalidad, mostrando el curso de una respuesta inmunitaria protectora, así como los posibles mecanismos que conducen a su alteración y a una inflamación exacerbada en una tormenta de citocinas, sugiriendo vías terapéuticas para restaurar un equilibrio inmunitario adecuado. En este proyecto se desea profundizar esta descripción mediante el desarrollo de modelos matemáticos para describir la forma en que en las infecciones por virus respiratorios, los procesos metabólicos celulares que conducen a la generación de energía (tales como el ciclo de Krebs y la glicólisis) pueden remodelarse  y adaptarse para generar una respuesta óptima conducente a la erradicación viral o a una tormenta de citocinas asociada a la gravedad en el desarrollo de la infección. Como proyecto alternativo, se desea investigar también el rol de otras células inmunitarias en este tipo de infecciones, creado una red compleja que pueda ser conectada con aquella que se describió previamente.

La radioterapia es uno de los tratamientos más efectivos contra el cáncer; sin embargo, en pacientes con cáncer cérvico-uterino la irradiación de la pelvis también afecta tejidos sanos como el músculo y el hueso, lo que ocasiona pérdida de fuerza, fatiga persistente y deterioro de la calidad de vida. Este proyecto investigará si un programa de ejercicio aeróbico después de la irradiación con dosis clínicamente relevantes puede modificar la respuesta del músculo y el hueso utilizando un modelo pre-clínico de irradiación pélvica. El estudiante se integrará a un proyecto interdisciplinario desarrollado en colaboración con instituciones hospitalarias, con acceso a aceleradores lineales, microtomografía computarizada, termografía infrarroja y técnicas de evaluación biomecánica, funcional y morfológica. Además, el estudiante desarrollará habilidades en diseño experimental, adquisición y análisis cuantitativo de datos, procesamiento de imágenes médicas de CT, interpretación de resultados y participación en artículos científicos derivados de su proyecto.

La radiocirugía estereotáctica requiere la entrega de altas dosis de radiación en volúmenes tumorales milimétricos, minimizando el impacto en el tejido sano circundante. Tradicionalmente, esto se logra mediante conos colimadores físicos de base circular que limitan mecánicamente el haz. Sin embargo, el uso de conos físicos presenta desventajas: tiempos prolongados de tratamiento por el recambio manual, desgaste mecánico y limitaciones en la modulación del haz. La alternativa emergente es el cono virtual, el cual emula la geometría circular mediante la modulación dinámica de las láminas del colimador multiláminas. El problema radica en que la implementación clínica de un cono virtual exige una exhaustiva validación física y dosimétrica. Debido al tamaño extremo de los campos (campos pequeños), se presentan fenómenos físicos complejos como la falta de equilibrio electrónico lateral y el efecto de penumbra. Sin una caracterización rigurosa de estos microcampos, la precisión del tratamiento se pone en riesgo.

Las estrategias modernas contra el cáncer han evolucionado desde la erradicación completa del tumor hacia el control a largo plazo de la enfermedad, buscando maximizar la supervivencia y preservar la calidad de vida del paciente. En este contexto, además de las respuestas clínicas tradicionales (progresión, enfermedad estable, respuesta parcial y respuesta completa), se ha propuesto teóricamente un nuevo estado denominado respuesta parcial estacionaria (SPR), caracterizado por la coexistencia estable entre el tumor y el huésped durante largos periodos. Estudios recientes demuestran que la SPR puede obtenerse mediante perturbaciones externas periódicas aplicadas preferentemente a la población de células sanas, modificando la dinámica global del sistema hasta generar ciclos límite estables. Sin embargo, estos modelos consideran únicamente el efecto directo de las terapias sobre las poblaciones celulares y no sobre las interacciones dinámicas entre ellas. En consecuencia, permanece abierta la cuestión de cómo diseñar terapias periódicas capaces de modular la competencia y cooperación entre tumor y huésped para favorecer estados de control crónico de la enfermedad. El objetivo de este proyecto de tesis en física médica es desarrollar un modelo dinámico para estudiar el efecto de terapias periódicas sobre las interacciones tumor–huésped, determinando las condiciones bajo las cuales emergen estados de respuesta parcial estacionaria mediante análisis de estabilidad, bifurcaciones y control dinámico.

Proyecto 1. Daño al DNA inducido por radiación: influencia de las condiciones fisicoquímicas y la tasa de dosis. Tipo de proyecto: Experimental in vitro — DNA plasmídico. No involucra trabajo con animales. La magnitud del daño producido por radiación ionizante puede depender tanto de la tasa de dosis como de las condiciones fisicoquímicas en las que ocurre la irradiación. Comprender estas interacciones ha adquirido especial interés ante el desarrollo de nuevas modalidades de irradiación a ultra-alta tasa de dosis (FLASH). En este proyecto se utilizará el plásmido pBR322 como modelo de DNA para cuantificar, mediante electroforesis, el daño producido después de la irradiación. Se estudiará cómo variables como la temperatura y el pH modifican la dependencia del daño con la tasa de dosis. Los resultados permitirán profundizar en los mecanismos fisicoquímicos tempranos del daño por radiación y aportar información relevante para la comprensión de fenómenos dependientes de la tasa de dosis, incluyendo aquellos propuestos para explicar el efecto FLASH. Proyecto 2. Papel de la oxigenación tisular en la respuesta cerebral a la radiación. Tipo de proyecto: Experimental in vivo — modelos murinos. Requiere trabajo con animales de experimentación. El oxígeno es uno de los principales moduladores de la respuesta biológica a la radiación. Su disponibilidad durante y después de la irradiación puede depender de factores como la perfusión tisular y la tasa de dosis. El estudio de estas interacciones es particularmente relevante para comprender los mecanismos propuestos para explicar la protección de tejidos sanos observada experimentalmente con irradiación a ultra-alta tasa de dosis (FLASH).En este proyecto se estudiará in vivo cómo las modificaciones en la oxigenación y/o perfusión tisular influyen en la respuesta del cerebro a la radiación administrada a diferentes tasas de dosis. Se evaluarán estrategias para modificar estas condiciones, incluyendo cambios en la concentración de oxígeno inspirado y aproximaciones farmacológicas, y se analizarán marcadores de lipoperoxidación y neuroinflamación. Los resultados contribuirán al estudio de la interacción entre oxigenación, perfusión y tasa de dosis, y de su posible relevancia para comprender los mecanismos asociados con el efecto FLASH.

La línea de investigación del Dr. Osbaldo Resendis-Antonio aborda la interacción metabólica entre microbiota-hospedero desde una perspectiva de biología de sistemas e Inteligencia Artificial (IA) . El objetivo central es pasar de describir la composición de la microbiota a comprender su función metabólica y sus consecuencias sobre el organismo humano a través del modelado computacional a nivel genómico.Su trabajo integra datos de microbioma —por ejemplo, abundancias taxonómicas y metagenómica— con modelos metabólicos a escala genómica. Un desarrollo fundamental de esta línea es MICOM, plataforma computacional para modelar comunidades microbianas y sus interacciones metabólicas. MICOM permite estimar flujos metabólicos, crecimiento microbiano e intercambio de metabolitos entre microorganismos y con el ambiente. El enfoque incorpora explícitamente la abundancia relativa de las especies y restricciones derivadas de la dieta, permitiendo construir modelos personalizados de comunidades intestinales. Esta metodología se ha aplicado al estudio de alteraciones metabólicas de la microbiota asociadas con diabetes y otros estados metabólicos.Una evolución reciente es MICOM-Web, que facilita el modelado metabólico de la microbiota intestinal y la exploración computacional de dietas personalizadas.La investigación actual busca además integrar microbioma, metabolómica y dieta para identificar metabolitos y rutas metabólicas relevantes para la salud y la enfermedad. En conjunto, la línea propone utilizar modelos metabólicos predictivos + datos ómicos para transformar la información sobre microbiota en hipótesis mecanísticas y eventualmente en estrategias de nutrición y medicina personalizada