Efectos de la estimulación neonatal sobre alteraciones cognitivas, atencionales y de maduración cortical en un modelo animal genético de rasgos relacionados con la esquizofrenia

Aquesta Tesi investiga els factors neurobiològics, comportamentals i genètics de les rates "Roman d'Alta Evitació" (RHA; vs. les seves contraparts, les "Roman de Baixa Evitació", o RLA), amb la finalitat d'explorar la seva validesa com a model animal per a la simptomatologia positiva, negativa i cognitiva similar a l'esquizofrènia. A més, s'ha posat particular interès en la investigació dels efectes positius i duradors d'un tractament d'estimulació neonatal (NH, de l'anglès "Neonatal handling") sobre els aspectes conductuals, cognitius i, per primera vegada, genètics, del model animal. Es van establir tres estudis. El primer estudi va investigar l'associació entre el dèficit en la prova d'inhibició de la resposta de sobresalt per un prepuls (PPI) i el rendiment deficient en la conducta social, així com el deteriorament en diverses tasques de memòria en les rates genèticament heterogènies HS ("Genetically Heterogeneous Stock rat"). El segon estudi, va avaluar les diferències en l'exploració d'objectes nous (NOE), la interacció social (IS), la inhibició prepuls de la resposta de sobresalt (PPI), i diferents tasques de memòria i aprenentatge en femelles de totes dues soques de rates Roman. Així com els efectes duradors del tractament amb NH en els perfils RHA davant RLA en aquestes proves i tasques, i les associacions entre el rendiment en les diferents proves En el tercer estudi, es van avaluar les diferències conductuals i cognitives relacionades amb l'esquizofrènia en rates mascle de totes dues soques Roman en dos períodes del desenvolupament, adolescents i adults. Es va analitzar l'expressió de vuit gens associats amb el neurodesenvolupament i la plasticitat sinàptica (Cables1, Cdk5, Snap25, Homer1, Nrg1, Bdnf, Grin2b i Drd1) en el còrtex prefrontal (CPF). A més, es va examinar l'efecte de l'estimulació neonatal en els trets conductuals, cognitius i moleculars en totes dues soques de rates i en les dues edats. Els resultats del primer estudi van mostrar que, en rates mascle HS, és factible identificar un fenotip de risc per a estudiar trets/símptomes cognitius i negatius relacionats amb l'esquizofrènia en rates d'acord amb l'estratificació segons els seus punts de PPI. Les troballes del segon estudi van mostrar que, les rates femella RHA mostren major interacció social que les rates RLA, i el tractament de NH incrementa la conducta social i redueix les respostes relacionades amb l'ansietat o inhibició conductual en les RLA. A més, presenten dèficit de PPI, així com pitjor memòria espacial de treball i de referència, i flexibilitat cognitiva disminuïda, comparades amb les rates femella RLA. El tractament de NH produeix certa millora en la memòria de referència espacial i una notable millora en la flexibilitat cognitiva en rates femella RHA. Els resultats del tercer estudi mostren diferències conductuals i atencionals entre soques fins i tot des de l'adolescència, i aquestes diferències són encara més marcades en l'edat adulta. A més, s'han observat importants efectes de l'estimulació neonatal (NH) sobre els trets conductuals, cognitius i moleculars, predominantment en la soca RHA, que depenen de l'edat. Els resultats d'aquesta investigació han pogut determinar les similituds i diferències en el perfil atencional, d'un tipus de conducta social, i de la memòria i aprenentatge espacial entre rates mascle i femella de les soques Roman, les quals aporten evidència per establir la rata RHA com a model animal de certs trets i símptomes associats a l'esquizofrènia. D'altra banda, s'ha identificat que l'estimulació neonatal (NH) té un efecte positiu perdurable sobre els trets conductuals i cognitius de rates mascle i femella de les soques Roman. A més, el NH modula l'expressió genètica en el CPF en rates mascle RHA adolescents i adultes.Esta Tesis investiga los factores neurobiológicos, comportamentales y genéticos de las ratas "Roman de Alta Evitación" (RHA; vs. sus contrapartes, las "Roman de baja evitación", o RLA), con el fin de explorar su validez como modelo animal para la sintomatología positiva, negativa y cognitiva similar a la esquizofrenia. Además, se ha puesto particular interés en la investigación de los efectos positivos y duraderos de un tratamiento de estimulación neonatal (NH, del inglés "Neonatal handling") sobre los aspectos conductuales, cognitivos y, por primera vez, genéticos, del modelo animal. Se establecieron tres estudios. El primer estudio investigó la asociación entre el déficit en la prueba de inhibición de la respuesta de sobresalto por un prepulso (PPI) y el rendimiento deficiente en la conducta social, así como el deterioro en diversas tareas de memoria en las ratas genéticamente heterogéneas HS ("Genetically Heterogeneous Stock rat"). El segundo estudio, evaluó las diferencias en la exploración de objetos nuevos (NOE), la interacción social (IS), la inhibición prepulso de la respuesta de sobresalto (PPI), y diferentes tareas de memoria y aprendizaje en hembras de ambas cepas de ratas Roman. Así como los efectos duraderos del tratamiento con NH en los perfiles RHA frente a RLA en estas pruebas y tareas, y las asociaciones entre el rendimiento en las diferentes pruebas. En el tercer estudio, se evaluaron las diferencias conductuales y cognitivas relacionadas con la esquizofrenia en ratas macho de ambas cepas Roman en dos periodos del desarrollo, adolescentes y adultos. Se analizó la expresión de ocho genes asociados con el neurodesarrollo y la plasticidad sináptica (Cables1, Cdk5, Snap25, Homer1, Nrg1, Bdnf, Grin2b y Drd1) en el córtex prefrontal (CPF). Además, se examinó el efecto de la estimulación neonatal en los rasgos conductuales, cognitivos y moleculares en ambas cepas de ratas y en las dos edades. Los resultados del primer estudio mostraron que, en ratas macho HS, es factible identificar un fenotipo de riesgo para estudiar rasgos/síntomas cognitivos y negativos relacionados con la esquizofrenia en ratas de acuerdo a la estratificación según sus puntajes de PPI. Los hallazgos del segundo estudio mostraron que, las ratas hembra RHA muestran mayor interacción social que las ratas RLA, y el tratamiento de NH incrementa la conducta social y reduce las respuestas relacionadas con la ansiedad o inhibición conductual en las RLA. Además, presentan déficit de PPI, así como peor memoria espacial de trabajo y de referencia, y flexibilidad cognitiva disminuida, comparadas con las ratas hembra RLA. El tratamiento de NH produce cierta mejoría en la memoria de referencia espacial y una notable mejoría en la flexibilidad cognitiva en ratas hembra RHA. Los resultados del tercer estudio muestran diferencias conductuales y atencionales entre cepas incluso desde la adolescencia, y dichas diferencias son aún más marcadas en la adultez. Además, se han observado importantes efectos de la estimulación neonatal (NH) sobre los rasgos conductuales, cognitivos y moleculares, predominantemente en la cepa RHA, que dependen de la edad. Los resultados de esta investigación han podido determinar las similitudes y diferencias en el perfil atencional, de un tipo de conducta social, y de la memoria y aprendizaje espacial entre ratas machos y hembras de las cepas Roman, las cuales aportan evidencia para establecer a la rata RHA como modelo animal de ciertos rasgos y síntomas asociados a la esquizofrenia. Por otro lado, se ha identificado que la estimulación neonatal (NH) tiene un efecto positivo perdurable sobre los rasgos conductuales y cognitivos de ratas machos y hembras de las cepas Roman. Además, el NH modula la expresión genética en el CPF en ratas macho RHA adolescentes y adultas.This Thesis investigates the neurobiological, behavioral, and genetic factors of "Roman High Avoidance" rats (RHA; vs. their counterparts, the "Roman Low Avoidance", or RLA), in order to explore their validity as an animal model for positive, negative, and cognitive symptoms similar to schizophrenia. Additionally, particular interest has been placed on investigating the positive and lasting effects of neonatal handling (NH) treatment on the behavioral, cognitive, and, for the first time, genetic aspects of the animal model. Three studies were conducted. The first study investigated the association between the deficit in the prepulse inhibition (PPI) test and poor performance in social behavior, as well as impairment in various memory tasks in genetically heterogeneous HS rats ("Genetically Heterogeneous Stock rat"). The second study evaluated the differences in novel object exploration (NOE), social interaction (SI), prepulse inhibition of the startle response (PPI), and different memory and learning tasks in females of both Roman rat strains. It also examined the lasting effects of NH treatment on the RHA vs. RLA profiles in these tests and tasks, and the associations between performance in the different tests. In the third study, behavioral and cognitive differences related to schizophrenia were evaluated in male rats of both Roman strains at two developmental stages, adolescents and adults. The expression of eight genes associated with neurodevelopment and synaptic plasticity (Cables1, Cdk5, Snap25, Homer1, Nrg1, Bdnf, Grin2b, and Drd1) was analyzed in the prefrontal cortex (PFC). Additionally, the effect of neonatal handling on the behavioral, cognitive, and molecular traits in both strains of rats and at both ages was examined. The results of the first study showed that, in male HS rats, it is possible to identify a risk phenotype for studying cognitive and negative traits/symptoms related to schizophrenia in rats according to their PPI scores. Findings from the second study showed that RHA female rats exhibit greater social interaction than RLA rats, and NH treatment increases social behavior and reduces responses related to anxiety or behavioral inhibition in RLA. Additionally, RHA rats exhibit PPI deficits, poorer working and reference spatial memory, and reduced cognitive flexibility compared to RLA female rats, and NH treatment produces some improvement in reference spatial memory and a notable improvement in cognitive flexibility in RHA female rats. The results of the third study show behavioral and attentional differences between strains even from adolescence, and these differences are even more pronounced in adulthood. Furthermore, this study shows age-dependent significant effects of neonatal handling (NH) on behavioral, cognitive, and molecular traits, predominantly in the RHA strain. The results of this research have determined the similarities and differences in attentional profiles, social behavior, and spatial memory and learning between male and female rats of the Roman strains, which provide evidence to establish the RHA rat as an animal model of certain traits and symptoms associated with schizophrenia. On the other hand, it has been found that neonatal handling (NH) has a lasting positive effect on the behavioral and cognitive traits of male and female rats of the Roman strains. Additionally, NH modulates gene expression in the PFC in adolescent and adult RHA male rats

Role of Plant Fibrillin 6 and Alternative Oxidase during Carotenoid Biosynthesis and Stress Response

Aquesta tesi doctoral investiga els papers de la respiració mitocondrial i les proteïnes fibrillines en el metabolisme vegetal, utilitzant principalment Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) i tomàquet (Solanum lycopersicum) com a organismes model. En particular, estudis previs han identificat funcions metabòliques de la fibrillina 6 (FBN6) i l'oxidasa alternativa mitocondrial (AOX) en plantes, però els seus rols durant la biosíntesi de carotenoides i les respostes a l'estrès no estan ben entesos. Els objectius d'aquesta tesi es van centrar en (i) investigar la rellevància de FBN6 en la producció de carotenoides i les respostes a l'estrès de llum intensa en Arabidopsis; (ii) estudiar el paper de la respiració AOX durant la biosíntesi de metabòlits primaris relacionats amb l'estrès en Arabidopsis; i (iii) analitzar la contribució, la regulació in vivo i (iv) els diferents rols de la respiració mitocondrial durant la biosíntesi de carotenoides i la maduració dels fruits de tomàquet. Aquests objectius es van abordar en quatre capítols diferents. En el capítol 1, es demostra que la proteïna FIBRILLIN6 (AtFBN6) d'Arabidopsis és crucial per a la biosíntesi de carotenoides, especialment sota condicions de llum intensa. AtFBN6 promou l'activitat de la fitoè sintasa (PSY), una enzima clau en la via de biosíntesi de carotenoides, destacant així el seu paper en l'augment dels nivells de carotenoides. L'estrès lumínic augmenta l'expressió d'AtFBN6, que interactua directament amb PSY per a donar suport a la producció de carotenoides. L'absència d'AtFBN6 redueix els nivells de carotenoides, indicant la seva funció essencial en aquest procés biosintètic i el seu paper protector contra els danys fotooxidatius. Al capítol 2, es posa de manifest el paper crític de la via AOX en el manteniment de l'activitat respiratòria i l'equilibri redox durant l'estrès hídric i salí, utilitzant mutants d'Arabidopsis que manquen del gen AOX1a (AtAOX1a). Els mutants aox1a mostren un rendiment fotosintètic reduït i nivells més alts de metabòlits relacionats amb l'estrès oxidatiu, subratllant la importància d'AOX per a equilibrar el redox cel·lular i evitar l'acumulació excessiva d'espècies reactives d'oxigen (ROS). A més, es demostra que la via AOX proporciona flexibilitat metabòlica, permetent la síntesi de metabòlits relacionats amb l'estrès i donant suport a l'osmoprotecció cel·lular. Al capítol 3, els estudis sobre la respiració mitocondrial i el repartiment d'electrons en fruits de tomàquet de plantes silvestres i mutants defectuosos en cromorespiració revelen que la respiració mitocondrial és la principal font d'energia durant la maduració. L'activitat in vivo de la via AOX augmenta significativament en l'etapa "breaker", convertint-se en el principal contribuent a la respiració climatèrica. Aquesta regulació de la via AOX està mediada per l'activació post-traduccional de la proteïna AOX. En general, la respiració AOX coincideix amb els canvis en el metabolisme primari, suggerint el seu paper en la maduració dels fruits. Finalment, al capítol 4, la generació de nous mutants aox1a en tomàquet revela la importància d'AOX1a per al creixement normal i el desenvolupament de teixits vegetatius i de fruit. Els fruits mutants aox1a mostren patrons respiratoris alterats i una expressió retardada dels gens induïts per etilè, afectant la maduració. Malgrat aquestes disrupcions, els mutants aox1a compensen amb l'augment d'AOX1b, restaurant parcialment les funcions metabòliques i els nivells de carotenoides. En conjunt, aquests resultats posen de manifest els múltiples rols de les proteïnes AOX i fibrillina en el metabolisme vegetal, la resposta a l'estrès i el desenvolupament.Esta tesis doctoral explora los roles de la respiración mitocondrial y las proteínas fibrilinas en el metabolismo de las plantas, utilizando principalmente Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) y tomate (Solanum lycopersicum) como organismos modelo. En particular, estudios anteriores han señalado funciones metabólicas de la fibrilina 6 (FBN6) y la oxidasa alternativa mitocondrial (AOX) en plantas, pero sus roles durante la biosíntesis de carotenoides y las respuestas al estrés no se comprenden completamente. Los objetivos de esta tesis se centraron en (i) investigar la relevancia de FBN6 para la producción de carotenoides y las respuestas al estrés de luz intensa en Arabidopsis; (ii) estudiar el papel de la respiración AOX durante la biosíntesis de metabolitos primarios relacionados con el estrés en Arabidopsis; y (iii) analizar la contribución, regulación in vivo y (iv) los diferentes roles de la respiración mitocondrial durante la biosíntesis de carotenoides y la maduración en los frutos de tomate. Estos objetivos se abordaron en cuatro capítulos. En el capítulo 1, se demuestra que la proteína FIBRILLIN6 (AtFBN6) de Arabidopsis es crucial para la biosíntesis de carotenoides, particularmente bajo condiciones de luz intensa. AtFBN6 promueve la actividad de la fitoeno sintasa (PSY), una enzima clave en la vía biosintética de carotenoides, destacando así su importante función en el aumento de los niveles de carotenoides. El estrés por alta luz induce la expresión de AtFBN6, que interactúa directamente con PSY para aumentar la producción de carotenoides. La ausencia de AtFBN6 resulta en niveles disminuidos de carotenoides, indicando su función esencial en este proceso y su papel protector frente al daño fotooxidativo. En el capítulo 2, se subraya el papel crítico de la vía AOX en el mantenimiento de la actividad respiratoria y el equilibrio redox durante el estrés hídrico y salino, utilizando mutantes de Arabidopsis que carecen del gen AOX1a (AtAOX1a). Los mutantes aox1a muestran un rendimiento fotosintético reducido y mayores niveles de metabolitos relacionados con el estrés oxidativo, resaltando la importancia de AOX en el equilibrio redox celular y la prevención de la acumulación excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS). Además, la vía AOX ofrece flexibilidad metabólica, permitiendo la síntesis de metabolitos relacionados con el estrés y apoyando la osmo-protección celular. En el capítulo 3, estudios sobre la respiración mitocondrial y el reparto de electrones en frutos de tomate de plantas silvestres y mutantes con defectos en la cromorespiración revelan que la respiración mitocondrial es la principal fuente de energía durante la maduración. La actividad in vivo de la vía AOX aumenta significativamente en la etapa de "breaker", convirtiéndose en el principal contribuyente a la respiración climatérica. Esta regulación de la vía AOX está mediada por la activación postraduccional de la proteína AOX. En general, la respiración AOX coincide con cambios en el metabolismo primario. Finalmente, en el capítulo 4, la generación de nuevos mutantes aox1a en tomate revela la importancia de AOX1a para el crecimiento y desarrollo normal de los tejidos vegetativos y de fruto.The research presented across this doctoral Thesis explores the roles of mitochondrial respiration and fibrillin proteins in plant metabolism, primarily using Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) and tomato (Solanum lycopersicum) plants as model organisms. In particular, previous studies have reported metabolic functions of fibrillin 6 (FBN6) and mitochondrial alternative oxidase (AOX) in plants, however, their roles during carotenoid biosynthesis and stress responses remain poorly understood. The objectives of the present Thesis were focused on (i) investigating the relevance of FBN6 for the production of carotenoids and subsequent responses to high light stress in Arabidopsis; (ii) studying the role of AOX respiration during the biosynthesis of stress-related primary metabolites in Arabidopsis; and (iii) analyze the contribution, in vivo regulation and (iv) different roles of mitochondrial respiration during carotenoid biosynthesis and ripening in tomato fruits. These objectives were addressed along four different chapters. In chapter 1, the Arabidopsis FIBRILLIN6 (AtFBN6) protein is shown to be crucial for carotenoid biosynthesis, particularly under high light conditions. AtFBN6 promotes the activity of phytoene synthase (PSY), a key enzyme in the carotenoid biosynthetic pathway, highlighting its significant role in enhancing carotenoid levels. High light stress induces the expression of AtFBN6, which directly interacts with PSY to support increased carotenoid production. The absence of AtFBN6 results in decreased carotenoid levels, indicating its essential function in this biosynthetic process and its role in protecting plants from photooxidative damage under high light stress. In chapter 2, the critical role of the AOX pathway in maintaining respiratory activity and redox balance during acute water and salt stress is shown by using Arabidopsis mutants lacking AOX1a gene (AtAOX1a). The aox1a mutants exhibit decreased photosynthetic performance and higher levels of oxidative stress-related metabolites, underscoring the importance of AOX in cell redox balancing and preventing excessive reactive oxygen species (ROS) accumulation. Additionally, the AOX pathway is shown to provide metabolic flexibility, enabling the synthesis of stress-related metabolites and supporting cell osmoprotection. In chapter 3, mitochondrial respiration and electron partitioning studies in tomato fruits of wild-type (WT) plants and chromorespiration-defective ghost mutants reveal that mitochondrial respiration is the primary energy and metabolite source during fruit ripening. The in vivo activity of the AOX pathway significantly increases at the breaker stage, becoming the main contributor to climacteric respiration. Such climacteric upregulation of the AOX pathway is mediated by a post-translational activation of AOX protein, likely through interactions with key organic acid activators. Overall, AOX respiration coincided with changes in primary metabolism suggesting its role in providing carbon precursors required for fruit ripening. Finally in chapter 4, the generation of new aox1a mutants in tomato reveal the importance of AOX1a for normal growth and development of vegetative as well as fruit tissues in this species. Fruits from aox1a mutants exhibit altered respiration patterns and delayed ethylene-induced gene expression, which impacted ethylene and carotenoid metabolism during fruit ripening. Despite these early metabolic disruptions, aox1a mutants eventually compensate through the upregulation of AOX1b, partially restoring metabolic functions and carotenoid levels by the end of the ripening process. Overall, these findings highlight the multifaceted roles of AOX and fibrillin proteins in plant metabolism, stress response, and development. They underscore the complexity of metabolic pathways involved in plant growth and adaptation, offering insights into how plants manage and respond to environmental stresses through intricate biochemical networks. These insights have potential applications in agricultural practices, particularly in developing crops with enhanced stress tolerance and optimized metabolic efficiency

Applications of Artificial Intelligence for predictive genomics and phenotyping

En aquesta tesi es proposen diferents formes d'aplicar els models basats en xarxes neuronals a problemes dins de la investigació en genètica vegetal. Per això, se situa el focus en tres tasques diferents i es proposen solucions per a cadascuna. La primera tasca és la mesura i per abordar-la s'ha desenvolupat una eina de codi obert que utilitza un model de segmentació d'instàncies. Aquest model s'ha entrenat per a tres fruits: poma, pera i ametlla, i s'han implementat mesures específiques per a cadascun a fi de facilitar els estudis de forma. Per facilitar l'accés i l'ús per part de la comunitat científica s'ha desenvolupat també una interfície minimalista. La segona tasca és la mesura en sèries temporals. Per això, s'ha utilitzat un model de segmentació d'instàncies i s'ha acoblat juntament amb un nou mètode d'associació. Aquest mètode ha permès un estudi pioner de les diferències en rendiment fotosintètic entre dos genotips d'Arabidopsis thaliana a nivell de fulla. En aquest estudi es mostra com els patrons de rendiment fotosintètic a nivell de fulla no segueixen el patró mitjà en un genotip mentre que en l'altre sí que ho fan. L'última tasca és la predicció de fenotips. En aquest cas, s'ha investigat l'aplicabilitat de la intel·ligència artificial generativa a la predicció del fenotip des de marcadors genètics. La predicció de fenotips relacionats amb la forma i aparença resulta especialment complexa, ja que la selecció de característiques rellevants pot resultar subjectiva. Per tant, en aquesta tesi es demostra un mètode de generació d'imatges del fenotip des de marcadors genètics (GenoDrawing), així com possibles formes d'avançar en aquesta nova línia de recerca.En esta tesis se proponen diferentes formas de aplicar los modelos basados en redes neuronales a diferentes problemas dentro de la investigación en genética vegetal. Para ello se sitúa el foco en tres tareas diferentes y se proponen soluciones para cada una. La primera tarea es la medición y para abordarla se ha desarrollado una herramienta de código abierto que utiliza un modelo de segmentación de instancias. Este modelo se ha entrenado para tres frutos, manzana, pera y almendra y se han implementado medidas específicas para cada uno a fin de facilitar los estudios de forma. Para facilitar el acceso y uso por parte de la comunidad científica se ha desarrollado también una interfaz minimalista. La segunda tarea es la medición en series temporales. Para ello se ha utilizado un modelo de segmentación de instancias y se ha acoplado junto con un nuevo método de asociación. Este método ha permitido un estudio pionero de las diferencias en rendimiento fotosintético entre dos genotipos de Arabidopsis thaliana a nivel de hojas. En este estudio se muestra como los patrones de rendimiento fotosintético a nivel de hoja no siguen el patrón medio en un genotipo mientras que en otro si lo hacen. La última tarea es la predicción de fenotipos. En este caso se ha investigado la aplicabilidad de la inteligencia artificial generativa a la predicción del fenotipo desde marcadores genéticos. La predicción de fenotipos relacionados con la forma y apariencia resulta especialmente compleja dado que la selección de características relevantes puede resultar subjetiva. Por tanto, en esta tesis se demuestra un método de generación de imágenes del fenotipo desde marcadores genéticos (GenoDrawing), así como posibles formas de avanzar esta nueva línea de investigación.This thesis proposes different ways to apply neural network-based models to a range of problems in plant genetics research. The focus is placed on three different tasks, and solutions are proposed for each. The first task is measurement, for which an open-source tool utilizing an instance segmentation model has been developed. This model has been trained for three fruits: apple, pear, and almond, with specific measures implemented for each to facilitate shape studies. To ease access and use by the scientific community, a minimalist interface has also been developed. The second task is time series measurement. For this, an instance segmentation model has been used and coupled with a new association method. This method has enabled a pioneering study of differences in photosynthetic performance between two genotypes of Arabidopsis thaliana at the leaf level. This study shows how leaf-level photosynthetic performance patterns do not follow the average pattern in one genotype, while they do in the other. The final task is phenotype prediction. In this case, the applicability of generative artificial intelligence to phenotype prediction from genetic markers has been investigated. Predicting phenotypes related to shape and appearance is particularly complex since the selection of relevant features can be subjective. Therefore, this thesis demonstrates a method for generating phenotype images from genetic markers (GenoDrawing) and possible ways to advance this new line of research

Modulating Metabolism and Inflammatory Response with Cerium Oxide Nanoparticles : A Novel Therapeutic Approach

Aquesta tesi investiga les propietats antioxidants de les nanopartícules d'Òxid de Ceri (CeO2) en contextos biològics, centrant-se en els rols de les espècies reactives d'oxigen (ROS) en la regulació del metabolisme energètic i la seva participació en les respostes immunitàries. Els radicals lliures (altament reactius) resultants de la respiració cel·lular, juguen un paper central tant en el metabolisme com en la inflamació, convertint-los en objectius terapèutics importants. La integració de nanomaterials en aplicacions biològiques presenta desafiaments que requereixen experiència interdisciplinària i una comprensió integral de les propietats del material, amb un èmfasi particular en la seguretat. Les nanopartícules poc solubles, agregades, polidisperses i contaminades s'han relacionat amb un augment de ROS i inflamació, la qual cosa subratlla la necessitat d'un disseny meticulós de les nanopartícules per garantir la seva estabilitat, eficàcia i seguretat en contextos biològics. Aquest treball explora la síntesi i caracterització de les nanopartícules de CeO2, oferint una comprensió exhaustiva de les seves propietats fisicoquímiques per guiar el seu ús en sistemes biològics. El perfil farmacocinètic de les nanopartícules de CeO2 s'investiga en models preclínics, incloent-hi perfils d'absorció, distribució, metabolisme i excreció a llarg termini. A més, s'examina l'impacte de les nanopartícules antioxidants en la resposta immunitària innata, centrant-se particularment en la polarització dels macròfags. La investigació s'estén al metabolisme energètic dels macròfags, la funció mitocondrial i la producció de citoquines. En esclarir la relació entre l'estructura i les propietats de les nanopartícules de CeO2 amb la seva eficàcia, i els mecanismes mitjançant els quals els antioxidants modulen les respostes immunitàries, aquesta tesi té com a objectiu impulsar l'aplicació dels nanomaterials en biomedicina, destacant la necessitat de desenvolupar propietats específiques i eines robustes per a la utilització de nanopartícules en tasques terapèutiques sofisticades.Esta tesis investiga las propiedades antioxidantes de las nanopartículas de Óxido de Cerio (CeO2) en contextos biológicos, enfocándose en los roles de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en la regulación del metabolismo energético y su participación en las respuestas inmunitarias. Los radicales libres (altamente reactivos) resultantes de la respiración celular, desempeñan un papel central tanto en el metabolismo como en la inflamación, convirtiéndolos en importantes dianas terapéuticas. La integración de nanomateriales en aplicaciones biológicas presenta desafíos que requieren experiencia interdisciplinaria y una comprensión integral de las propiedades del material, con un énfasis particular en la seguridad. Nanopartículas poco solubles, agregadas, polidispersas y/o contaminadas se han relacionado con un aumento de ROS e inflamación, lo subraya la necesidad de un diseño meticuloso de las nanopartículas para garantizar su estabilidad, eficacia y seguridad en contextos biológicos. Este trabajo explora la síntesis y caracterización de las nanopartículas de CeO2, ofreciendo una comprensión exhaustiva de sus propiedades fisicoquímicas para guiar su uso en sistemas biológicos. El perfil farmacocinético de las nanopartículas de CeO2 se investiga en modelos preclínicos, incluyendo perfiles de absorción, distribución, metabolismo y excreción a largo plazo. Además, se examina el impacto de las nanopartículas antioxidantes en la respuesta inmunitaria innata, centrándose particularmente en la polarización de macrófagos. La investigación se extiende al metabolismo energético de los macrófagos, la función mitocondrial y la producción de citoquinas. Al elucidar la relación entre la estructura y las propiedades de las nanopartículas de CeO2 con su eficacia, y los mecanismos mediante los cuales los antioxidantes modulan las respuestas inmunitarias, esta tesis tiene como objetivo impulsar la aplicación de los nanomateriales en biomedicina, destacando la necesidad de desarrollar propiedades específicas y herramientas robustas para la utilización de nanopartículas en tareas terapéuticas sofisticadas.This thesis investigates the antioxidant properties of Cerium Oxide (CeO2) nanoparticles (NPs) within biological contexts, focusing on the roles of reactive oxygen species (ROS) in regulating energy metabolism and their intricate involvement in immune responses. ROS, highly reactive free radicals resulting from cellular respiration, play a central role in both metabolism and inflammation, making them important therapeutic targets. The integration of nanomaterials into biological applications presents challenges that require interdisciplinary expertise and a comprehensive understanding of the material properties, with a particular emphasis on nanosafety. Poorly soluble, aggregated, polydisperse, and contaminated samples have been linked to increased ROS and inflammation, underscoring the need for meticulous design of NPs to ensure their stability, efficacy, and safety in biological contexts. This work explores the synthesis and characterization of CeO2 NPs, offering a comprehensive understanding of their physicochemical properties, to guide their use in biological systems. The pharmacokinetic profile of CeO2 NPs is investigated in preclinical models, including long-term absorption, distribution, metabolism, and excretion profiles. Additionally, the impact of antioxidant CeO2 NPs on the innate immune response is examined, particularly focusing on macrophage polarization. The investigation extends to macrophage energy metabolism, mitochondrial function, and cytokine production By elucidating the relationship between the structure and the properties of CeO2 NPs with their effectiveness, and the mechanisms through which antioxidants modulate immune responses, this thesis aims to bridge the gap between nanomaterials and their application in biomedicine, highlighting the need for tailored nanomaterial properties and robust tools for their utilization in sophisticated therapeutic tasks

Microscopic origin of heat vorticity in quasi ballistic phonon transport

Altres ajuts: acords transformatius de la UABThe microscopic constraints required for the emergence of hydrodynamic-like heat conduction in semiconductors as predicted by the Guyer-Krumhansl equation (GKE) are determined through energy-based deviational Monte Carlo simulations of the Boltzmann Transport Equation (MC-BTE). We simulate the process of heat release from a nanoscale heat source towards a semi-infinite Silicon substrate in steady-state by solely considering resistive phonon collisions with an average mean free path. We obtain good agreement between the microscopic (MC-BTE) and mesoscopic (GKE) approaches in capturing significant deviations from diffusive transport, such as the emergence of vorticity. The analysis shows that heat vortices appear in the vicinity of sufficiently small energy sources in the absence of momentum-conserving scattering. The GKE is able to capture the resulting non-diffusive transport effects at moderate Knudsen numbers in consistency with previous experimental wor

Waste management intervention to boost circular economy and mitigate climate change in cities of developing countries : the case of Brazil

Unidad de excelencia María de Maeztu CEX2019-000940-MInnovations in Municipal Solid Waste Management (MSWM) can better connect circular economy (CE) and climate change (CC) since they have many trade-offs, especially in developing countries. Studies report the main barriers to innovation in MSWM that constrain a more circular economy (CE) and climate responses, but little is known about possible paths for innovation. Thus, this article aims to identify the main enablers of innovations in MSWM. Four municipalities in Brazil were selected because they presented highly innovative actions in the MSWM that reduced trade-offs between CE and CC. Based on an analysis of the economic, environmental, and operational performance of the four MSWM, we found reductions in Greenhouse Gases (GHG - CO2eq per inhabitant) of up to 90% and lower waste management costs per inhabitant compared to the national average. Four main enablers made the innovations possible to accelerate the transitions to a more circular and low-carbon economy in municipalities: local capacity, intergovernmental collaboration, MSWM with local partners, and environmental education that promotes social participation. This research contributed to developing a method to identify enablers at various system levels and propose technological approaches and practices that enable innovation in MSW management. Such measures can serve as a subsidy for circular disruption and as a basis for intervention in MSWM, especially in developing countries

International comparisons of COVID-19 pandemic management : what can be learned from activity analysis techniques?

Altres ajuts: Universitat Jaume I (UJI-B2020-27)The global spread of COVID-19 since early 2020 has resulted in significant humanitarian costs. The pandemic has affected most countries to varying degrees, and governments have implemented diverse policies to minimise the impact on public health. However, these policies have varied across regions and even within countries. This study proposes a nonparametric activity analysis methodology to assess how different countries have managed the pandemic. Specifically, we assess the effectiveness of 61 countries nine months into the pandemic using a robust directional Benefit of Doubt (BoD) model according to expert opinion and conditional on country contextual factors. We then estimate the marginal impact of structural and discretionary contextual variables on effectiveness using nonparametric regression analysis, which shows that effectiveness is strongly influenced by socioeconomic and cultural factors. The results reveal three main groups of countries according to their level of effectiveness in pandemic management, suggesting that an accurate assessment of countries' management of the pandemic benefits greatly from operations research methods, as we obtain benchmarks and find out how these benchmarks (or best practices) vary when contextual factors are included in the analysis

Testing mechanisms through which China's ETS promotes a low-carbon transition

Unidad de excelencia María de Maeztu CEX2019-000940-MChina regards an emission trading scheme (ETS) as the most promising approach for reducing its carbon dioxide emissions. However, there are still disagreements about the effectiveness of China's ETS (CETS). To settle this issue, we test the impact of CETS on key mechanisms driving a low-carbon transition. We use the difference-in-difference method to analyze data for coal-power plants participating in China's carbon trading pilot. This involves the use of two variables based on life-cycle indicators, namely 'energy return on energy invested' (EROI) and 'energy return on carbon invested' (EROC). We obtain three main findings: (1) a mediating effect of supply-side reform is significant; (2) this effect is stronger for more intense technological innovation and government intervention; (3) the influence of CETS on a low-carbon transition is independent of the development of clean energy. Overall, we conclude that the scope of CETS should be extended to other emitters to fully unleash its potential for reducing carbon emissions

Anàlisis de las fuentes de justificación que usa el alumnado en contextos cotidianos, científicos y pseudocientíficos

En aquesta tesi s'analitza com un grup d'estudiants de Tercer curs de l'ESO (14 a 15 anys) d'un Institut proper a Barcelona usen, identifiquen i reconeixen les fonts de justificació en avaluar proposicions quotidianes, científiques i pseudocientífiques, a més de com evolucionen en l'ús al llarg d'una seqüència didàctica en què es treballen explícitament les fonts de justificació en un context biològic. En concret, les preguntes i els objectius de recerca d'aquesta tesi son: Pregunta de recerca 1: Quines fonts de justificació fa servir l'alumnat per avaluar les proposicions quotidianes, científiques i pseudocientífiques? Objectiu específic 1: Identificar diferències en les fonts de justificació que fa servir l'alumnat per avaluar les proposicions quotidianes, científiques i pseudocientífiques. Pregunta de recerca 2: L'alumnat sap reconèixer adequadament les fonts de justificació usades per avaluar les proposicions? Objectiu específic 2: Identificar perfils d'alumnes en funció del nombre de les fonts de justificació que diuen fer servir per avaluar les proposicions. Objectiu específic 3: Analitzar si l'alumnat reconeix adequadament o inadequadament les fonts de justificació usades per avaluar les proposicions quotidianes, científiques i pseudocientífiques. Objectiu específic 4: Identificar diferències en el reconeixement de les fonts de justificació en funció dels perfils de l'alumnat. Pregunta de recerca 3: Com evoluciona l'ús de les fonts de justificació durant una seqüència didàctica en què es treballen explícitament aquestes fonts? Objectiu específic 5: Identificar les fonts de justificació que fa servir l'alumnat per escriure els assajos elaborats al final de cadascuna de les unitats didàctiques en que es treballa explícitament una font de justificació. Primer subobjectiu específic: Identificar diferències en l'ús de les fonts de justificació en treballar-les per cada assaig. Segon subobjectiu específic: Identificar diferències en l'ús de les fonts de justificació en funció de cadascun dels perfils de l'alumnat. Els resultats mostren la preferència de l'alumnat per fer servir les fonts de justificació d'Hàbits i Explicacions a l'avaluar contextos quotidians, i les de Testimonis d'experts/es i de Trets de la personalitat en l'avaluació de les proposicions científiques i pseudocientífiques, respectivament. També s'oberva que l'alumnat té millor capacitat per reconèixer adequadament les fonts de justificació quan els contextos que avalua són quotidians, no així en els científics i els pseudocientífics. Pel que fa als últims, es va evidenciar una petita diferència quan l'alumnat reconeix les fonts, en els contextos pseudocientífics que els científics. Pel que fa a l'evolució de les fonts de justificació en una seqüència didàctica, els resultats mostren que el nombre de vegades que la feien servir augmentava significativament quan es van treballar explícitament, però no així el nombre d'estudiants que les feia servir. Aquests resultats ens proporcionen antecedents útils per reflexionar sobre com treballar la cognició epistèmica a l'aula, específicament com ensenyar l'alumnat a reconèixer aquells elements quotidians que utilitza per posicionar-se en diferents temes i contribuir així al desenvolupament de la cognició epistèmica en l'ensenyament de les ciències.En esta tesis se analiza cómo un grupo de estudiantes de Tercer curso de la ESO (14 a 15 años) de un Instituto cercano a Barcelona usan, identifican y reconocen las fuentes de justificación al evaluar proposiciones cotidianas, científicas y pseudocientíficas, además de cómo evolucionan en el uso de estas a lo largo de una secuencia didáctica en la cual se trabajan explícitamente las fuentes de justificación en un contexto biológico. En concreto, las preguntas y objetivos de investigación de esta tesis son: Pregunta de investigación 1: ¿Qué fuentes de justificación usa el alumnado para evaluar las proposiciones cotidianas, científicas y pseudocientíficas? Objetivo específico 1: Identificar diferencias en las fuentes de justificación que usa el alumnado para evaluar las proposiciones cotidianas, científicas y pseudocientíficas. Pregunta de investigación 2: ¿Sabe el alumnado reconocer adecuadamente las fuentes de justificación usadas para evaluar las proposiciones? Objetivo específico 2: Identificar perfiles de alumnos y alumnas en función del número de las fuentes de justificación que dicen usar para evaluar las proposiciones. Objetivo específico 3: Analizar si el alumnado reconoce adecuada o inadecuadamente las fuentes de justificación usadas para evaluar las proposiciones cotidianas, científicas y pseudocientíficas. Objetivo específico 4: Identificar diferencias en el reconocimiento de las fuentes de justificación en función de los perfiles del alumnado. Pregunta de investigación 3: ¿Cómo evoluciona el uso de las fuentes de justificación a lo largo de una secuencia didáctica en la cual se trabajan explícitamente estas fuentes? Objetivo específico 5: Identificar las fuentes de justificación que usa el alumnado para escribir los ensayos elaborados al final de cada una de las unidades didácticas en las cuales se trabaja explícitamente una fuente de justificación. Primer subobjetivo específico: Identificar diferencias en el uso de las fuentes de justificación al trabajarlas por cada ensayo . Segundo subobjetivo específico: Identificar diferencias en el uso de las fuentes de justificación en función de cada uno de los perfiles del alumnado. Los resultados mostraron la preferencia del alumnado para usar las fuentes de justificación de Hábitos y Explicaciones cuando evaluaron contextos cotidianos, y las de Testimonios de expertos/as y de Rasgos de la personalidad en la evaluación de las proposiciones científicas y pseudocientíficas, respectivamente. También indicaron que el alumnado tiene mejor capacidad para reconocer adecuadamente las fuentes de justificación cuando los contextos que evalúa son cotidianos, no así en los científicos y pseudocientíficos. Respecto de los últimos se evidenció una pequeña diferencia cuando el alumnado reconoció las fuentes, reconocieron mejor estas en los contextos pseudocientíficos que los científicos. En lo que concierne a la evolución de las fuentes de justificación en una secuencia didáctica, los resultados mostraron que el número de veces que la usaban aumentó significativamente cuando se trabajaron explícitamente, pero no así el número de estudiantes que las usó. Estos resultados nos proporcionan antecedentes útiles para reflexionar sobre cómo trabajar la cognición epistémica en el aula, específicamente cómo enseñar al alumnado a reconocer aquellos elementos cotidianos que usa para posicionarse en diferentes temas y de esta forma contribuir al desarrollo de la cognición epistémica en la enseñanza de las ciencias.This thesis analyzes how a group of 3rd ESO students (14 to 15 years old) from an institute near Barcelona use, identify and recognize sources of justification when evaluating everyday, scientific and pseudoscientific propositions, as well as how they evolve. in the use of these throughout a didactic sequence in which the sources of justification are explicitly worked in a biological context. Specifically, the research questions and objectives of this thesis are: Research question 1: What sources of justification do students use to evaluate everyday, scientific and pseudoscientific propositions? Specific objective 1: Identify differences in the sources of justification that students use to evaluate everyday, scientific and pseudoscientific propositions. Research question 2: Do students know how to adequately recognize the sources of justification used to evaluate propositions? Specific objective 2: Identify profiles of students based on the number of sources of justification that they say they use to evaluate the propositions. Specific objective 3: Analyze whether students adequately or inadequately recognize the sources of justification used to evaluate everyday, scientific and pseudoscientific propositions. Specific objective 4: Identify differences in the recognition of sources of justification based on the profiles of the students. Research question 3: How does the use of sources of justification evolve throughout a didactic sequence in which these sources are explicitly worked on? Specific objective 5: Identify the sources of justification that students use to write the essays prepared at the end of each of the teaching units in which a source of justification is explicitly worked on. First specific subobjective: Identify differences in the use of sources of justification when working on them for each essay. Second specific subobjective: Identify differences in the use of sources of justification depending on each of the student profiles. The results showed the students' preference to use the justification sources of Habits and Explanations when evaluating everyday contexts, and those of Expert Testimonies and Personality Traits in the evaluation of scientific and pseudoscientific propositions, respectively. They also indicated that students have a better capacity to adequately recognize the sources of justification when the contexts they evaluate are everyday ones, but this is not the case in scientific and pseudoscientific contexts. Regarding the latter, a small difference was found when students recognized the sources; they recognized these better in pseudoscientific contexts than in scientific ones. Regarding the evolution of the sources of justification in a didactic sequence, the results showed that the number of times they used them increased significantly when they were worked on explicitly, but the number of students who used them did not. These results provide us with useful background to reflect on how to work on epistemic cognition in the classroom, specifically how to teach students to recognize those everyday elements that they use to position themselves on different topics and in this way contribute to the development of epistemic cognition in the teaching of science

Synthrocytes : Synthetic erythrocytes to substitute animal red blood cells in hemagglutination assays for global influenza surveillance

Els virus influenza són responsables de les epidèmies estacionals de grip i cada any causen una morbiditat i mortalitat significatives, així com un elevat cost econòmic. La severitat de la epidèmia és proporcional al grau de protecció immunològica de la població, que a la vegada es relaciona amb l'elevada taxa de mutació de les proteïnes de l'embolcall víric. El principal mitjà de prevenció és la vacunació, que ha de reformular-se anualment degut a la deriva antigènica del virus. Per això és necessari establir una xarxa de vigilància global que agrupi les dades genètiques i antigèniques necessàries per determinar la composició de la vacuna anualment. Aquesta tasca es realitza gràcies a una xarxa de laboratoris distribuïts globalment que coordina la Organització Mundial de la Salut (OMS). Els assajos d'inhibició de la hemoaglutinació (AIH) són un dels mètodes recomanats per la OMS per la caracterització antigènica dels virus influenza circulants, així com per la valoració d'anticossos neutralitzants (Ac) específics contra ells, totes dues dades necessàries per la reformulació anual de la vacuna. Els AIH es basen en la capacitat dels virus influenza per unir-se als glòbuls vermells produint la seva aglutinació i canviant el patró de sedimentació, un comportament que s'inhibeix en presència d'Ac específics anti-influenza. Els AIH són una tècnica simple i econòmica, però requereixen l'ús d'eritròcits frescos. Aquest reactiu biològic és variable, poc estable i difícil d'obtenir en grans quantitats per a la seva distribució global. Això fa que hagi de ser obtingut de forma independent per cada laboratori, el que introdueix molta variabilitat intra i inter-laboratori als resultats obtinguts. L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament d'un reactiu sintètic que pugui substituir als eritròcits animals en AIH. Aquest reactiu, anomenat "sintròcit", és capaç de imitar la sedimentació diferencial característica dels eritròcits animals en absència o presència d'agents aglutinants, en <25 min. Al final d'aquest treball, els sintròcits produïts són capaços d'unir els 4 tipus de virus estacionals (A(H1N1)pdm09, A(H3N2), B/Yamagata and B/Victoria), produint canvis en la sedimentació similars als que produeixen els eritròcits animals en 30-60 min, sense pràcticament modificar el protocol ni la manipulació comparada amb els AIH clàssics. A més, els sintròcits són reproduïbles i més estables que el seu equivalent animal, poden ser liofilitzats pel seu emmagatzematge prolongat i es poden produir industrialment. Aquesta feina ha sigut el primer pas per a la creació d'una nova línia d'investigació que ha continuat més enllà d'aquesta tesi amb la contribució d'altres membres de l'equip. Els resultats resumits aquí, així com aquells que s'han obtingut més tard i els que s'obtindran, ens apropen més a aconseguir l'estandardització global dels AIH sense necessitat de modificar la formació ni la metodologia actual, facilitant així l'avaluació dels resultats entre laboratoris.Los virus Influenza son responsables de las epidemias estacionales de gripe que cada año causan una morbilidad y mortalidad significativas, así como con un elevado coste económico mundial. La severidad de la epidemia es proporcional al grado de protección inmunológica de la población, que a su vez se relaciona con la elevada tasa de mutación de las proteínas de la envoltura vírica. La principal medida de prevención es la vacunación, que debe reformularse anualmente debido a la deriva antigénica del virus. Por ello, es necesario establecer una red de vigilancia global que agrupe los datos genéticos y antigénicos necesarios para determinar la composición de la vacuna cada año. Esta tarea se realiza gracias a una red de laboratorios distribuidos mundialmente que coordina la Organización Mundial de la Salud (OMS). Los ensayos de inhibición de la hemaglutinación (EIH) son uno de los métodos recomendados por la OMS para la caracterización antigénica de los virus influenza circulantes, así como para la valoración de anticuerpos (Ac) neutralizantes específicos contra ellos, ambos datos necesarios para la reformulación anual de la vacuna. Los EIH se basan en la capacidad de los virus influenza para unirse a los glóbulos rojos produciendo su aglutinación y cambiando su patrón de sedimentación, un comportamiento que se evita en presencia de Ac específicos anti-influenza. Los EIH son una técnica simple y económica, pero con el inconveniente de requerir el uso de eritrocitos frescos. Este reactivo biológico es variable, poco estable y difícil de obtener en grandes cantidades para su distribución global. Esto hace que deba ser adquirido de forma independiente por cada laboratorio, lo que introduce variabilidad intra e inter-laboratorio en los resultados obtenidos. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un reactivo sintético que pueda substituir a los eritrocitos animales en EIH. Este reactivo, llamado "sintrocito", es capaz de imitar la sedimentación diferencial característica de los eritrocitos animales en ausencia o en presencia de agentes aglutinantes en menos de 25 min. Al término de este trabajo, los sintrocitos producidos son capaces de unir los 4 tipos de virus influenza estacionales (A(H1N1)pdm09, A(H3N2), B/Yamagata and B/Victoria), produciendo cambios en la sedimentación similares a los que producen los eritrocitos en 30-60 min, sin apenas modificar el protocolo ni la manipulación comparado con los EIH clásicos. Además, los sintrocitos son reproducibles y más estables que su equivalente animal, pueden ser liofilizados para su almacenamiento prolongado y pueden ser producidos industrialmente. Este trabajo fue el primer paso para la creación de una nueva línea de investigación que ha continuado más allá de esta tesis con la contribución de otros miembros del equipo. Los resultados resumidos aquí, así como aquellos que han seguido y seguirán, nos acercan más a conseguir la estandarización global de los EIH sin necesidad de modificar la formación ni la metodología actual, facilitando la evaluación de resultados entre laboratorios.Influenza viruses cause annually seasonal flu epidemics with an important morbidity and mortality, as well as a high economical cost worldwide. The severity of the annual influenza epidemic is proportional to the degree of immune protection of the population, which is related to the high change rate of the viral envelope of these viruses. Since annual vaccination is the main prevention measure, the high antigenic drift obliges to the annual reformulation of the vaccine composition. Accordingly, global virological surveillance of circulating influenza viruses is required in order to collect genetic and antigenic information necessary to determine the vaccine composition yearly, a task that is coordinated globally by the World Health Organization (WHO) and to which laboratories from all over the world contribute. The hemagglutination inhibition assay (HAI) is one of the methods recommended by the WHO for the antigenic characterization of circulating influenza viruses and for the titration of specific neutralizing antibodies (Ab) against them, two tasks that are crucial for the annual recommendation of the vaccine composition. HAI is based on the fact that influenza binds to red-blood cells producing their agglutination and changing their sedimentation pattern, a behaviour that is prevented in the presence of specific anti-influenza Ab. HAI is a relatively simple and economical assay, but it has to be carried out with fresh erythrocytes. This is a biological reagent that is variable, unstable and difficult to obtain in large quantities for worldwide distribution, and that is acquired independently by each laboratory, which introduces lots of intra- and inter-laboratory variability in the results produced. The main objective of this PhD Thesis was the development of a synthetic reagent that could substitute animal erythrocytes in the HAI assays. As it will be shown, a reagent called "synthrocyte" has been developed, which mimics the differential sedimentation displayed by animal RBCs in the absence and in the presence of agglutinating agents in <25 min. By the end of this Thesis work, synthrocytes could bind the 4 influenza seasonal subtypes (A(H1N1)pdm09, A(H3N2), B/Yamagata and B/Victoria), producing changes in sedimentation that resembled those generated by erythrocytes in 30-60 min, and entailing a protocol and level of handling similar to those in classical HAI assays. Moreover, synthrocytes were reproducible and more stable than their animal counterparts, could be lyophilized for long-term storage, and were mass-producible. This work laid the first stone for the creation of a new research line that has continued beyond this Thesis with the contribution of other Team Members. We envisage that the results summarized here, and those that followed and will follow, will pave the way to achieve the worldwide standardization of HAI tests with minimal equipment or training requirements and facilitate inter-laboratory result evaluation