REWRITING THE UPSIDE DOWN WORLD: A Reflective Curriculum to Provoke Perspective Transformation And Personal Development among EcuaExplora Participants

Rewriting the Upside Down World is a reflective curriculum designed to foster perspective transformation and personal development among EcuaExplora participants. EcuaExplora (EcEx) is a volunteer, intern and study abroad organization that places participants in sustainable projects within its portfolio of health, environment and socio-economic development partners throughout Ecuador. EcEx recently expanded from its base in Guayaquil to include a broader network of Ecuadorian NGO partners in Quito and across the country. The widespread location of its project sites, often in remote areas of the jungle, Sierra and coastal regions, precludes one-on-one gatherings for reflection on participants´ experiences in the field. Rewriting the Upside Down World redresses the inability to foster face-to- face reflective dialogues by employing a student-driven Learner Partner Model. This non-hierarchical teaching methodology validates participants as partners in scholarship, situates learning in context, and virtually supports them through reflective exercises to develop their capacity for self-authorship, the definition of their own ideals, values and beliefs. Mindful transformative learning theory is also used to challenge participants´ preconceptions and perspectives through the use of provocative questioning, problem-solving, creative exploration, mindful observation, exploration of feelings, processing of personal experiences, and assertion of opinions. The curriculum is a holistic, conscious reformation of transformative learning theory´s prior focus exclusively on the cognitive domain. The ultimate goal is to breed compassionate, self-aware and culturally competent global citizens. The guided, written journal exercises that are the core of the curriculum aim to engage participants in an attentive ¨reading of the world¨ at their project sites. It also implores them to envision a more just and equitable reality and ‘rewrite the world’ based on their transformed perspectives. By putting its ideal of education for transformation into action, the curriculum distinguishes EcEx from competitors as a vision-driven organization. The context-based, distance-learning format makes the curriculum design replicable and relevant for any international education professionals remotely managing participants in the field

Freeze-Dried Chitosan Platelet-Rich Plasma Hybrids for Rotator Cuff Tear Repair

Les déchirures de la coiffe du rotateur sont une des blessures musculo-squelettiques les plus répandues de l’épaule. Les techniques de réparation chirurgicales actuellement utilisées échouent dans environ 20 à 95% des cas dépendamment de l'âge, la taille, du tabagisme, du temps de guérison, de la qualité du tendon, de la qualité musculaire, de la réponse à la guérison et des traitements chirurgicaux. La majorité des déchirures chroniques des tendons surviennent principalement dans le supraspinatus, ce qui mène à des changements structurels tels que l'accumulation de gras, la perte de volume, le remodelage musculaire, la disparition de sarcomères et, parfois, une faiblesse musculaire profonde. Trouver un modèle animal similaire à l’humain est un défi de taille mais très utile pour améliorer notre compréhension des voies cellulaires et moléculaires impliquées dans la pathologie de la coiffe du rotateur. Les pathologies du tendon sont aggravées par son potentiel de guérison limité, attribué à la présence de changements dégénératifs et à une vascularité relativement faible. Le développement de nouvelles technologies pour traiter les déchirures de la coiffe du rotateur nécessite également des tests sur des modèles animaux afin d'évaluer l'innocuité et l'efficacité du traitement, avant d’effectuer des tests cliniques pour éventuellement améliorer les options de traitement thérapeutique. Il est donc important d'évaluer les modèles animaux utilisés pour la recherche des pathologies de la coiffe du rotator; Idéalement, ceux-ci présenteraient une dégénérescence des tendons, une atrophie musculaire et une infiltration de gras similaire à celle de l’humain. Notre premier but était donc de recenser les traitements cliniques actuels utilisés pour guérir la coiffe du rotateur, de décrire les nouvelles stratégies en cours de développement clinique et préclinique. Nos résultats ont demontré qu'aucun animal n'a une anatomie comparable à celle des humains. Bien que les dernières techniques de sutures semblent augmenter le taux de guérisson des tendons, ceci n’a pas été traduit par une amélioration des résultats cliniques. Les patches de matrix extracellulaire n’ont pas démontrées de résultats prometteurs dans les essaies cliniques randomisés. Il n’existe encore aucune étude sur la réparation de la coiffe du rotateur utilisant des facteurs de croissances chez l’humain. L’utilisation de PRP en orthopédie est encore controversée et malheureusement aucunes des stratégies actuellement utilisées améliore la réparation des déchirures de la coiffe du rotateur. Une solution possible pourrait être l’utilisation d’implants de chitosan-PRP. En résumé, plusieurs stratégies de réparation sont disponibles, mais d'autres essais cliniques sont nécessaires pour trouver le traitement optimal pour la réparation de la coiffe du rotateur. Les implants de chitosane (CS)-PRP ont démontrés qu’ils pouvaient améliorer la réparation du ménisque, de la coiffe du rotateur et la réparation du cartilage dans des modèles précliniques. Cela nous a conduits à étudier les mécanismes d'action in vitro et in vivo des implants CS-PRP. Des formulations lyophilisées contenant 1% (p / v) de chitosane (80% désacétylé et masse moléculaire moyenne de 38 kDa), 1% (p / v) de trehalose, un lyoprotectant, et 42,2 mM de chlorure de calcium, l’activateur de caillot, ont été solubilisés dans du PRP. L'objectif de cette étude était d'étudier les mécanismes possibles par lesquels le chitosan inhibe la rétraction des caillots hybrides CS-PRP in vitro, caractériser l'effet du chitosan, du tréhalose et une combinaison sur l'activation plaquettaire et la sécrétion granulaire in vitro, caractériser le profil de libération de PDGF-AB et EGF à partir de caillots hybrides CS-PRP in vitro, et d’évaluer histologiquement la résidence, la bioactivité et la biodégradabilité des implants CS-PRP in vivo. Nos hypothèses de départ étaient que (1) le chitosane se lierait aux plaquettes d'une manière non spécifique inhibant l'agrégation plaquettaire dans les caillots hybrides et la rétraction du caillot médiée par les plaquettes; (2) le chitosane activerait les plaquettes et induirait la sécrétion des granules; (3) la libération de facteurs de croissances à faible point isoélectrique (chargé négativement à pH neutre), comme EGF, serait plus soutenue par les implants de CS-PRP que la libération de facteurs de croissances avec des points isoélectriques élevés (chargés positivement à pH neutre), tel PDGF-AB, en raison d'interactions électrostatiques avec le chitosane cationique; (4) Les implants CS-PRP résideraient beaucoup plus longtemps que le PRP seul in vivo, où ils induiraient le recrutement cellulaire et l'angiogenèse, mais seraient également dégradés à l’intérieur de 6 semaines. Nos images confocales, SEM et TEM soutiennent notre première hypothèse selon laquelle le chitosan recouvre physiquement les plaquettes et autres composants du caillot sanguin pour inhiber l'agrégation plaquettaire, nécessaire pour la rétraction du caillot. Dans les caillots hybrides, le chitosane interfère physiquement avec la capacité des plaquettes à adhérer l'une à l'autre ainsi qu’au réseau de fibrine, exerçant ainsi des forces mécaniques. Nos deuxième et troisième objectifs visaient à déterminer si les plaquettes étaient activées dans les caillots hybrides CS-PRP et, dans l'affirmative, comment les facteurs de croissances dérivés des plaquettes sont libérés des caillots hybrides CS-PRP. Conformément à notre troisième hypothèse, nous avons constaté que le chitosane induisait l'activation des plaquettes et la sécrétion des granules dans les suspensions cellulaires, même plus que l'ADP, un agoniste plaquettaire connu. Fait intéressant, l'incubation de la suspension cellulaire avec tréhalose et chitosane a légèrement diminué l'expression de Pac-1 et de p-sélectine par rapport à l'incubation avec du chitosane seul. Même si les conditions d'essai dans le dosage de cytométrie en flux sont différentes du caillot hybride, nous avons prévu que les plaquettes dans les caillots hybrides CS-PRP seraient activées et libèreraient leur granules, ce qui a été déterminé par des tests ELISA. Notre troisième hypothèse de depart, était que le point isoélectrique des facteurs de croissance dérivés des plaquettes déterminerait comment les facteurs de croissance seraient libérés des hybrides CS-PRP. Le point isoélectrique du PDGF est de 9,8 et dans des conditions physiologiques, nous nous attendions à une répulsion ionique entre le PDGF-AB chargé positivement et le chitosane cationique qui provoquerait une libération rapide et courte. Pendant ce temps, on s'attendait à ce qu’EGF, avec un point isoélectrique de 4,6, se lirait au chitosane dans des conditions physiologiques et serait libéré de manière plus continue. Contrairement à cela, nous avons constaté que les caillots hybrides CS-PRP ont soutenu et augmenté la libération de PDGF-AB et d'EGF pendant 1 semaine in vitro, ce qui suggére que d’autres facteurs supplémentaires contrôlent leur libération dans ce système in vivo. Nous avons aussi constaté que les niveaux cumulatifs de PDGF-AB et EGF libérés dans le milieu de culture étaient plus élevés dans les caillots CS-PRP par rapport aux caillots PRP. En ce qui concerne la libération des facteurs de croissance, il est important de considérer la contribution de chaque type de cellule présente dans la préparation PRP. Les plaquettes sont les principaux contributeurs à la libération de facteurs de croissance du PRP et des corrélations positives ont déjà été trouvées entre les doses de plaquettes et la quantité de facteurs de croissance libérés, y compris PDGF-AB, TGF-β1, VEGF et EGF. Notre quatrième objectif était d'étudier les implants in vivo, et nous avons demontré qu'ils présentaient une résidence plus longue et une bioactivité plus élevée que le PRP. En résumé, le chitosan enrobe physiquement les plaquettes, les cellules sanguines et les brins de fibrine dans les implants CS-PRP, ce qui inhibe l'agrégation plaquettaire, nécessaire pour la rétraction du caillot. Les plaquettes sont activées, granules sécrétées et des niveaux plus élevés de PDGF-AB et d'EGF sont libérés à partir de caillots CS-PRP par rapport aux caillots PRP in vitro. Enfin, les implants CS-PRP résident pendant au moins 6 semaines après implantation sous-cutanée et induisent le recrutement cellulaire et la synthèse de tissue de granulation, confirmant une résidence plus longue et une bioactivité plus élevée par rapport au PRP in vivo. L'objectif de la troisième étude était d'évaluer si les implants CS-PRP étaient capables d'améliorer la réparation des dechirures de la coiffe du rotateur dans un modèle de lapin. Des déchirures complètes ont été créées bilatéralement dans le tendon supraspinatus (SSP) des lapins blancs de Nouvelle Zéalande (n = 4 dans une étude de faisabilité pilote suivie de n = 13 dans une étude d'efficacité plus large), qui ont été réparés à l'aide de sutures transosseuses. Du côté traité, les implants CS-PRP ont été injectés dans les tunnels transosseux et dans le tendon lui-même, et la guérison a été évaluée histologiquement à des points temporels allant de 1 à 2 mois après la chirurgie. Nos hypothèses de départ étaient les suivantes: 1) Les implants CS-PRP induiraient le recrutement de cellules polymorphonucléaires (PMN) à des moments précoces après la chirurgie, 2) Les implants CS-PRP seraient dégradés 2 mois après la chirurgie et 3) Les implants CS-PRP amélioreraient la réparation des déchirures de la coiffe du rotateur grâce à une augmentation du recrutement cellulaire, de l'angiogenèse et du remodelage osseux. L'un de nos objectifs était de déterminer la répartition de l'implant et d'évaluer la dégradation de l'implant au fil du temps. Un jour après la chirurgie, les implants CS-PRP résidaient à l'intérieur du creux osseux, dans les tunnels latéraux et également sur les surfaces du tendon. Les implants CS-PRP ont également inhibé l'ossification hétérotopique du tendon SSP à 2 mois tout en favorisant la fixation du tendon SSP à la tête humérale grâce à un remodelage osseux accru à la tuberosité supérieure. Les implants CS-PRP ont induit le recrutement de PMNs à des moments précoces après la chirurgie, soutenant notre première hypothèse. Contrairement à la deuxième hypothèse, la dégradation des implants et les réactions inflammatoires associées étaient encore en cours dans 3 sur 9 épaules traitées à 2 mois. Les résultats ont partiellement soutenu notre troisième hypothèse selon laquelle CS-PRP améliorerait la réparation de la coiffe du rotateur, en améliorant la fixation du tendon SSP grâce à un remodelage osseux amélioré. De manière inattendue, de petites zones de tissu de granulation riche en neutrophiles entourant les tissus apoptotiques / nécrotiques étaient visibles dans 3 épaules traitées avec CS-PRP à 2 mois. La suppression de l'ossification hétérotopique du tendon SSP (HO) par le traitement CS-PRP a été une découverte inattendue dans cette étude. Cette étude semble fournir des preuves que les implants CS-PRP sont sans danger et efficaces pour améliorer la réparation des déchirures de la coiffe du rotateur dans un petit modèle animal et que cela pourrait être traduit dans un contexte clinique. L'objectif de la quatrième étude était d'étudier l'effet de l'utilisation d'implants de CS-PRP en conjonction avec des ancres de suture dans des modèles de déchirure de la coiffe du rotateur ovins aigus et chroniques et voir si cela pouvait améliorer la réparation de la coiffe du rotateur. Dans deux études de faisabilité, des déchirures unilatérales de pleine épaisseur ont été créées dans le tendon de l'infraspinatus (ISP) de brebis. Dans le modèle chronique (n = 4 brebis), les tendons ont été recouverts d’une membrane de silicone permettant une dégénération chronique pendant 6 semaines, tandis que les tendons ont été réparés immédiatement dans le modèle aigu (n = 4 brebis). Les tendons ISP transectés ont été rattachés à des ancres de suture et dans le cas des épaules traitées; Les implants composés de CS lyophilisé solubilisés dans du PRP autologue ont été appliqués en plus sur l'interface tendon-os et sur le site réparé. Le modèle chronique a induit une dégénérescence et une rétraction importante du tendon et du muscle, ce qui a rendu la réparation beaucoup plus difficile que dans le modèle aigu. Le traitement par implants CS-PRP a induit le recrutement de cellules polymorphonucléaires à 2 semaines post-opératoires et a également amélioré l'organisation structurelle du tendon ISP à 3 mois. Le traitement a également augmenté le remodelage osseux et la croissance interne à l'interface tendon-os à 3 mois, ce qui suggère qu'une fixation plus robuste pourrait être obtenue en combinant les implants CS-PRP et les ancres de suture. Ces études pilotes fournissent la première preuve que les implants CS-PRP peuvent améliorer la réparation des déchirures de la coiffe du rotateur dans de grands modèles animaux. Notre hypothèse de départ a été partiellement soutenue par le fait que le traitement avec des sutures d'ancrage + CS-PRP a conduit à une amélioration de l'apparence structurelle du tendon, à un remodelage osseux et une croissance accrue à la jonction tendon-os. Nous avons constaté que recouvrir les tendons pendant 6 semaines avec des membranes de silicone de 5 cm empêchait probablement une diffusion adéquate d’éléments nutritifs et entraînait une mort cellulaire et une dégénérescence sévère du tendon lui-même, ce qui a rendu certains tendons non réparables. Bien que la dégénérescence n’ait pas été aussi marquée lorsque les tendons ont été recouverts pendant 2 semaines avec une membrane de silicone de 5 mm, le rattachage à l'empreinte initiale aurait été difficile à atteindre puisque l'unité tendineuse avait considérablement rétracté. Nous avons constaté que les tissus cicatriciels abondants comblaient l'écart entre le tendon et la tuberosité après 2 et 6 semaines. À partir de maintenant, nous considérons que le modèle de réparation aiguë est plus cohérent et facilement reproductible que le modèle chronique. Des cellules polymorphonucléaires (PMN) ont été observées dans le tissue de réparation du tendon de l'épaule traité avec des ancres + CS-PRP 2 semaines post-implantation. Le tendon traité avec des ancres a seulement montré de la chondrogénèse et l'expression de GAG dans le corps du tendon à 6 semaines, alors que ce n’était pas le cas avec le tendon traité avec les ancres + CS-PRP. De manière inattendue, la technique de réparation des ancrages + CS-PRP a entraîné un meilleur résultat structurel du tendon que les ancres seules à 3 mois, probablement par une modulation du moment de la séquence de guérison ou par un remodelage des tissues de réparation accru. Il n'y avait aucun effet délétère spécifique au traitement dans l'articulation de l'épaule, ce qui suggère que les implants CS-PRP sont sécuritaires. Les anomalies structurelles étaient visibles dans la plupart des glénoïdes, ce qui suggère que des contraintes plus importantes sont appliquées sur cette surface par rapport à la tête humérale dans le modèle des brebis. L'infiltration de gras dans le muscle ISP a été induite dans les modèles à la fois chronique et aiguë, et aucun traitement n’a pu inverser cet effet. Une synovite transitoire légère était présente dans l'épaule traitée avec CS-PRP à 2 semaines, ce qui a été résolu à 6 semaines et 3 mois, une fois que le biomatériau a été dégradé. En résumé, les techniques de développement pour augmenter la réparation de la coiffe du rotateur restent cliniquement pertinentes. Les défis techniques associés au modèle de réparation chronique chez les brebis rendent le modèle aïgu plus préférable pour les études futures. Ces deux études pilotes fournissent la première preuve que les implants CS-PRP améliorent la réponse de guérison chez les grands modèles animaux de réparation de la coiffe du rotateur, en partie grâce à un remodelage osseux accru au tissu de réparation du tendon et à l'interface osseuse sous-jacente.----------ABSTRACT Rotator cuff tears are the most common musculoskeletal injury occurring in the shoulder. Current surgical repair fails to heal in 20 to 95% of cases depending on age, size, smoking, time of repair, tendon quality, muscle quality, healing response, and surgical treatments. The majority of chronic tendon tears occurs mostly in the supraspinatus and ultimately leads to structural changes such as fatty accumulation, loss of volume, muscle remodeling, subtraction of sarcomeres, and sometimes, profound muscle weakness. Finding the right animal model is challenging but critically important to improve our understanding of the cellular and molecular pathways involved in rotator cuff pathology. These problems are worsened by the limited healing potential of injured tendons, attributed to the presence of degenerative changes and relatively poor vascularity of the cuff tendons. Development of new techniques to treat rotator cuff tears also requires testing in animal models to assess safety and efficacy prior to clinical testing to improve therapeutic treatment options. Hence it is important to evaluate appropriate animal models for rotator cuff research with degeneration of tendons, muscular atrophy and fatty infiltration similar to humans. Our first purpose was to review current clinical treatments and new repair strategies under development both clinically and pre-clinically. Our findings showed that none of the animals have anatomy comparable to humans. Although the latest suture techniques seem to somewhat increase the rate of tendon healing, this has not been translated into improved clinical and functional outcomes. Extracellulaire matrix (ECM) patches have not shown promising results in randomized clinical trials and scaffolds still need clinical studies. Still no study exists on rotator cuff repair using growth factors in humans. Platelet-rich plasma (PRP) use in orthopedics is still controversial and none of these strategies enhance rotator cuff tear repair. One possible effective technique could be using chitosan-PRP implants. In summary, several repair strategies are available but further clinical trials are needed to find the optimal treatment for rotator cuff repair. Chitosan (CS)-PRP implants have been shown to improve meniscus and cartilage repair in pre-clinical models. This has led us to investigate in vitro and in vivo mechanisms of action of CS-PRP implants. Our second purpose was to investigate possible mechanisms by which chitosan inhibits retraction of CS-PRP hybrid clots in vitro, characterize the effect of chitosan, trehalose and a combination of both on platelet activation and granule secretion in vitro, characterize the release profile of PDGF-AB and EGF from CS-PRP hybrid clots in vitro, and histologically assess the residency, bioactivity and biodegradability of CS-PRP implants in vivo. Our starting hypotheses were that (1) chitosan would bind to platelets in a non-specific way inhibiting platelet aggregation in hybrid clots and platelet-mediated clot retraction; (2) chitosan would activate platelets and induce granule secretion; (3) the release of growth factors with low isoelectric point (negatively charged at neutral pH), such as EGF, would be more sustained from CS-PRP hybrids than the release of growth factors with high isoelectric points (positively charged at neutral pH), such as PDGF-AB, due to electrostatic interactions with cationic chitosan; (4) CS-PRP implants would reside longer than PRP in vivo, where they would induce cell recruitment and angiogenesis, but would be degraded within 6 weeks. Confocal, SEM and TEM images supported our first hypothesis that chitosan physically coats platelets and other components of the blood clot to inhibit platelet aggregation, needed for clot retraction. In the hybrid clots, chitosan physically interferes with the ability of the platelets to adhere to each other and the fibrin network, hence exerting mechanical forces. Our second and third aims were to investigate whether platelets are activated in CS-PRP hybrid clots and, if so, how platelet-derived growth factors are released from CS-PRP hybrid clots. Consistent with our third hypothesis, we found that chitosan induces platelet activation and granule secretion in cell suspensions, even more so than ADP, a known platelet agonist. Interestingly, incubation of cell suspension with trehalose along with chitosan slightly decreased expression of Pac-1 and p-selectin compared to incubation with chitosan alone. Even though test conditions in the flow cytometry assay are different than in the hybrid clot system, we expected platelets within the CS-PRP hybrid clots to be activated and release their granule content, and this was ascertained by ELISA assays. Our third starting hypothesis was that the isoelectric point of platelet-derived growth factors would determine how growth factors would be released from our CS-PRP hybrids. The isoelectric point of PDGF is 9.8 and, under physiological conditions, we expected ionic repulsion between positively charged PDGF-AB and cationic chitosan to result in burst release. Meanwhile, EGF, which has an isoelectric point of 4.6, would be expected to bind to chitosan under physiological conditions and be released in a more sustained manner. In contrast to this, we found that CS-PRP hybrid clots sustained and increased release of both PDGF-AB and EGF for 1 week in vitro, which suggested that additional factors are controlling their release in this system. We found that cumulative levels of PDGF-AB and EGF released in the culture medium were higher in the case of CS-PRP clots compared to PRP clots. With regard to growth factor release, it is important to consider the contribution of each cell type pre

3D bioprinted hydrogel scaffolds laden with Schwann cells for use as nerve repair conduits

The goal of nerve tissue engineering is to promote and guide axon growth across a site of nerve injury without misdirection. Bioengineered tissue scaffolds have been shown to be promising for the regeneration of damaged peripheral nerves. Schwann cells play a pivotal role following nerve injury by forming aligned “bands of Büngner” that promote and guide axon regeneration into the distal nerve segment. The incorporation of living Schwann cells into various hydrogels has therefore been urged during the fabrication of tissue engineered nerve scaffolds. The aim of this research is to characterize biomaterials suitable for 3D bioplotting of nerve repair scaffolds. Here a novel technique of scaffold fabrication has been optimized to print alginate-based three-dimensional tissue scaffolds containing hyaluronic acid and living Schwann cells. Alginate/hyaluronic acid scaffolds were successfully fabricated with good printability and cell viability. Addition of the polycation polyethyleneimine (PEI) during the fabrication process stabilized the structure of alginate through the formation of a polyelectrolyte complex and had a significant influence on the degree of swelling, degradation rate, mechanical property, and release kinetics of incorporated protein within the scaffolds. A preliminary in vivo study showed the feasibility of implanting 3D printed alginate/hyaluronic acid scaffolds as nerve conduits in Sprague-Dawley (SD) rats with resected sciatic nerves. However alginate/hyaluronic acid scaffolds were found to be unsuitable for axonal regeneration. Further in vitro culture of Schwann cells was performed in collagen type-I, fibrin, fibrin/hyaluronic acid, and their combination with alginate. It was found that Schwann cells had more favorable cell morphology in fibrin/hyaluronic acid or collagen without alginate. Schwann cell proliferation and alignment were better in fibrin/hyaluronic acid. Therefore fibrin/hyaluronic acid is more ideal than most other hydrogel formulations for use in the bioprinting of nerve repair tissue engineering scaffolds, which incorporate cellular elements. As Schwann cells also align along the long axis of the printed fibrin/hyaluronic acid strands, 3D bioprinting of multiple layers of crosslinked fibrin strands can be used to fabricate a nerve conduit mimicking the bands of Büngner

Polymer Micro- and Nanofluidic Systems for In Vitro Diagnostics: Analyzing Single Cells and Molecules

Polymer micro- and nanofluidic systems, with their critical dimensions, offer a potential to outperform conventional analysis techniques and diagnostic methods by enhancing speed, accuracy, sensitivity and specificity. In this work, applications of microfluidics have been demonstrated to address the existing challenges in stroke diagnosis, by mRNA expression profiling from whole blood within \u3c20 min. A brief overview of various biomarkers for stroke diagnosis is given in chapter 1 followed by design and testing of individual microfluidic modules (chapter 2 and 3) required for the development of POC diagnostic strategy for stroke. We have designed and evaluated the performance of polymer microfluidic devices for the isolation of leukocyte subsets, known for their differential gene expression in the event of stroke. Target cells (T-cells and neutrophils) were selected from with greater purities, from 50 µl whole human blood by using affinity based capture in COC devices within a 6.6 min processing time. In addition, we have also demonstrated the ability to isolate and purify total RNA by using UV activated polycarbonate solid phase extraction platform. Polymer-based nanofluidic devices were used to study the effects of surface charge on the electrodynamic transport dynamics of target molecules. In this work, we report the fabrication of mixed-scale micro- and nanofluidic networks in poly(methylmethacrylate), PMMA, using thermal nanoimprint lithography using a resin stamp and surface modification of polymer nanoslits and nanochannels for the assessment of the associated electrokinetic parameters – surface charge density, zeta potential and electroosmotic flow. This study provided information on possible routes that can be adopted to engineer proper wall chemistry of polymer nanochannels for the enhancement or reduction of solute/wall interactions in a variety of relevant single-molecule studies

A Survey on Trust Metrics for Autonomous Robotic Systems

This paper surveys the area of Trust Metrics related to security for autonomous robotic systems. As the robotics industry undergoes a transformation from programmed, task oriented, systems to Artificial Intelligence-enabled learning, these autonomous systems become vulnerable to several security risks, making a security assessment of these systems of critical importance. Therefore, our focus is on a holistic approach for assessing system trust which requires incorporating system, hardware, software, cognitive robustness, and supplier level trust metrics into a unified model of trust. We set out to determine if there were already trust metrics that defined such a holistic system approach. While there are extensive writings related to various aspects of robotic systems such as, risk management, safety, security assurance and so on, each source only covered subsets of an overall system and did not consistently incorporate the relevant costs in their metrics. This paper attempts to put this prior work into perspective, and to show how it might be extended to develop useful system-level trust metrics for evaluating complex robotic (and other) systems

Advantages and challenges of unmanned aerial vehicle autonomy in the Postheroic age

Over the past decade, unmanned aerial vehicles (UAVs) have revolutionized how the U.S. engages elusive militants in low-intensity conflicts by allowing the U.S. to project continuous military power without risking combat casualties. While UAV usage promises additional tactical advantages in future conflicts, little agreement exists regarding a strategic vision for UAV research and development, necessary for the U.S. to allocate limited resources among UAV development programs that address national security objectives. The present research makes the case for a future UAV technology evolutionary path leading to fully autonomous intelligence, surveillance, and reconnaissance (ISR)/strike UAV systems for the United States Air Force that are capable of sensing their environments through multiple modalities, recognizing patterns, and executing appropriate actions in response to their real-time analyses. The thesis addresses enabling technology inroads stemming from major improvements in our understanding of human neural circuitry that promise to enable innovations in the artificial intelligence needed to achieve autonomous system function. Arguments are based on projected military and economic benefits of autonomous systems and extend the historical model established by the CIA\u27s successful UAV program to unconventional warfare (UW) conflicts that the U.S. Air Force finds itself ill-equipped to handle. Counter-arguments are addressed relating to uncontrolled lethal technology, conflict initiation thresholds, and the vulnerability of overreliance on high-technology systems. In making the case for fully automated UAV technology, research provides a strategic future vision for autonomous UAV usage by highlighting the important interaction of artificial intelligence, “smart” wide-area sensors, and cooperative micro UAVs

Autonomous wheelchair with a smart driving mode and a Wi-Fi positioning system

Wheelchairs are an important aid that enhances the mobility of people with several types of disabilities. Therefore, there has been considerable research and development on wheelchairs to meet the needs of the disabled. Since the early manual wheelchairs to their more recent electric powered counterparts, advancements have focused on improving autonomy in mobility. Other developments, such as Internet advancements, have developed the concept of the Internet of Things (IoT). This is a promising area that has been studied to enhance the independent operation of the electrical wheelchairs by enabling autonomous navigation and obstacle avoidance. This dissertation describes shortly the design of an autonomous wheelchair of the IPL/IT (Instituto Politécnico de Leiria/Instituto de Telecomunicações) with smart driving features for persons with visual impairments. The objective is to improve the prototype of an intelligent wheelchair. The first prototype of the wheelchair was built to control it by voice, ocular movements, and GPS (Global Positioning System). Furthermore, the IPL/IT wheelchair acquired a remote control feature which could prove useful for persons with low levels of visual impairment. This tele-assistance mode will be helpful to the family of the wheelchair user or, simply, to a health care assistant. Indoor and outdoor positioning systems, with printed directional Wi-Fi antennas, have been deployed to enable a precise location of our wheelchair. The underlying framework for the wheelchair system is the IPL/IT low cost autonomous wheelchair prototype that is based on IoT technology for improved affordability

Minimally Invasive Expeditionary Surgical Care Using Human-Inspired Robots

This technical report serves as an updated collection of subject matter experts on surgical care using human-inspired robotics for human exploration. It is a summary of the Blue Sky Meeting, organized by the Florida Institute for Human and Machine Cognition (IHMC), Pensacola, Florida, and held on October 2-3, 2018. It contains an executive summary, the final report, all of the presentation materials, and an updated reference list