Panoramic snapshot of serum soluble mediator interplay in pregnant women with convalescent COVID-19: an exploratory study

IntroductionSARS-CoV-2 infection during pregnancy can induce changes in the maternal immune response, with effects on pregnancy outcome and offspring. This is a cross-sectional observational study designed to characterize the immunological status of pregnant women with convalescent COVID-19 at distinct pregnancy trimesters. The study focused on providing a clear snapshot of the interplay among serum soluble mediators.MethodsA sample of 141 pregnant women from all prenatal periods (1st, 2nd and 3rd trimesters) comprised patients with convalescent SARS-CoV-2 infection at 3-20 weeks after symptoms onset (COVID, n=89) and a control group of pre-pandemic non-infected pregnant women (HC, n=52). Chemokine, pro-inflammatory/regulatory cytokine and growth factor levels were quantified by a high-throughput microbeads array.ResultsIn the HC group, most serum soluble mediators progressively decreased towards the 2nd and 3rd trimesters of pregnancy, while higher chemokine, cytokine and growth factor levels were observed in the COVID patient group. Serum soluble mediator signatures and heatmap analysis pointed out that the major increase observed in the COVID group related to pro-inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α, IL-12, IFN-γ and IL-17). A larger set of biomarkers displayed an increased COVID/HC ratio towards the 2nd (3x increase) and the 3rd (3x to 15x increase) trimesters. Integrative network analysis demonstrated that HC pregnancy evolves with decreasing connectivity between pairs of serum soluble mediators towards the 3rd trimester. Although the COVID group exhibited a similar profile, the number of connections was remarkably lower throughout the pregnancy. Meanwhile, IL-1Ra, IL-10 and GM-CSF presented a preserved number of correlations (≥5 strong correlations in HC and COVID), IL-17, FGF-basic and VEGF lost connectivity throughout the pregnancy. IL-6 and CXCL8 were included in a set of acquired attributes, named COVID-selective (≥5 strong correlations in COVID and <5 in HC) observed at the 3rd pregnancy trimester.Discussion and conclusionFrom an overall perspective, a pronounced increase in serum levels of soluble mediators with decreased network interplay between them demonstrated an imbalanced immune response in convalescent COVID-19 infection during pregnancy that may contribute to the management of, or indeed recovery from, late complications in the post-symptomatic phase of the SARS-CoV-2 infection in pregnant women

Coherent optical CDMA systems based on spectral phase coding

Este trabalho faz uma extensa e detalhada análise de sistemas ópticos coerentes baseados na tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código, com ênfase naqueles em que o processo de codificação do sinal óptico é realizado por meio de deslocamentos de fase no domínio espectral (SPECTS-OCDMA). Apesar de ser um estudo numérico, esforços são concentrados na tentativa de aproximar estes cenários simulados aos cenários mais realistas, implementados em laboratórios. Nesse contexto, levando em consideração o impacto dos efeitos dispersivos e nãolineares da fibra óptica em sistemas SPECTS-OCDMA, são modelados diversos dispositivos que constituem o sistema de recepção do sinal óptico (nonlinear optical loop mirror e nonlinear thresholder), e mostradas suas influências no desempenho do sistema. Isso permite identificar o exato grau de interferência que cada código de uma determinada família de códigos causa nos outros códigos da mesma família. Esta análise é diferente de tudo previamente reportado para os sistemas OCDMA, porque até então sempre se supôs que todos os códigos de uma mesma família têm o mesmo desempenho. Também é demonstrado que uma escolha ótima do conjunto de códigos reduz consideravelmente a taxa de erro de bit (BER). Os conjuntos ótimos de códigos são obtidos em termos do padrão de interferência causado por todos os códigos no usuário de interesse. Isso permite mostrar que o uso de conjuntos ótimos de códigos não só melhora o desempenho geral do sistema em termos de BER, mas também elimina a quebra de ortogonalidade (nunca levada em consideração em análises anteriores de sistemas OCDMA) devido à diafonia (crosstalk). Este aspecto também é resolvido com detalhes neste trabalho uma vez que ele compromete seriamente a segurança do sistema contra espiões (intencionais e não intencionais). Ainda visando a modelagem de dispositivos voltados para sistemas ópticos coerentes, também foi investigado neste trabalho a evolução de pulsos ultracurtos e de alta potência (com fase modulada no domínio espectral) em fibras altamente não-lineares. Esse fenômeno conhecido por geração de luz supercontínua é caracterizado por um forte alargamento espectral induzido por efeitos não-lineares no meio óptico, e que encontra uma grande variedade de aplicações, como tomografia por coerência óptica, espectroscopia e metrologia de frequência. Entretanto, o ajuste do espectro obtido após a propagação para uma dessas aplicações requer uma escolha correta da fibra óptica e da fonte de pulsos ultracurtos utilizados. Uma vez que esses parâmetros estão definidos, fica muito difícil conseguir um ajuste fino do espectro obtido. Dessa forma, a vantagem da utilização de pulsos modulados é a possibilidade de se realizar uma sintonia fina do espectro obtido para uma aplicação desejada. Além disso, essa técnica permite a geração de pentes de frequências ópticos (optical frequency combs) sintonizáveis.In this work we perform a comprehensive analysis of a spectral phase-encoded time spreading optical code division multiple access (SPECTS-OCDMA) system. Despite being a numerical study, efforts were concentrated on the investigation of more realistic scenarios using as much information as possible from implemented test-beds in laboratories. In this context, after take into account the impact of dispersive and nonlinear effects of optical fiber in SPECTS-OCDMA systems, some devices of the optical signal reception subsystem are modeled (nonlinear optical loop mirror and nonlinear thresholder), and their influences on system performance are shown. This allowed for the first time in the OCDMA literature the identification of the exact degree of interference that each code of a particular family of codes causes on other codes of the same family. This analysis considerably advances the common sense adopted in the literature in which all codes of the same family perform equally. It is demonstrated that an adequate (optimal) choice of codes can reduce considerably the bit error rate (BER). The optimal code-sets are obtained in terms of the interference pattern caused by every code on the code of interest. Furthermore, it is shown that the use of optimal code-sets not only improves the overall system performance in terms of BER, but also eliminates the orthogonality failure (never accounted for in previous OCDMA analysis) due to crosstalk. This issue is also addressed in details in this work since it seriously compromises the security of the system against (intentional or unintentional) eavesdroppers. Still aiming at modeling devices for coherent optical systems, it is investigated the evolution of ultrashort high-power pulses (spectrally phase modulated) in high nonlinear fibers. This phenomenon known as supercontinuum generation is characterized by strong spectral broadening induced by nonlinear effects in optical medium, and finds a wide range of applications such as optical coherence tomography, spectroscopy and frequency metrology. However, tailoring the supercontinuum (SC) spectra to a specific application requires the correct choice of the optical fiber and the ultrashort pulse source. Once these parameters are defined, it becomes very difficult to achieve a fine tune of the generated spectra. Therefore, an alternative is to phase modulate the input pulse to adjust the generated spectra to a specific application. Also, we show that this technique allow us to generate tunable optical frequency combs simply by adjusting the modulation parameters

Coherent optical CDMA systems based on spectral phase coding

Este trabalho faz uma extensa e detalhada análise de sistemas ópticos coerentes baseados na tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código, com ênfase naqueles em que o processo de codificação do sinal óptico é realizado por meio de deslocamentos de fase no domínio espectral (SPECTS-OCDMA). Apesar de ser um estudo numérico, esforços são concentrados na tentativa de aproximar estes cenários simulados aos cenários mais realistas, implementados em laboratórios. Nesse contexto, levando em consideração o impacto dos efeitos dispersivos e nãolineares da fibra óptica em sistemas SPECTS-OCDMA, são modelados diversos dispositivos que constituem o sistema de recepção do sinal óptico (nonlinear optical loop mirror e nonlinear thresholder), e mostradas suas influências no desempenho do sistema. Isso permite identificar o exato grau de interferência que cada código de uma determinada família de códigos causa nos outros códigos da mesma família. Esta análise é diferente de tudo previamente reportado para os sistemas OCDMA, porque até então sempre se supôs que todos os códigos de uma mesma família têm o mesmo desempenho. Também é demonstrado que uma escolha ótima do conjunto de códigos reduz consideravelmente a taxa de erro de bit (BER). Os conjuntos ótimos de códigos são obtidos em termos do padrão de interferência causado por todos os códigos no usuário de interesse. Isso permite mostrar que o uso de conjuntos ótimos de códigos não só melhora o desempenho geral do sistema em termos de BER, mas também elimina a quebra de ortogonalidade (nunca levada em consideração em análises anteriores de sistemas OCDMA) devido à diafonia (crosstalk). Este aspecto também é resolvido com detalhes neste trabalho uma vez que ele compromete seriamente a segurança do sistema contra espiões (intencionais e não intencionais). Ainda visando a modelagem de dispositivos voltados para sistemas ópticos coerentes, também foi investigado neste trabalho a evolução de pulsos ultracurtos e de alta potência (com fase modulada no domínio espectral) em fibras altamente não-lineares. Esse fenômeno conhecido por geração de luz supercontínua é caracterizado por um forte alargamento espectral induzido por efeitos não-lineares no meio óptico, e que encontra uma grande variedade de aplicações, como tomografia por coerência óptica, espectroscopia e metrologia de frequência. Entretanto, o ajuste do espectro obtido após a propagação para uma dessas aplicações requer uma escolha correta da fibra óptica e da fonte de pulsos ultracurtos utilizados. Uma vez que esses parâmetros estão definidos, fica muito difícil conseguir um ajuste fino do espectro obtido. Dessa forma, a vantagem da utilização de pulsos modulados é a possibilidade de se realizar uma sintonia fina do espectro obtido para uma aplicação desejada. Além disso, essa técnica permite a geração de pentes de frequências ópticos (optical frequency combs) sintonizáveis.In this work we perform a comprehensive analysis of a spectral phase-encoded time spreading optical code division multiple access (SPECTS-OCDMA) system. Despite being a numerical study, efforts were concentrated on the investigation of more realistic scenarios using as much information as possible from implemented test-beds in laboratories. In this context, after take into account the impact of dispersive and nonlinear effects of optical fiber in SPECTS-OCDMA systems, some devices of the optical signal reception subsystem are modeled (nonlinear optical loop mirror and nonlinear thresholder), and their influences on system performance are shown. This allowed for the first time in the OCDMA literature the identification of the exact degree of interference that each code of a particular family of codes causes on other codes of the same family. This analysis considerably advances the common sense adopted in the literature in which all codes of the same family perform equally. It is demonstrated that an adequate (optimal) choice of codes can reduce considerably the bit error rate (BER). The optimal code-sets are obtained in terms of the interference pattern caused by every code on the code of interest. Furthermore, it is shown that the use of optimal code-sets not only improves the overall system performance in terms of BER, but also eliminates the orthogonality failure (never accounted for in previous OCDMA analysis) due to crosstalk. This issue is also addressed in details in this work since it seriously compromises the security of the system against (intentional or unintentional) eavesdroppers. Still aiming at modeling devices for coherent optical systems, it is investigated the evolution of ultrashort high-power pulses (spectrally phase modulated) in high nonlinear fibers. This phenomenon known as supercontinuum generation is characterized by strong spectral broadening induced by nonlinear effects in optical medium, and finds a wide range of applications such as optical coherence tomography, spectroscopy and frequency metrology. However, tailoring the supercontinuum (SC) spectra to a specific application requires the correct choice of the optical fiber and the ultrashort pulse source. Once these parameters are defined, it becomes very difficult to achieve a fine tune of the generated spectra. Therefore, an alternative is to phase modulate the input pulse to adjust the generated spectra to a specific application. Also, we show that this technique allow us to generate tunable optical frequency combs simply by adjusting the modulation parameters

Optimal Code Set Selection and Security Issues in Spectral Phase-Encoded Time Spreading (SPECTS) OCDMA Systems

In this paper, we perform a thorough analysis of a spectral phase-encoded time spreading optical code division multiple access (SPECTS-OCDMA) system based on Walsh-Hadamard (W-H) codes aiming not only at finding optimal code-set selections but also at assessing its loss of security due to crosstalk. We prove that an inadequate choice of codes can make the crosstalk between active users to become large enough so as to cause the data from the user of interest to be detected by other user. The proposed algorithm for code optimization targets code sets that produce minimum bit error rate (BER) among all codes for a specific number of simultaneous users. This methodology allows us to find optimal code sets for any OCDMA system, regardless the code family used and the number of active users. This procedure is crucial for circumventing the unexpected lack of security due to crosstalk. We also show that a SPECTS-OCDMA system based on W-H 32(64) fundamentally limits the number of simultaneous users to 4(8) with no security violation due to crosstalk. More importantly, we prove that only a small fraction of the available code sets is actually immune to crosstalk with acceptable BER (<10(-9)) i.e., approximately 0.5% for W-H 32 with four simultaneous users, and about 1 x 10(-4)% for W-H 64 with eight simultaneous users.FAPESPFAPESPCAPESCAPESCNPqCNP

Serotype-associated immune response and network immunoclusters in children and adults during acute Dengue virus infection

Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.U.S. Food and Drug Administration. Center for Biologics Evaluation and Research. Office of Blood Research and Review. Silver Spring, MD, USA.U.S. Food and Drug Administration. Center for Biologics Evaluation and Research. Office of Blood Research and Review. Silver Spring, MD, USA.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Ciências Biológicas. Departamento de Microbiologia. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil / Universidade Federal de Minas Gerais. Faculdade de Medicina. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Laboratório de Vírus Respiratórios e Sarampo. Rio de Janeiro, RJ, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado. Manaus, AM, Brazil / Universidade Federal do Amazonas. Manaus, AM, Brazil.Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado. Manaus, AM, Brazil.Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado. Manaus, AM, Brazil.Universidade Federal do Amazonas. Manaus, AM, Brazil.Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado. Manaus, AM, Brazil / Universidade Federal do Amazonas. Manaus, AM, Brazil / Fundação Hospitalar de Hematologia e Hemoterapia do Amazonas. Manaus, AM, Brazil.Universidade Federal de Uberlândia. Rede Multidisciplinar de Pesquisa, Ciência e Tecnologia. Laboratório de Bioinformática e Análises Moleculares. Campus Patos de Minas, MG, Brazil / Universidade Federal de Uberlândia. Faculdade de Engenharia Elétrica. Laboratório de Tecnologias Urbanas e Rurais. Campus Patos de Minas, MG, Brazil.Universidade Federal de Uberlândia. Rede Multidisciplinar de Pesquisa, Ciência e Tecnologia. Laboratório de Bioinformática e Análises Moleculares. Campus Patos de Minas, MG, Brazil / Universidade Federal de Uberlândia. Faculdade de Engenharia Elétrica. Laboratório de Tecnologias Urbanas e Rurais. Campus Patos de Minas, MG, Brazil.Universidade Federal de Uberlândia. Rede Multidisciplinar de Pesquisa, Ciência e Tecnologia. Laboratório de Bioinformática e Análises Moleculares. Campus Patos de Minas, MG, Brazil / Universidade Federal de Uberlândia. Faculdade de Engenharia Elétrica. Laboratório de Tecnologias Urbanas e Rurais. Campus Patos de Minas, MG, Brazil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Ciências Biológicas. Departamento de Bioquímica e Imunologia. Belo Horizonte, MG, Brazil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil / Universidade do Estado do Pará. Centro de Ciências Biológicas e da Saúde. Departamento de Patologia. Belém, PA, Brazil.Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado. Manaus, AM, Brazil / Universidade Federal do Amazonas. Manaus, AM, Brazil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde e Ambiente. Instituto Evandro Chagas. Ananindeua, PA, Brasil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brazil.The present study was designed as an exploratory investigation to characterize the overall profile of chemokines, growth factors, and pro-inflammatory/regulatory cytokines during acute DENV infection according to DENV-1, DENV-2, DENV-4 serotypes and age: children: 3x), except PDGF in which no fold change was observed. Moreover, despite the age ranges, DENV-1 and DENV-4 presented increased levels of VEGF, IL-6, and TNF-α in serum but decreased levels of PDGF, while DENV-2 exhibited increased levels of CXCL8, CCL4, and IL-12. Noteworthy was that DENV-2 showed increased levels of IL-12, IL-15, IL-17, IL-4, IL-9, and IL-13, and maintained an unaltered levels of PDGF at younger ages (<1–10 yo and 11–20 yo), whereas in older ages (21–40 yo and 41–75 yo), the results showed increased levels of CCL2, IL-6, and TNF-α, but lower levels of PDGF. In general, DENV infection at younger age groups exhibited more complex network immunoclusters as compared to older age groups. Multivariate analysis revealed a clustering of DENV cases according to age for a set of soluble mediators especially in subjects infected with DENV-2 serotype. Altogether, our findings demonstrate that the profile of circulating soluble mediators differs substantially in acute DENV according to age and DENV serotypes suggesting the participation of serotype-associated immune response, which may represent a potential target for development of therapeutics and could be used to assist medical directive for precise clinical management of severe cases