Study of non-linear viscoelastic behavior of the human red blood cell

The non-linear behavior of human erythrocytes subjected to shear stress was analyzed using data series from the Erythrocyte Rheometer and a theoretical model was developed. Linear behavior was eliminated by means of a slot filter and a sixth order Savisky-Golay filter was applied to the resulting time series that allows the elimination of any possible white noise in the data. A fast Fourier transform was performed on the processed data, which resulted in a series of frequency dominant peaks. Results suggest the presence of a non-linear quadratic term in the Kelvin-Voigt phenomenological model. The correlation dimension studied through recurrence quantification analysis gave C2=2.58. Results suggest that the underlying dynamics is the same in each RBC sample corresponding to healthy donors

Characterization of liquid crystals with Miconazole in biphasic systems by polarized microscopy

Los autores desean expresar su agradecimiento al Esp. Farm. Osvaldo Di Sapio y a la Dra. Victoria Rodríguez del Área Farmacobotánica de la Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas (UNR) por su colaboración para la obtención de las imágenes microscópicas.Introducción: las emulsiones son un tipo de preparado farmacéutico muy utilizado en aplicación tópica consistentes en sistemas bifásicos de aceite-agua o agua-aceite, donde el principio activo deseado se incorpora en una de las fases dependiendo de su solubilidad. Diversos estudios demuestran que la estabilidad es mayor en emulsiones con estructuras líquido-cristalinas. El principio activo liposoluble Miconazol, que actúa como antimicótico, se solubiliza en la fase oleosa de la emulsión y en la fracción de la cadena hidrocarbonada de los cristales líquidos. Método: se utilizaron técnicas microscópicas para analizar las características de una emulsión convencional y de otra con cristales líquidos, a las que se les incorporó el principio activo Miconazol. Se determinaron las dimensiones de las gotas de la fase interna y mediante microscopía de polarización se caracterizaron los cristales líquidos. Resultados: el análisis de las imágenes microscópicas permitió determinar que en las formulaciones con cristales líquidos con y sin Miconazol, aproximadamente el 80 % de las gotas tienen dimensiones en el intervalo 0,5µm - 1µm. Las observaciones microscópicas con luz polarizada nos permitieron determinar que los cristales líquidos tienen birrefringencia con la formación de cruces de extinción uniáxicas negativas, las cuales son características de las fases liotrópicas laminares con texturas cónicas focales. Conclusiones: los resultados muestran que el agregado de Miconazol, no interfiere con la formación de la estructura de los cristales líquidos, por lo que estas dependen de los componentes de la formulación y de la técnica de preparación.Introduction: emulsions are a type of pharmaceutical preparation widely used in topical applications consisting of two-phase systems of oil-in-water or water-in-oil, where the desired active ingredient is incorporated into one of the phases depending on its solubility. Several studies show that stability is greater in emulsions with liquid-crystalline structures. The liposoluble active substance Miconazole, which acts as an antifungal agent, is solubilized in the oil phase of the emulsion as well as in the fraction of the hydrocarbon chain in liquid crystals. Method: microscopic techniques were used to analyze the characteristics of both a conventional emulsion and another one containing the liquid crystals. Miconazole was incorporated into both emulsions; drop dimensions in the internal phase were determined and the liquid crystals were characterized by polarization microscopy. Results: through the analysis of the microscopic images of the formulation with liquid crystals with Miconazole and without Miconazole, it was possible to determine that approximately 80% of the drops have dimensions ranging from 0.5µm - 1µm. Microscopic observations with polarized light allowed us to determine that liquid crystals have birefringence with the formation of negative uniaxial extinction crosses, which are characteristic of laminar lyotropic phases with focal conical textures. Conclusions: the results show that the addition of Miconazole does not interfere with the formation of the structure of the liquid crystals. Therefore, the formation of liquid crystals depends both on the components of the formulation and the preparation technique

Physical-mathematical model to predict the kinetic coagulation process by clotting activity of bacterial endopeptidases

A physical-mathematical model was used to evaluate the capability of an enzymatic pool of Bacillus sp. P7 (isolated from Piaractus mesopotamicus) to promote the bovine casein micelles coagulation. Experiments were designed to assess the effects of temperature, pH, and enzyme activity/mass of substrate ratio on the kinetic parameters of the coagulation process and the microstructure of the obtained clots. Descriptive and predictive equations indicate that the temperature and the pH modified these parameters significantly. In optimal conditions, the clot’s mean pore size was 3.6 times smaller using chymosin. On the other hand, rheological measurements evidence a moderate elasticity of clot, which indicates the usefulness of P7 protease preparation as a clotting agent in spreadable or soft cheese manufacture. Also, the hydrolysis products, which are in the whey after casein micelles coagulation, demonstrated antioxidant activities. Equations to model and predict the process kinetics were combined with rheological and microstructure analyses of the obtained clots, and whey bioactivities were evaluated. Nevertheless, the use of P7PP requires further investigation concerning the stability of the enzyme preparation during storage, its performance, and how these variables could be related to the proposed models.Fil: Mancilla Canales, Manuel Arturo. Grupo de Física Biomédica. Instituto de Física Rosario (CONICET-UNR); Argentina.Fil: Riquelme, Bibiana Doris. Grupo de Física Biomédica. Instituto de Física Rosario (CONICET-UNR); Argentina.Fil: Mancilla Canales, Manuel Arturo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; Argentina.Fil: Riquelme, Bibiana Doris. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; Argentina.Fil: Risso, Patricia Hilda. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; Argentina.Fil: Folmer Côrrea, Ana Paula. Universidade Federal de Rio Grande do Sul. Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos; Brasil.Fil: Brandelli, Adriano. Universidade Federal de Rio Grande do Sul. Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos; Brasil.Fil: Risso, Patricia Hilda. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina

Box counting dimension of red blood cells samples when filtered with wavelet transform

Automatic recognizing of different populations of several millions of red blood cells (RBCs) is a useful tool in Hematology and Clinical Diagnosis. In this work we studied samples of several millions of RBCs: on one hand healthy control RBCs and on the other hand control RBCs incubated with Trichinella spiralis larval parasites. The alteration on the cells membrane with the parasite can be studied with box-counting dimension on both samples. Previously we applied wavelet transform to all the samples in order to improve the results. The procedure to remove noise from an image is based on the decomposition of the observed signal in a set of wavelets and taking threshold values to select the appropriate coefficients through which the signal can be reconstructed. In our work we compared the results obtained when analyzing the raw signals and the ones obtained after applying wavelet transform, and the results were different and more clearly characterized when the signal were treated with wavelet transform. Finally, the present method using wavelet transform is suitable to optimize the characterization of the RBCs damage when incubated with the larval parasites.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43Facultad de Ingenierí

New insights into the analysis of red blood cells from leukemia and anemia patients: Nonlinear quantifiers, fractal mathematics, and Wavelet Transform

The alterations of red blood cells (RBCs) membrane in many hematological diseases prevent blood to accomplish its functions, but how these alterations occur is not completely understood. Hence, the development of a simple and accurate methodology for the characterization of different populations of RBCs is necessary for hematology and clinical diagnosis. In this work, we focus on different pathologies that affect the hemorheological properties of human beings blood. The results were obtained by studying healthy individuals, anemia and leukemia patient samples. Data analysis involved the use of non-linear methods, based on two different analytical strategies. On one hand, we used nonlinear mathematical quantifiers (False Nearest Neighbors, Embedding Dimension, May–Sugihara Correlation, and Hurst Exponent) on ektacytometrically recorded time series measuring the elongation of re-suspended RBCs subjected to well-defined shear stress. On the other hand, we developed an analytical methodology to aid in the diagnosis of those pathologies, based on the box-counting dimension from digital images of cells suspensions that were denoised standardly by application of Wavelet Transform. The results allowed preliminary discrimination of different populations studied and a correlation with its membrane damage.Fil: Bortolato, Santiago Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Mancilla Canales, Manuel Arturo. Universidad Nacional de Rosario; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Riquelme, Bibiana Doris. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Raviola, Mariana Paula. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Leguto, Alcides José. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Rebechi, Juan Pablo. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Ponce de León, Patricia Carolina. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Korol, Ana María. Universidad Nacional de Rosario; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

A preliminary study of the effect of anesthetic agents on the rheological parameters of glycated erythrocytes

Este trabajo presenta un estudio preliminar de los efectos de los anestésicos propofol, remifentanilo y bromuro de vecuronio sobre las propiedades reológicas de eritrocitos glicados in vitro, modelizando la glicación por hiperglucemia observada en la diabetes. Se determinaron los parámetros viscoelásticos y de cinética de agregación de los eritrocitos utilizando un reómetro eritrocitario y un agregómetro de chip óptico desarrollados en nuestro laboratorio. Los resultados mostraron alteraciones significativas en la viscosidad superficial de membrana, el módulo elástico y el índice de deformabilidad eritrocitaria para los distintos anestésicos estudiados. También los parámetros de cinética de agregación mostraron diferente tipo de alteraciones por efecto de los anestésicos. Este estudio preliminar sugiere que el uso de estos anestésicos en pacientes diabéticos podría inducir alteraciones hemorreológicas que perturben la microcirculación. Por tal motivo, se recomienda profundizar estas investigaciones a fin de prevenir complicaciones en procedimientos quirúrgicos.This paper presents a preliminary study of the effects of the anesthetics propofol, remifentanil, and vecuronium bromide on the rheological properties of glycated erythrocytes in vitro, modeling the glycation by hyperglycemia observed in diabetes. Viscoelastic and aggregation kinetic parameters of erythrocytes were determined using an erythrocyte rheometer and an optical chip aggregometer developed in our laboratory. The results showed significant alterations in the membrane surface viscosity, the elastic modulus, and the erythrocyte deformability index for the different anesthetics studied. Also, the kinetics aggregation parameters showed different types of alterations due to the effect of anesthetics. This preliminary study suggests that the use of these anesthetics in diabetic patients could induce hemorheological alterations that disturb the microcirculation. For this reason, it is recommended to deepen these investigations to prevent complications in surgical procedures.Fil: Batista Da Silva, Marcus Vinícius. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; ArgentinaFil: Castellini, Horacio Virginio. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: Alet, Nicolás Alberto. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas; Argentina. Hospital de Emergencias Clemente Álvarez; ArgentinaFil: Riquelme, Bibiana Doris. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; ArgentinaFil: Alet, Analía Inés. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentin

Caracterización del comportamiento no lineal de la deformación de glóbulos rojos mediante el uso del exponente de Hurst

La ectacitometría es una técnica que cuantifica la deformabilidad de los glóbulos rojos (GRs) mediante la medición de bioseñales correspondientes a las fluctuaciones de las membranas de eritrocitos sometidas a una tensión de corte estacionaria controlada. La obtención de información relevante sobre el proceso en estudio a partir de este tipo de señales es muchas veces una tarea muy dificultosa, por lo tanto en una amplia mayoría de trabajos relacionados se aplican métodos de comprensión o reducción de la información. En este trabajo se desarrolla un método que trabaja con la bioseñal generada sin tratar, que se asiste de cuantificadores no lineales para estudiar las fluctuaciones de las membranas de los GRs. El método utiliza un sistema óptico patentado (Reómetro Eritrocitario) para evaluar las propiedades viscoelásticas de los GRs. Para analizar la dinámica celular se usa el método de Falsos Vecinos Próximos, el cálculo del coeficiente de correlación de Sugihara y May y el exponente de Hurst. Los resultados muestran diferencias significativas entre muestras de GRs sanas y tratadas con parásitos de Ascaris lumbricoides, lo que sugiere que el ruido aparente asociado con el caos determinista puede utilizarse para caracterizar aspectos biológicos y mecánicos de eritrocitos con diversos tratamientos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 8.Facultad de Ingenierí