System dynamics modelling in systems biology and applications in pharmacology

El modelado matemático de sistemas biológicos complejos es uno de los temas clave en la Biología de Sistemas y varios métodos computacionales basados ​​en la simulación computarizada han sido aplicados hasta ahora para determinar el comportamiento de los sistemas no lineales. La Dinamica de Sistemas es una metodología de modelado intuitivo basada en el razonamiento cualitativo por el cual un modelo conceptual se puede describir como un conjunto de relaciones de causa y efecto entre las variables de un sistema. A partir de esta estructura, es posible obtener un conjunto de ecuaciones dinámicas que describan cuantitativamente el comportamiento del sistema. Centrándose en los sistemas farmacológicos, el modelado compartimental a menudo se utiliza para resolver un amplio espectro de problemas relacionados con la distribución de materiales en los sistemas vivos en la investigación, el diagnóstico y la terapia en todo el cuerpo, los órganos y los niveles celulares. En este artículo presentamos la metodología de modelado de Dinámica del Sistema y su aplicación al modelado de un modelo compartimental farmacocinético-farmacodinámico del efecto de profundidad anestésica en pacientes sometidos a intervenciones quirúrgicas, derivando un modelo de simulación en el entorno de simulación orientada a objetos OpenModelica. La Dinamica de Sistemas se puede ver como una herramienta educativa poderosa y fácil de usar y en la enseñanza de Biología de Sistemas.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Novel Applications of Optical Diffraction Tomography: On-chip Microscopy and Detection of Invisibility Cloaks

[ES] La tomografía por difracción surge para mejorar las técnicas de imagen al considerar la naturaleza ondulatoria de la luz. Mientras que los primeros sistemas de imagen médica se basaban únicamente en fuentes sin difracción, este enfoque consigue mejorar la reconstrucción del índice de refracción de los objetos, lo que permite, por ejemplo, el estudio de estructuras subcelulares. Del mismo modo, la demanda de redes de telecomunicaciones cada vez más rápidas y seguras ha propiciado la aparición de la fotónica. Hace dos décadas, la combinación de estos dos campos dio lugar a los primeros sistemas de tomografía por difracción óptica (ODT), los cuáles han evolucionado rápidamente durante este siglo. En esta tesis, presentamos dos nuevas aplicaciones de la ODT. La primera está relacionada con el concepto del microscopio tomográfico de fase (TPM), una versión de la ODT que permite el estudio de células aisladas, con muchas aplicaciones biomédicas, como el diagnóstico y la prognosis del cáncer. Sin embargo, los sistemas TPM actuales son caros, pesados y complejos. Para resolver estos problemas, proponemos el concepto de TPM en chip. Con este fin, diseñamos una hoja de ruta hacia el primer dispositivo tomográfico integrado en el marco de la tecnología lab-on-a-chip (LoC), y desarrollamos los primeros pasos para ello: 1) Hasta ahora, sólo se han utilizado detectores planos para obtener los mapas de índice de refracción de los objetos estudiados en TPM, basados en la detección del campo difractado hacia delante. Sin embargo, los principios físicos fundamentales indican que medir también el campo difractado hacia detrás debería mejorar la resolución de las imágenes. Además, un detector plano no es la configuración óptima para el TPM en chip. En esta línea, hemos explorado la posibilidad de usar detectores circulares en este escenario, como una técnica más adecuada para las configuraciones en chip, demostrando al mismo tiempo que este enfoque proporciona una mejor resolución que el lineal. 2) Proponemos un esquema de TPM en chip basado en el uso de nanoantenas dieléctricas como fuente de luz y píxeles detectores ODT, y caracterizamos experimentalmente su comportamiento mediante microscopía óptica de campo cercano. En cuanto a la segunda aplicación, estudiamos el potencial de la ODT como nuevo paradigma en la detección de capas de invisibilidad realistas, una de las aplicaciones más importantes de los metamateriales. Hasta ahora, el scattering cross section (SCS) se ha utilizado como modelo de referencia para diseñar y observar la eficacia de estos dispositivos para ocultar objetos. En nuestro estudio, demostramos que la ODT puede detectar las capas de invisibilidad prácticas con una sensibilidad superior a la que ofrece el SCS, incluso a las frecuencias de trabajo óptimas. Además, es posible obtener una imagen representativa del tamaño y la forma de la capa, revelando claramente su existencia. Finalmente, se discuten las conclusiones extraídas de los resultados obtenidos. Además, se detallan las futuras líneas de trabajo para abordar los retos que no se han completado en esta tesis doctoral.[CA] La tomografia per difracció sorgeix per millorar les tècniques d'imatge anteriors en considerar la naturalesa ondulatòria de la llum. Mentre que els primers sistemes d'imatge mèdica es basaven únicament en fonts sense difracció, aquest enfocament aconsegueix millorar la reconstrucció de l'índex de refracció dels objectes, la qual cosa permet, per exemple, l'estudi d'estructures subcelulars. De la mateixa manera, la demanda de xarxes de telecomunicacions cada vegada més ràpides i segures ha propiciat l'aparició de la fotònica. Fa dues dècades, la combinació d'aquests dos camps va portar als primers sistemes de tomografia per difracció òptica (ODT), els quals han evolucionat ràpidament durant aquest segle. En aquesta tesi, presentem dues noves aplicacions de la ODT. La primera està relacionada amb el concepte del microscopi tomogràfic de fase (TPM), una versió de la ODT que permet l'estudi de cèl·lules aïllades, amb moltes aplicacions en biomedicina, com el diagnòstic i prognosi del càncer. No obstant això, els sistemes TPM actuals són cars, pesats i complexos. Per resoldre aquests problemes, proposem el concepte de TPM en xip. Per fer-ho, dissenyem un full de ruta cap al primer dispositiu tomogràfic integrat en el marc de la tecnologia lab-on-a-chip (LoC), i desenvolupem els primers passos a aquest efecte: 1) Fins ara, només s'han utilitzat detectors plans per a obtindre els mapes d'índex de refracció dels objectes estudiats en TPM, basats en la detecció del camp difractat cap avant. No obstant això, els principis físics fonamentals indiquen que mesurar també el camp difractat cap endarrere hauria de millorar la resolució de les imatges. A més, un detector pla no és la configuració òptima per al TPM en xip. En aquesta línia, hem explorat la possibilitat d'usar detectors circulars en aquest escenari, com una tècnica més adequada per a les configuracions en xip, demostrant al mateix temps que aquest enfocament proporciona una millor resolució que el lineal. 2) Proposem un esquema de TPM en xip basat en l'ús de nanoantenes dielèctriques com a font de llum i píxels detectors ODT, i caracteritzem experimentalment el seu comportament en camp pròxim mitjançant microscòpia òptica de camp pròxim. Pel que fa a la segona aplicació, estudiem el potencial de la ODT com a nou paradigma en la detecció de capes d'invisibilitat realistes, una de les aplicacions més importants dels metamaterials. Fins ara, el scattering cross section (SCS) s'ha utilitzat com a model de referència per a dissenyar i observar l'eficàcia d'aquests dispositius per a ocultar objectes. En el nostre estudi, vam demostrar que la ODT pot detectar les capes d'invisibilitat pràctiques amb una sensibilitat superior a la que ofereix el SCS, fins i tot a les freqüències de treball òptimes. A més, és possible obtindre una imatge representativa de la grandària i la forma de la capa, revelant clarament la seua existència. Finalment, es discuteixen les conclusions extretes dels resultats obtinguts i es detallen les futures línies de treball per a abordar els reptes que no s'han completat en aquesta tesi doctoral.[EN] Diffraction Tomography arises to improve previous imaging techniques by considering the wave nature of light. Whereas the first medical imaging systems relied only on non-diffracting sources, this approach results in an enhanced reconstruction of the object's refractive index distribution, allowing, for example, the study of subcellular structures. Likewise, the demand for increasingly faster and secure telecommunication networks led to the advent of photonics. Two decades ago, the combination of these two fields gave rise to the first optical diffraction tomography (ODT) systems, which have rapidly evolved during this century. In this thesis, we present two novel applications of ODT. The first one is related to the concept of tomographic phase microscopy (TPM), a version of ODT that enables the study of isolated cells, with many applications in biomedicine, such as the diagnosis and prognosis of cancer. Nevertheless, current TPM systems are expensive, heavy, and cumbersome. To solve these issues we propose the concept of on-chip TPM. For this purpose, we design a roadmap towards the first integrated tomographic device in the frame of lab-on-a-chip (LoC) technology and develop the first steps to this end: 1) Until now, only flat detectors have been used to obtain the refractive index maps of the objects studied in TPM, based on the detection of the forward scattering. However, fundamental physical principles indicate that measuring also the backscattered field should improve the resolution of the images. Moreover, a flat detector is not the optimal configuration for on-chip TPM. In this vein, we have explored the possibility of using circular detectors in this scenario as a more suitable technique for on-chip configurations, demonstrating at the same time that this approach provides a better resolution than the linear one. 2) We propose a TPM on-chip scheme based on the use of dielectric nanoantennas as the ODT light source and detector pixels, and experimentally characterize their near-field behavior via scanning near-field optical microscopy. As for the second application, we study the potential of ODT as a new paradigm in the detection of realistic invisibility cloaks, one of the most important applications of metamaterials. Up to now, the scattering cross section (SCS) has been used as the gold standard to design and observe the effectiveness of these devices in hiding objects. In our study, we show that ODT can detect practical invisibility cloaks with a higher sensitivity than that offered by the SCS, even at the optimal working frequencies. Moreover, it is possible to obtain an image depicting the size and shape of the cloak, clearly revealing their existence. Finally, the conclusions drawn from the obtained results are discussed. In addition, future lines of action to address the challenges that have not been completed in this doctoral thesis are detailed.Díaz Fernández, FJ. (2021). Novel Applications of Optical Diffraction Tomography: On-chip Microscopy and Detection of Invisibility Cloaks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180125TESI

Satisfaction with the Care Received and the Childbirth and Puerperium Experience in Christian and Muslim Pregnant Women

Over the last three decades, there has been an increase in the population as a result of the migratory flow due to the arrival of migrants to Spain, including young women of childbearing age and with reproductive capacity. This phenomenon has made childbirth assistance an extremely important priority in recent years. The aim of this study was to assess the satisfaction and experience during childbirth and the postpartum period in pregnant women according to their religion after assistance in a tertiary hospital. A descriptive cross-sectional study was conducted on a sample of 242 women using the validated Spanish version of the Mackey Childbirth Satisfaction Rating Scale (MCSRS) to measure satisfaction with the childbirth experience during the months of January to April 2021. Statistically significant differences were found in the domains of birth satisfaction (p < 0.01), satisfaction with the obstetrician (p < 0.01), and perception of pain during labour (p < 0.01). The Christian group of women scored higher in these three domains as compared to the Muslim group. The rate of breastfeeding at birth was 5.26 times higher among the Muslim group compared to the Christian group (p = 0.02). The experience of childbirth and the puerperium significantly influenced the levels of satisfaction of pregnant women with the process of childbirth in a different way according to the religious culture of the patient

Modelos meteorológicos de alta resolución aplicados a la predicción de ondas de montaña y condiciones de engelamiento para la mejora de la seguridad aérea

Las ondas de montaña son un tipo de ondas de gravedad que se forman a sotavento de los principales sistemas montañosos en determinadas condiciones. La turbulencia y el engelamiento son fenómenos meteorológicos adversos asociados a este tipo de ondas que pueden comprometer a la seguridad aérea. No en vano, la turbulencia asociada a ondas de montaña y el engelamiento han sido citados como la causa de numerosos accidentes de aviación. Actualmente aún existe bastante incertidumbre en el pronóstico de eventos de ondas de montaña, lo que dificulta la anticipación a los mismos. La disponibilidad de datos observacionales directos es el mayor hándicap en el estudio de las ondas de montaña, ya que es muy difícil obtener mediciones fiables en su zona de formación. Consecuentemente, para el estudio de este fenómeno en esta tesis doctoral se ha utilizado la nubosidad asociada a ondas de montaña como método observacional..

In-the-field authentication of grapevine (Vitis vinifera L.) cv: Albariño using chlorotype discrimination and a single SNP interrogation by LAMP

Authentication of grapevine cultivars, Vitis vinifera L., is difficult, especially when analytical specimens lack diagnostic ampelographic characters, which prevents the verification of traceability systems aimed at guaranteeing varietal integrity. This issue is problematic when viticultural strategies and regulations associated with high-value wine-producing geographical areas rely on extensive control and monitoring of valuable cultivars. Varietal identification based on grapevine molecular markers is a standardized methodology that requires a specialised laboratory for its application. In contrast, the use of loop-mediated isothermal amplification (LAMP) allows DNA markers to be characterized quickly and easily, without the need for skilled personnel, allowing implementation in-situ or in-the-field. Simultaneous identification of the chlorotype and the interrogation of a single SNP using a portable device have allowed the first discrimination in-the-field of grafted grapevines, without appreciable ampelographic characters, as belonging to the valuable “Albariño” cultivar. This methodology constitutes a valuable tool for cultivar discrimination and can be efficiently implemented in the traceability of valuable grapevine genetic resources.Xunta de GaliciaMinisterio de Agricultura, Alimentación y Medio AmbienteAgencia Estatal de InvestigaciónMinisterio de Ciencia e InnovaciónFEADER | Ref. 12/32/408/310322/11FEDE

An approximation to household overcrowding: evidence from Ecuador

This paper addresses the household overcrowding problem. To do so, a binary choice model with logit specification is constructed. The cross section data used in the empirical analysis comes from Ecuador which is a developing South American country. Although, household overcrowding has more incidence in developing countries, it also takes place in developed economies. The findings of the research suggest that a set of variables related to the head of the household like his/her gender, age, and level of education affect the probability of being under overcrowding situation in the household. Furthermore, the regime of tenancy under which the household is living in the dwelling also influences the probability of being in overcrowding situation

Funcionabilidad y oferta de limpieza pública en el SAT-T de la provincia de San Martín, 2020

La investigación tuvo como objetivo conocer la relación de la funcionabilidad y oferta de limpieza pública en el SAT-T de la provincia de San Martín, 2020. Tipo de estudio básico, diseño descriptivo correlacional. La población y muestra fue de 21 funcionarios. La técnica empleada fue la encuesta y el cuestionario como instrumento. Entre los resultados destaca la funcionabilidad del SAT-T con un nivel “Regular” con 38%, y la oferta de limpieza pública desde el enfoque de la emergencia sanitaria con nivel “Regular” de 32%; asimismo, existe una relación alta positiva entre la funcionabilidad y oferta de limpieza pública en el SAT-T de la provincia de San Martín, sustentado en un coeficiente de Pearson de 0.959. Asimismo, un coeficiente de determinación de (0.920) explicando que el 92% de la oferta de limpieza pública es influenciado por la funcionabilidad del SAT-T de la provincia de San Martín, 2020

Enhanced production of herpes simplex virus 1 amplicon vectors by gene modification and optimization of packaging cell growth medium

Herpes simplex virus 1 (HSV-1)-derived amplicon vectors are unique in their ability to accommodate large DNA molecules allowing whole genomic loci to be included with all of their regulatory elements. Additional advantages of these amplicons include their minimal toxicity and ability to persist as episomes, with negligible risk of insertional mutagenesis, being particularly well-suited for gene therapy of neurological disorders due to their outstanding ability to deliver genes into neurons and other neural cells. However, extensive gene therapy application has been hindered by difficulties in vector production. This work improved HSV-1 amplicons production by genetic modification of the packaging cell line and optimization of the culture medium. A stably-transfected Vero 2-2 cell line overexpressing the anti-apoptotic Bcl-2 protein was generated, exhibiting an increased resistance to apoptosis, prolonged culture duration, and a significant improvement in viral vector production. Additionally, supplementation of the growth medium with antioxidants, polyamines, amino acids, and reduced glutathione further increased the yield of packaged amplicon vectors. With these modifications, HSV-1 amplicons could be isolated from culture supernatants instead of cell lysates, leading to vector preparations with higher titer and purity and paving the way for generation of stable cell lines that are capable of continuous herpesviral vector productionThis work was supported by grants of the Spanish National Research Plan (SAF 2015–69361-R), Friedreich Ataxia Research Alliance (FARA), FARA Ireland, Spanish FEDAES, GENEFA, and Babel Famil

Different Effects of Low Selenite and Selenium-Nanoparticle Supplementation on Adipose Tissue Function and Insulin Secretion in Adolescent Male Rats

Adolescence is a period of intense growth and endocrine changes, and obesity and insulinresistance processes during this period have lately been rising. Selenium (Se) homeostasis is related to lipid metabolism depending on the form and dose of Se. This study tests the actions of low-dose selenite and Se nanoparticles (SeNPs) on white (WAT) and brown adipose tissue (BAT) deposition, insulin secretion, and GPx1, IRS-1 and FOXO3a expression in the WAT of adolescent rats as regards oxidative stress, adipocyte length and adipokine secretion. Four groups of male adolescent rats were treated: control (C), low selenite supplementation (S), low SeNP supplementation (NS) and moderate SeNP supplementation (NSS). Supplementation was received orally through water intake; NS and NSS rats received two- and tenfold more Se than C animals, respectively. SeNPs were obtained by reducing Se tetrachloride in the presence of ascorbic acid. For the first time in vivo, it was demonstrated that low selenite supplementation contributed to increased adipogenesis via the insulin signaling pathway and LCN2 modulation, while low SeNP administration prevented fat depots inWAT via the decrease in insulin signaling and FOXO3a autophagy inWAT, lowering inflammation. These effects were independent of GPx1 expression or activity in WAT. These findings provide data for dietary approaches to prevent obesity and/or anorexia during adolescence. These findings may be relevant to future studies looking at a nutritional approach aimed at pre-venting obesity and/or anorexia in adolescence.Junta de AndaluciaFEDER projects funds US-1380878Spanish Government PID2019-109371GB-I00VII Plan Propio de Investigacion y Transferencia-University of Seville 2022 2022/00000332 2022/0000027