Impact of uncertainties in cardiac mechanics simulations

Modeling the mechanics of the heart have led to considerable insights, but it still representes a complex and demanding computational problem, especially in a strongly coupled electromechanical setting. Passive cardiac tissue is commonly modeled as a hyperelastic, near-incompressible and orthotropic material, which are properties very challenging for the numerical solution of the model. In particular, near-incompressibility is known to cause numerical issues. In this work, some improvements were done in a cardiac mechanics simulator in order to be more efficient in the treatment of these numerical issues. With the improved solver for cardiac mechanics, it was possible to run problems with higher computational cost, such as sensitivity and uncertainty quantification analyses. This type of analysis has been a topic of scientific interest to assess the possibility of translating patient-specific simulations to clinical applications. However, personalized simulations are still challenging problems, because of the wide biological variability among patients, the uncertainties in experimental measurements and in the geometric representation of the heart. Due to these uncertainties in model inputs, it is difficult to define a reliable model that can be translated to clinical applications. Recent studies have focused on quantifying uncertainties for cardiac models in order to investigate how they can influence simulation results and, consequently, how we can make the models more reliable. Then, the present work also quantifies how uncertainties in the geometry can impact in quantities of interest from cardiac mechanics. The polynomial chaos approach was used to quantify uncertainties in geometries of the left ventricle during cardiac mechanics simulations. Initially, we performed some studies using simplified geometries during ventricular filling phase simulations and, after, we quantify uncertainties in more realistic geometries during the full cardiac cycle.A modelagem da mecânica cardíaca tem levado a descobertas interessantes, porém este continua sendo um problema complexo e de alta demanda computacional, especialmente em modelos eletromecânicos fortemente acoplados. O tecido cardíaco é geralmente considerado como um material hiperelástico, quase incompressível e ortotrópico, fatores que dificultam a solução numérica do modelo. Neste trabalho, melhorias foram realizadas em um simulador da mecânica cardíaca para tratar tais problemas numéricos de forma mais eficiente. Com este simulador mais eficiente foi possível tratar problemas que demandam de um maior esfoço computacional, como as análises de sensibilidade e quantificação de incertezas, onde várias simulações precisam ser realizadas. Este tipo de análise tem sido tópico de interesse científico para avaliar a possibilidade de usar simulações personalizadas por paciente em aplicações clínicas. Porém, estas simulações ainda são problemas desafiadores, por causa da grande variabilidade biológica entre pacientes e das incertezas em medidas experimentais e em representações geométricas do coração. Devido a estas incertezas em entradas do modelo, é difícil definir um modelo confiável que possa ser usado em aplicações clínicas. Estudos recentes têm se voltado à investigação de como estas incertezas podem influenciar no resultado de simulações e, consequentemente, descobrir como tornar os modelos mais confiáveis. Então, o presente trabalho quantifica incertezas nas geometrias usadas nas simulações para investigar como quantidades de interesse da mecânica cardíaca podem ser afetadas. A abordagem do polinômio caos é utilizada para a quantificação de incertezas em geometrias do ventrículo esquerdo submetidas a simulações da mecânica cardíaca. Inicialmente, as análises foram realizadas usando geometrias simplificadas em simulações da fase de preenchimento ventricular e, posteriormente, análises de quantificação de incertezas em geometrias mais realísticas submetidas a simulações do ciclo cardíaco completo são realizadas.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

O impacto da sinalização astrocítica nos efeitos terapêuticos do secretoma de células mesenquimais estaminais no sistema nervoso central

The central nervous system (CNS) has a limited auto-regeneration capacity, which makes it challenging for the development of new therapies. Previous studies from our lab have demonstrated the applicability of mesenchymal stem cells (MSCs) as a possible therapeutic too for CNS, in which their secretome (e.g. the secretion of trophic factors and vesicles) has been described as the most probable mechanism of their therapeutic action, due to its ability to stimulate/modulate neurogenesis. Glial cells as astrocytes are important players in neural activity and in the modulation of neurotransmission, thereby being crucial elements in neurogenesis. Thus, in the present project, we aimed to evaluate the impact of astrocytes on the effects promoted by the application of MSCs secretome as a therapeutic tool for the modulation and generation of new neurons. For this, MSCs secretome was injected into the dentate gyrus (DG) of the hippocampus of a transgenic animal model (with the SNARE complex blocked) without astrocytic transmission, and therefore with their function partially depleted. Additionally, morphological features of astrocytes were assessed. As controls wild type Black 6 mice, in which the astrocytic function has not been depleted were used. One week after secretome treatment, animals were sacrificed, and brains collected for molecular and histological analysis. Pre-frontal cortex tissue was used to perform a transgene analysis in order to divide the experimental groups in wild type (Wt), Snare high and Snare low (animals presenting different patterns of gene expression). Brains were immuno-stained for GFAP and Ki-67 and assessed under a confocal microscope for proliferations levels at the SGZ of the hippocampus, at the hilus, for counting of radial glial cells at the SGZ and for GFAP+ densities at the DG. Confocal images were also employed for morphological analysis. Results demonstrated increased levels of proliferation for Wt and Snare high animals at the SGZ when compared to Snare low when treated with secretome, furthermore, secretome increased levels of proliferating radial glial cell in Snare high animals. Morphological assessments revealed increased process hypertrophy and complexity in snare animals treated with secretome. The results could be attributed to trophic factors present in the secretome, previously shown to increase proliferation at the DG and also to alter astrocyte morphology. The impact of transgene expression is harder to explain, nevertheless, impaired exocytosis from astrocytes could have implications for the response to a proliferative stimulus given the established autocrine signaling trough this mechanism.A capacidade de regenereação do sistema nervoso (SNC) central é limitada, gerando um desafio para a produção de novas terapias. Estudos recentes do nosso laboratório evidenciaram um potencial interessante para a aplicação de células estaminais mesenquimatosas (MSC) como um potencial agente terapêutico para o SNC no qual o seu secretoma (secreção de fatores tróficos e vesiculas) tem sido descrito como o principal mecanismo de ação, capaz de estimular neurogénese e a sobrevivência de células gliais. Neste contexto, astrócitos tem grande importância na homeostase do SNC modulando importantes funcões como neurotransmissão, fluxo sanguíneo e neurogénesis. Portanto, este projeto teve o objetivo de investigar o papel dos astroócitos nos efeitos modulatórios promovidos pelo secretoma de MSC’s nomeadamente nos seus níveis de proliferação e nas densidades gliais. Para isso, foi utilizado um modelo animal transgénico que possui o complexo SNARE bloqueado, reduzindo desta forma a transmissão astrocítica. Adicionalmente, a morfologia destes astrócitos foi estudada. Como controlos, foram usados murganhos C57BL/6. Uma semana após a injeção com o secretoma, procedeu-se a avaliações histológicas, os tecidos foram marcados para Ki-67 e GFAP e contramarcados para DAPI. O secretoma apresentou um papel estimulatório sob os níveis de proliferação evidenicados pelo maior número de células positivas para Ki-67 na zona sub-granular do hipocampo nos animais wild type e nos SNARE high, sendo a transmissão astrocitica importante para tal processo tendo em vista que, em comparação com animais SNARE low, os níveis de proliferação foram reduzidos, adicionalmente, o secretoma elevou a proliferação de celulas gliais radiais (RGC) apenas nos animais Snare High, mostrando um possível efeito compansatório sob a redução da transmissão glial. Adicionalmente, os animais tratados com secretoma que possuiam expressão do transgene, apresentaram morfologia hipertrófica e mais complexa quando comparados com animais wild type. Os resultados encontrados devem ser considerados com parcimónia pela natureza exploratória do presente estudo, vale a pena reasaltar que é a primeira vez que este tipo de abordagns experimentais e análises é desenvolvido neste modelo animal

Ruínas de Kassel: colapso e recuperação na escrita de Enrique VilaMatas

IX Congresso Brasileiro de Hispanistas realizado nos dias 22 a 25 agosto 2016É primeira vista, a ruína é como um alienígena, cercada pela crueldade do presente, por uma expectativa descabida do futuro e pela melancolia constante que atravessa toda enunciação antes impossível de ser contemplada. Ao analisar essa estranha imagem do passado em obras contemporâneas, nos aproximamos do grito que ecoa, sem cessar, pelo vórtice do tempo: algo ainda indecifrável, porém, fundamental para suportamos o tal do mundo, essa entidade com a qual tentamos sempre estabelecer diálogos possíveis. Neste artigo, para entender tal processo, investigamos as ruínas da obra "Kassel não convida à lógica", assinada pelo escritor catalão Enrique VilaMatas – um dos maiores nomes da literatura contemporânea de língua espanhola. Ao longo desse romanceensaio, VilaMatas disserta sobre a sua experiência na Documenta 13, importante evento de arte contemporânea na Europa. Em sua escrita, encontramse formas de articular percepções nas quais o passado é apenas um motivo para reconfigurar os propósitos que envolvem a literatura e a arteUNILA­-UNIOEST

Multiscale modeling of the methanol synthesis: from surface reaction kinetics to techno-economic analysis

Eine der größten Herausforderungen des zukünftigen Energiesystems ist die effiziente und dezentrale Produktion von chemischen Energieträgern mit geringem CO2-Fußabdruck. In diesem Sinne könnte die Umwandlung von erneuerbarem H2/CO/CO2 in Methanol ein wichtiger Zwischenschritt sein, da Methanol ein geeignetes Energiespeichermedium und ein Edukt für eine Vielzahl von Mehrwertchemikalien und flüssigen Kraftstoffen ist. Eine genaue mathematische Beschreibung der Reaktionskinetik ist die Grundlage für die Prozessoptimierung und den Entwurf neuer Anlagen und trägt zusätzlich zur Entwicklung aktiverer katalytischer Systeme bei. Das Hauptziel dieser Arbeit war es daher, das mechanistische Verständnis der Methanolsynthese an Katalysatoren auf Cu/Zn-Basis unter Berücksichtigung des Zusammenspiels zwischen dem Katalysator und den verwendeten Prozessparametern zu verbessern. Um dies zu erreichen, wurden drei Zwischenziele vorgeschlagen und umgesetzt. Das erste Zwischenziel war die Entwicklung und experimentelle Validierung eines detaillierten mikrokinetischen Modells der Methanolsynthese an Cu/Zn-basierten Katalysatoren auf der Grundlage von ab initio Dichtefunktionaltheorie (DFT) Berechnungen aus der Literatur. Dabei wurden die CO-Hydrierung, die CO2-Hydrierung und die Wassergas-Shift-Reaktion berücksichtigt. Auch die Cu/Zn-Synergie in der Katalysatormatrix wird in Betracht gezogen. Mit dem validierten Modell (mit eigenen Experimenten und Literaturdaten) wurden Erkenntnisse über die bevorzugten Reaktionswege (mittels Reaktionsflussanalyse) und die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte (mittels Sensitivitätsanalyse) gewonnen. Das zweite Zwischenziel war die Entwicklung und experimentelle Validierung eines formalen kinetischen Modells, das aus dem mikrokinetischen Modell abgeleitet wurde, um den Rechenaufwand für die Durchführung von Simulationen erheblich zu verringern. Verschiedene Ansätze führten zu drei kinetischen Modellen, von denen das Modell-6p das beste war (6p → 6 angepasste Parameter). Bei diesem Ansatz wurden wichtige Erkenntnisse aus dem mikrokinetischen Modell verwendet, wie der bevorzugte Reaktionsmechanismus, die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte und die vorherrschenden adsorbierten Zwischenprodukte. Die direkte CO-Hydrierung wird vernachlässigt und sechs zusammengefasste Parameter wurden an die experimentellen Daten angepasst. Das daraus resultierende Modell-6p eignet sich für modellbasierte Anwendungen, einschließlich Scale-up von Prozessen, Prozessoptimierung und detaillierte Reaktorsimulationen mit Computational Fluid Dynamics (CFD). Das dritte Zwischenziel war die Anwendung des vorgeschlagenen formalen kinetischen Modells in einer detaillierten Simulation einer Methanolanlage aus erneuerbaren H2/CO2, einschließlich Wärmeintegration und Optimierung der Prozessparameter zur Minimierung des Reaktantenverbrauchs. Das Potenzial der Einbeziehung von Zwischenkondensationsschritten zur Verbesserung des Gesamtprozesses wurde untersucht und mittels Prozess- und techno-ökonomischer Analysen mit einem konventionellen Ansatz verglichen. In dieser Arbeit wird ein schrittweiser Prozess von der detaillierten Oberflächenkinetik bis zur angewandten Reaktionstechnik vorgestellt, der Theorie und Anwendung auf systematische Weise miteinander verbindet. Daher trägt diese Arbeit nicht nur zum Verständnis der Kinetik der Methanolsynthese bei, sondern bietet auch umfassende Unterstützung für analoge künftige Projekte (z. B. die Produktion höherer Kohlenwasserstoffe)

On urban (in)visibilities

UID/SOC/04647/2013 IF/01592/2015authorsversionpublishe