Lagged and instantaneous dynamical influences related to brain structural connectivity

Contemporary neuroimaging methods can shed light on the basis of human neural and cognitive specializations, with important implications for neuroscience and medicine. Different MRI acquisitions provide different brain networks at the macroscale; whilst diffusion-weighted MRI (dMRI) provides a structural connectivity (SC) coincident with the bundles of parallel fibers between brain areas, functional MRI (fMRI) accounts for the variations in the blood-oxygenation-level-dependent T2* signal, providing functional connectivity (FC).Understanding the precise relation between FC and SC, that is, between brain dynamics and structure, is still a challenge for neuroscience. To investigate this problem, we acquired data at rest and built the corresponding SC (with matrix elements corresponding to the fiber number between brain areas) to be compared with FC connectivity matrices obtained by 3 different methods: directed dependencies by an exploratory version of structural equation modeling (eSEM), linear correlations (C) and partial correlations (PC). We also considered the possibility of using lagged correlations in time series; so, we compared a lagged version of eSEM and Granger causality (GC). Our results were two-fold: firstly, eSEM performance in correlating with SC was comparable to those obtained from C and PC, but eSEM (not C nor PC) provides information about directionality of the functional interactions. Second, interactions on a time scale much smaller than the sampling time, captured by instantaneous connectivity methods, are much more related to SC than slow directed influences captured by the lagged analysis. Indeed the performance in correlating with SC was much worse for GC and for the lagged version of eSEM. We expect these results to supply further insights to the interplay between SC and functional patterns, an important issue in the study of brain physiology and function.Comment: Accepted and published in Frontiers in Psychology in its current form. 27 pages, 1 table, 5 figures, 2 suppl. figure

Information flow between resting state networks

The resting brain dynamics self-organizes into a finite number of correlated patterns known as resting state networks (RSNs). It is well known that techniques like independent component analysis can separate the brain activity at rest to provide such RSNs, but the specific pattern of interaction between RSNs is not yet fully understood. To this aim, we propose here a novel method to compute the information flow (IF) between different RSNs from resting state magnetic resonance imaging. After haemodynamic response function blind deconvolution of all voxel signals, and under the hypothesis that RSNs define regions of interest, our method first uses principal component analysis to reduce dimensionality in each RSN to next compute IF (estimated here in terms of Transfer Entropy) between the different RSNs by systematically increasing k (the number of principal components used in the calculation). When k = 1, this method is equivalent to computing IF using the average of all voxel activities in each RSN. For k greater than one our method calculates the k-multivariate IF between the different RSNs. We find that the average IF among RSNs is dimension-dependent, increasing from k =1 (i.e., the average voxels activity) up to a maximum occurring at k =5 to finally decay to zero for k greater than 10. This suggests that a small number of components (close to 5) is sufficient to describe the IF pattern between RSNs. Our method - addressing differences in IF between RSNs for any generic data - can be used for group comparison in health or disease. To illustrate this, we have calculated the interRSNs IF in a dataset of Alzheimer's Disease (AD) to find that the most significant differences between AD and controls occurred for k =2, in addition to AD showing increased IF w.r.t. controls.Comment: 47 pages, 5 figures, 4 tables, 3 supplementary figures. Accepted for publication in Brain Connectivity in its current for

Ultrafast Directional Janus Pt-Mesoporous Silica Nanomotors for Smart Drug Delivery

[EN] Development of bioinspired nanomachines with an efficient propulsion and cargo-towing has attracted much attention in the last years due to their potential biosensing, diagnostics, and therapeutics applications. In this context, self-propelled synthetic nanomotors are promising carriers for intelligent and controlled release of therapeutic payloads. However, the implementation of this technology in real biomedical applications is still facing several challenges. Herein, we report the design, synthesis, and characterization of innovative multifunctional gated platinum¿mesoporous silica nanomotors constituted of a propelling element (platinum nanodendrite face), a drug-loaded nanocontainer (mesoporous silica nanoparticle face), and a disulfide-containing oligo(ethylene glycol) chain (S¿S¿PEG) as a gating system. These Janus-type nanomotors present an ultrafast self-propelled motion due to the catalytic decomposition of low concentrations of hydrogen peroxide. Likewise, nanomotors exhibit a directional movement, which drives the engines toward biological targets, THP-1 cancer cells, as demonstrated using a microchip device that mimics penetration from capillary to postcapillary vessels. This fast and directional displacement facilitates the rapid cellular internalization and the on-demand specific release of a cytotoxic drug into the cytosol, due to the reduction of the disulfide bonds of the capping ensemble by intracellular glutathione levels. In the microchip device and in the absence of fuel, nanomotors are neither able to move directionally nor reach cancer cells and deliver their cargo, revealing that the fuel is required to get into inaccessible areas and to enhance nanoparticle internalization and drug release. Our proposed nanosystem shows many of the suitable characteristics for ideal biomedical destined nanomotors, such as rapid autonomous motion, versatility, and stimuli-responsive controlled drug release.The authors want to thank the Spanish Government for RTI2018-100910-B-C41 (MCIU/AEI/FEDER, UE) and CTQ2017-87954-P projects and the Generalitat Valenciana for support by project PROMETEO/2018/024. P.D. thanks the Spanish government for her Juan de la Cierva postdoctoral fellowship. E.L.-S. thanks MINECO for her FPU fellowship. A.E. is also grateful for her Ph.D. grant by the Generalitat Valenciana.Diez-Sánchez, P.; Lucena-Sánchez, E.; Escudero-Noguera, A.; Llopis-Lorente, A.; Villalonga, R.; Martínez-Máñez, R. (2021). Ultrafast Directional Janus Pt-Mesoporous Silica Nanomotors for Smart Drug Delivery. ACS Nano. 15(3):4467-4480. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c084044467448015

Caracterización experimental de la hidroxicombustión de combustibles sólidos pulverizados

Nos enfrentamos, como sociedad, a un gran reto. Un reto relacionado con el modelo energético actual, que ha estado basado, durante muchos años, en los combustibles fósiles. El cambio climático, asociado entre otras a las emisiones de CO2 antropogénico originadas por estos combustibles, está cada vez más presente. Y por ello, urge una transición hacia tecnologías energéticas más limpias, que impliquen menos emisiones. Pese a que ya hay países que han tomado conciencia de la situación, estableciendo medidas para la reducción de emisiones de CO2, como el aumento de uso de energías renovables y el cierre de plantas de potencia de carbón, no se puede obviar que hay muchos otros que todavía dependen del carbón como su fuente de energía principal. El carbón, es uno de los combustibles fósiles más contaminantes, pero también ofrece la posibilidad de obtener energía a bajo coste y de fácil acceso. Esta coyuntura es la que confiere tanto interés a la captura de CO2, que se presenta como una alternativa para obtener una energía limpia a partir de un combustible que se encuentra disponible en la mayor parte del mundo.Una de las tecnologías de captura de CO2 que parecen más prometedoras y con mayor margen de optimización es la oxicombustión. Sin embargo, es una tecnología que todavía no se ha aplicado a nivel industrial ni comercial (TRL – 8 o 9) debido al elevado consumo energético que supone, especialmente, la obtención del O2 y que trae como consecuencia la reducción de la eficiencia en las plantas de potencia. Algunas de las medidas analizadas para mejorar la eficiencia de la oxicombustión están relacionadas con la reducción de la recirculación de los gases de escape. Esta rama de investigación, supone el origen de la hidroxicombustión, que plantea la sustitución de la corriente de gases escape utilizados como diluyentes en la caldera (mayoritariamente CO2), por parte del agua, que ha sido condensada y posteriormente reevaporada, procedente también de la corriente de gases de escape. Esta propuesta abre importantes interrogantes en muchos aspectos. No obstante, se presenta a su vez como una alternativa interesante, ya que se le atribuyen algunas importantes ventajas como: un esquema de la planta más simplificado, la reducción del caudal volumétrico a través de la caldera y de los equipos auxiliares, las mejores transferencias de calor radiativas y convectivas y la eliminación de los gases no condensables en el agua reciclada.Entre los interrogantes mencionados, se encuentran los relativos a los efectos que conlleva esta sustitución del CO2 por vapor de agua en la combustión. En este sentido, con esta tesis, se han tratado de aportar datos que faciliten la comprensión y predicción del comportamiento de la oxicombustión en atmósferas con contenidos de agua superiores a los típicos de recirculación húmeda (por encima del 20 % de H2O). Para ello, se llevaron a cabo pruebas mediante dos sistemas experimentales distintos: una termobalanza y un reactor de flujo arrastrado (EFR).Los experimentos en la termobalanza resultaron especialmente interesantes debido a la posibilidad que ofrecen de analizar porcentajes de vapor de agua muy elevados, de hasta el 70 % vol. y definir así, una primera aproximación de algunos de los efectos que supone su adición en las atmósferas de oxicombustión. Con los análisis termogravimétricos se obtuvo una caracterización del comportamiento de las partículas de tres carbones de distintos rangos (una antracita, una mezcla de carbones subbituminosa y un carbón importado subbituminoso) en pruebas de desvolatilización y pruebas de oxidación directa (18 pruebas en total con cada carbón). Las pruebas de desvolatilización (N2/H2O o CO2/H2O) se llevaron a cabo con contenidos de vapor de agua de entre 0-70 %vol., mientras que las pruebas de oxidación directa se desarrollaron para atmósferas de oxicombustión (20/80 y 30/70 %vol. O2/CO2) en las que se sustituyó CO2 por fracciones del 0, 20, 40 y 70 %vol. de vapor de agua. Mediante estos análisis, se obtuvieron parámetros como la temperatura de onset o de ignición, la temperatura final de reacción, las temperaturas pico, velocidades de reacción y los parámetros cinéticos, estos últimos, con la intención de servir de base para el desarrollo futuro de un modelo cinético. En esta primera parte de la tesis ya se perciben las tendencias opuestas que generan distintas propiedades del vapor de agua, dando lugar a cambios en la evolución de los parámetros conforme aumentan los porcentajes de sustitución de CO2 por vapor.Con la intención de llevar a cabo experimentos en condiciones algo más próximas a las de las calderas de combustible pulverizado (altas velocidades de calentamiento y altas temperaturas de operación), se diseñó y puso en marcha un reactor de flujo arrastrado. La instalación, consiste en un reactor de kanthal APM de 38 mm de diámetro y una altura de 2000 mm; un sistema para la alimentación del combustible constituido por una tolva y un tornillo sin fin; un sistema de alimentación y mezcla de gases y evaporación de agua; y en un sistema de extracción de los gases de combustión y recolección de sólidos. Para la puesta en marcha de la instalación se determinó la altura de la zona de reacción para un tiempo de residencia de las partículas determinado, se calibró el sistema de alimentación para cada uno de los combustibles utilizados, se seleccionó el caudal de quench apropiado para llevar a cabo las pruebas y se caracterizó el perfil de temperatura en el interior del reactor.En el reactor de flujo arrastrado se caracterizaron corrientes de partículas de tres carbones distintos. Dos de los carbones fueron la antracita nacional y la mezcla subbituminosa ya utilizadas en los análisis termo- gravimétricos. Sin embargo, se sustituyó el carbón subbituminoso importado por un carbón bituminoso también importado. Esta sustitución vino motivada por la intención de analizar un carbón de rango intermedio y menos reactivo que el anterior. El contenido de agua en la atmósfera quedó limitado a una fracción máxima del 40 %vol. debido a motivos técnicos relacionados especialmente con la aparición de condensaciones en zonas críticas que ocasionaban bloqueos del combustible. En este reactor, se llevaron a cabo dos tipos de pruebas, pruebas de ignición y pruebas de combustión. Las pruebas de ignición para cada carbón (9 pruebas) se efectuaron bajo: atmósferas de oxicombustión (O2/CO2), con un exceso de oxígeno de 1.25, contenidos en O2 del 21 y 35 %vol., y contenidos del 0, 10, 25 y 40 %vol. de H2O, así como; una atmósfera de aire (21/79 %vol. de O2/N2). Mientras que, las pruebas de combustión (13 para cada carbón) se llevaron a cabo con atmósferas de oxicombustión (O2/CO2) con un exceso de oxígeno de 1.25, tres porcentajes de O2 distintos (21, 30 y 35 %vol.) y fracciones de sustitución del CO2 por H2O de 0, 10, 25 y 40 %vol. También se analizó el efecto independiente del exceso de oxígeno, para excesos de 1.35 y 1.45 mediante algunos ensayos adicionales para las atmósferas secas (6 pruebas con cada carbón). Para la definición de las condiciones de la prueba y el cálculo posterior de los correspondientes índices se realizaron una serie de cálculos, que fueron desarrollados en el software Engineering Equation Solver (EES).Finalmente, entre las opciones que se presentan para llevar a cabo la transición del uso del carbón hacia tecnologías más limpias, se encuentra la sustitución del carbón por biomasa en las centrales térmicas. Esta opción, resulta aún más cautivadora si se combina con tecnologías de captura de CO2 ya que se pueden llegar a obtener emisiones negativas. A medio camino entre el uso de carbón y su sustitución completa por biomasa, se encuentra la cocombustión de carbón y biomasa, que presenta menos dificultades a la hora de implementar el cambio de combustible en las centrales ya existentes. Para finalizar la tesis, en el último capítulo se analiza el efecto del vapor de agua, en concentraciones superiores a las típicas de recirculación húmeda de gases, en condiciones de cocombustión. Con este propósito, se llevaron a cabo pruebas de oxicombustión en el reactor de flujo arrastrado con dos mezclas de combustible: pélets de pino y residuo de poda de vid, mezclados con el carbón bituminoso. Estas pruebas se llevaron a cabo con un exceso de oxígeno de 1.25, para el 21 y 35 % de O2, y sustituyendo el CO2 por contenidos de vapor de agua del 0, 10, 25 y 40 % vol. (13 pruebas para cada una de las mezclas de combustible).Con este trabajo se ha completado la investigación experimental más exhaustiva realizada hasta la fecha, en relación con los trabajos disponibles en bibliografía, de la combustión de combustibles sólidos pulverizados en atmósferas de oxicombustión con altas concentraciones de vapor de agua. Los principales resultados y aportaciones se resumen en el siguiente apartado. <br /

Infarto de miocardio experimental en el ratón

En el presente estudio fue diseñado para la puesta a punto de la técnica quirúrgica de producción de infarto de miocardio en ratón provocado por la ligadura de la arteria coronaria descendente anterior y para analizar ecocardiográficamente el remodelamiento y la función del ventrículo izquierdo secundarios al mismo.Facultad de Ciencias Médica

Producción de hipertrofia ventricular izquierda por constricción de la aorta transversa en ratones

El presente estudio fue diseñado para analizar la viabilidad de un modelo de hipertrofia ventricular izquierda por constricción de la aorta transversa en ratones y, los cambios estructurales y funcionales, secundarios al mismo.Facultad de Ciencias Médica

Group-level progressive alterations in brain connectivity patterns revealed by diffusion-tensor brain networks across severity stages in Alzheimer's disease

Alzheimer’s disease (AD) is a chronically progressive neurodegenerative disease highly correlated to aging. Whether AD originates by targeting a localized brain area and propagates to the rest of the brain across disease-severity progression is a question with an unknown answer. Here, we aim to provide an answer to this question at the group-level by looking at differences in diffusion-tensor brain networks. In particular, making use of data from Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), four different groups were defined (all of them matched by age, sex and education level): G1 (N1 = 36, healthy control subjects, Control), G2 (N2 = 36, early mild cognitive impairment, EMCI), G3 (N3 = 36, late mild cognitive impairment, LMCI) and G4 (N4 = 36, AD). Diffusion-tensor brain networks were compared across three disease stages: stage I (Control vs. EMCI), stage II (Control vs. LMCI) and stage III (Control vs. AD). The group comparison was performed using the multivariate distance matrix regression analysis, a technique that was born in genomics and was recently proposed to handle brain functional networks, but here applied to diffusion-tensor data. The results were threefold: First, no significant differences were found in stage I. Second, significant differences were found in stage II in the connectivity pattern of a subnetwork strongly associated to memory function (including part of the hippocampus, amygdala, entorhinal cortex, fusiform gyrus, inferior and middle temporal gyrus, parahippocampal gyrus and temporal pole). Third, a widespread disconnection across the entire AD brain was found in stage III, affecting more strongly the same memory subnetwork appearing in stage II, plus the other new subnetworks, including the default mode network, medial visual network, frontoparietal regions and striatum. Our results are consistent with a scenario where progressive alterations of connectivity arise as the disease severity increases and provide the brain areas possibly involved in such a degenerative process. Further studies applying the same strategy to longitudinal data are needed to fully confirm this scenario

Prevalence of vertebral fractures and their prognostic significance in the survival in patients with chronic kidney disease stages 3-5 not on dialysis

The prevalence of vertebral fractures (VF) and their association with clinical risk factors and outcomes are poorly documented in chronic kidney disease (CKD) cohorts. The aim of the study was to evaluate the prevalence of VF in patients with non-dialysis dependent CKD (NDD-CKD), their value in predicting mortality and its correlation with parameters of bone mineral metabolism and vascular calcification. 612 NDD 3-5 stage CKD patients participating in the OSERCE-2 study, a prospective, multicenter, cohort study, were prospectively evaluated and categorized into two groups according to presence or absence of VF at enrollment. VF were assessed with lateral radiographs and Genant semi-quantitative method was applied. Three radiologists specialized in musculoskeletal radiology performed consensual reading of individual images obtained using a Raim DICOM Viewer and a Canon EOS 350 camera to measure with Java Image software in those who had traditional acetate X-ray. Factors related to VF were assessed by logistic regression analysis. Association between VF and death over a 3-year follow-up was assessed by Kaplan-Meier survival curves and Cox-proportional hazard models. VF were detected in 110patients(18%). Serumphosphatelevels(OR0.719,95%CI0.532to0.972,p = 0.032),ankle-brachial index 3 and serum phosphate, the presence of VF (HR 1.983, 95% CI 1.009-3.898, p = 0.047) were an independent predictor of all-cause mortality. In our study 18% of patients with NDD-CKD have VF. Factors associated with VF were age, low serum phosphate levels and peripheral vascular disease. The presence of VF was an independent risk factor for mortality in stages 3-5 NDD-CKD patients. Clinical trials are needed to confirm whether this relationship is causal and reversible with treatment for osteoporosis

The Latin American Social Medicine database

BACKGROUND: Public health practitioners and researchers for many years have been attempting to understand more clearly the links between social conditions and the health of populations. Until recently, most public health professionals in English-speaking countries were unaware that their colleagues in Latin America had developed an entire field of inquiry and practice devoted to making these links more clearly understood. The Latin American Social Medicine (LASM) database finally bridges this previous gap. DESCRIPTION: This public health informatics case study describes the key features of a unique information resource intended to improve access to LASM literature and to augment understanding about the social determinants of health. This case study includes both quantitative and qualitative evaluation data. Currently the LASM database at The University of New Mexico brings important information, originally known mostly within professional networks located in Latin American countries to public health professionals worldwide via the Internet. The LASM database uses Spanish, Portuguese, and English language trilingual, structured abstracts to summarize classic and contemporary works. CONCLUSION: This database provides helpful information for public health professionals on the social determinants of health and expands access to LASM

Competencias básicas para la aplicación de la medicina regenerativa en la clínica de pequeños animales

Depto. de Medicina y Cirugía AnimalFac. de VeterinariaFALSEsubmitte