Violet-blue light and streptococcus mutans biofilm-induced carious lesions

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)Dental caries is a continuum of disease process. Early carious lesions are reversible and preventable. The primary etiological factor of dental caries is oral biofilm also known as dental plaque. It is an aggregate of oral bacteria, and one of the principal cariogenic bacteria is a facultative anaerobic microbe, Streptococcus mutans, which is indispensable for the initiation of caries. Management of prevention of carious lesions at the microbial level begins with reducing, eliminating and inhibiting the attachment of oral biofilm. Non-invasive phototherapy is widely studied to control oral biofilm as an alternative method to overcome the emergence of antibiotic resistant strains. In vitro studies demonstrated that Violet-Blue light with a peak wavelength of 405 nm had an inhibitory effect on S. mutans biofilm cells irradiated for 5 min. Metabolic activity of S. mutans cells was significantly reduced immediately after treatment with some recovery at 2 and 6 hrs. An in vitro translational study was conducted to determine the inhibitory effect of Violet-Blue light with twice daily treatments for 5 min over a period of 5 days on S. mutans biofilm cells grown on human enamel and dentin specimens. Bacterial viability was significantly reduced in the Violet-Blue light treated group for both dentin and enamel. Lesion depth, obtained by imaging fluorescence loss through Quantitative Light Induced Fluorescence (QLF-D) Biluminator and through transverse microradiography (TMR), was significantly reduced in S. mutans grown in tryptic soy broth with 1% sucrose (TSBS) for dentin. Mineral loss obtained through TMR in the absence of sucrose (TSB) was significant with enamel. However, all the parameters in the Violet-Blue treated groups were numerically reduced, albeit some being not significant. Accurate Mass Quadrupole Time of Flight Mass Spectrometry was used to identify Protoporphyrin IX (PP-IX) in S. mutans biofilm that may play a role in the photoinactivation and emission of fluorescence within specific wavelengths of the visible spectrum namely Violet-Blue light.2020-08-0

Par3DNet: Using 3DCNNs for Object Recognition on Tridimensional Partial Views

Deep learning-based methods have proven to be the best performers when it comes to object recognition cues both in images and tridimensional data. Nonetheless, when it comes to 3D object recognition, the authors tend to convert the 3D data to images and then perform their classification. However, despite its accuracy, this approach has some issues. In this work, we present a deep learning pipeline for object recognition that takes a point cloud as input and provides the classification probabilities as output. Our proposal is trained on synthetic CAD objects and is able to perform accurately when fed with real data provided by commercial sensors. Unlike most approaches, our method is specifically trained to work on partial views of the objects rather than on a full representation, which is not the representation of the objects as captured by commercial sensors. We trained our proposal with the ModelNet10 dataset and achieved a 78.39% accuracy. We also tested it by adding noise to the dataset and against a number of datasets and real data with high success.This work has been funded by the Spanish Government TIN2016-76515-R grant for the COMBAHO project, supported with Feder funds. It has also been supported by Spanish grants for PhD studies ACIF/2017/243 and FPU16/00887

Spin-orbit transitions in the N+^+(3PJA^3P_{J_A}) + H2_2 →\rightarrow NH+^+(X2ΠX^2\Pi, 4Σ−^4\Sigma^-)+ H(2S^2S) reaction, using adiabatic and mixed quantum-adiabatic statistical approaches

The cross section and rate constants for the title reaction are calculated for all the spin-orbit states of N$^+$($^3P_{J_A}$) using two statistical approaches, one purely adiabatic and the other one mixing quantum capture for the entrance channel and adiabatic treatment for the products channel. This is made by using a symmetry adapted basis set combining electronic (spin and orbital) and nuclear angular momenta in the reactants channel. To this aim, accurate {\it ab initio} calculations are performed separately for reactants and products. In the reactants channel, the three lowest electronic states (without spin-orbit couplings) have been diabatized, and the spin-orbit couplings have been introduced through a model localizing the spin-orbit interactions in the N$^+$ atom, which yields accurate results as compared to {\it ab initio} calculations including spin-orbit couplings. For the products, eleven purely adiabatic spin-orbit states have been determined with {\it ab initio} calculations. The reactive rate constants thus obtained are in very good agreement with the available experimental data for several ortho-H$_2$ fractions, assuming a thermal initial distribution of spin-orbit states. The rate constants for selected spin-orbit $J_A$ states are obtained, to provide a proper validation of the spin-orbit effects to obtain the experimental rate constants.Comment: 14 pages, 10 figures, submitted to J. Chem. Phy

Spin pumping and inverse spin Hall effect in antiferromagnetic exchange coupled [Co/Ru/Co]/Pt heterostructures

We report the observation of spin pumping and inverse spin Hall effects in antiferromagnetically coupled [Co/Ru/Co]/Pt heterostructures. The “spin-flop” magnetization process observed in antiferromagnetically exchange coupled Co layers combined with spin pumping and inverse spin Hall effects allowed us to detect both transversal and longitudinal charge accumulations. By controlling the exchange coupling strength and the spin flop transition in the magnetization process, it was possible to produce spin currents polarized in different directions.Fil: Aviles Felix, Luis Steven. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Butera, Alejandro Ricardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Gomez, Javier Enrique. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentin

Producción de compuestos bioactivos a partir de biomasa algal basada en la biofiltración y la biorrefinería

La tasa de transporte electrónico máximo (ETRmax) aumentó a lo largo del tiempo y los valores fueron más altos en PAR que en PAB en H. incurva y en H. cornea, mientras que en G. longissima ocurrió lo contrario. La eficiencia fotosintética (αETR) disminuyó con el tiempo en las dos primeras especies, pero en G. longissima aumentó, mientras que la irradiancia de saturación (EkETR) y el amortiguamiento no fotoquímico máximo (NPQmax) aumentaron, lo que indica una aclimatación fotosintética como la de algas “tipo sol”. En las tres especies, el contenido en N interno y los pigmentos fotosintéticos aumentaron en PAB tras 14 días de cultivo. El contenido total de fotoprotectores (MAAs) y la actividad antioxidante, aumentaron a lo largo del tiempo en las tres especies, alcanzando valores más altos en presencia de UVR. En el Capítulo 3 se discuten las implicaciones biotecnológicas de los cambios metabólicos relacionados con la disponibilidad de la radiación y los nutrientes en Gracilariopsis longissima en un experimento bifactorial en el laboratorio durante 14 días. Además de las variables fisiológicas y bioquímicas, en este estudio, se analizó la morfología y la ultraestructura a nivel celular mediante microscopía óptica (ML) y de transmisión (TEM). Se observaron tres alteraciones morfológicas principales relacionadas con mecanismos de defensa contra la UVR: un incremento en el espesor de la pared celular, una mayor acumulación de gránulos de almidón y una multiplicación del número de capas de células corticales. Por lo tanto, G. longissima mostró una alta aclimatación a UVR y a los nutrientes, sin mostrar disminución en la tasa fotosintética a la vez que aumentó la acumulación de compuestos nitrogenados con rol fotoprotector y con capacidad antioxidante (MAAs). Por otra parte, el almidón, los lípidos y los compuestos fenólicos aumentaron principalmente en presencia de UVR, pero en baja disponibilidad de nutrientes. En el Capítulo 4, se realizó un experimento con Hydropuntia cornea en tanques de 90 L y a una densidad algal de 9 g PF L-1. Se estudiaron los efectos interactivos de la radiación y la disponibilidad de nutrientes con un diseño experimental bifactorial: PAR (cultivo dentro de un invernadero) versus PAB (cultivo fuera del invernadero) y emulando condiciones de efluentes de piscifactoría (altos niveles de NH4+ y PO43-) versus baja disponibilidad de nitrógeno. Se concluye que la especie H. cornea es una excelente candidata para el cultivo en condiciones de alto nitrógeno (aguas ricas en N-NH4+ hasta 150 µmol NH4+) con una capacidad de biofiltración del 98% (NUE) y una tasa de incorporación de N de hasta 75 mmol NH4+ m-2 h-1. Además, H. cornea presentó una alta acumulación de compuestos bioactivos de interés tanto nitrogenados (aminoácidos tipo micosporina y proteínas), como carbonados: ácidos grasos poliinsaturados y compuestos fenólicos, variando la acumulación en función de las condiciones de cultivo. Se consiguió una productividad de MAAs de 237 mg MAAs m-2 d-1 en el tratamiento con alto N-NH4+ en presencia de UVR (fuera del invernadero), siendo hasta el momento el mayor de los valores reportados en la bibliografía. En el Capítulo 5 se estudió la citotoxicidad y la capacidad inmunológica de extractos acuosos concentrados por rotavaporación en H. cornea y G. longissima. Este estudio fue diseñado para evaluar el uso potencial de los extractos en cosmecéutica y sobre la bioseguridad de los mismos. Ambos extractos no mostraron actividad citotóxica mediante el ensayo MTT en células humanas (HaCaT y HGF), aunque sí mostraron citotoxicidad en células murinas tumorales del sistema inmune (macrófagos RAW 264.7). Se concluye que el uso en productos cosméticos en relación con la salud y seguridad, queda en gran parte garantizado. Además, se estudió la actividad inmunológica en macrófagos murinos RAW 264.7 a una concentración menor de 100 µg mL-1 y más baja que el EC50, mediante la producción de compuestos pro-inflamatorios a través de un ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas como el factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) o anti-inflamatorios/proinflamatorios como la interleucina-6 (IL-6). Los extractos de H. cornea y G. longissima indujeron de forma exponencial la biosíntesis de ambos, de manera que por primera vez estos resultados indican que los extractos de H. cornea y G. longissima inducen activamente la producción de citoquinas. Por último, en el Capítulo 6, se diseñó un producto cosmético con actividad antioxidante y capacidad fotoprotectora empleando extractos acuosos de H. cornea y otros ingredientes usados en cosmética. En capítulos previos, se mostró la alta capacidad antioxidante de los extractos de H. cornea y en este capítulo se determinó la capacidad fotoprotectora mediante el método Colipa (2011). Para ello, se empleó un simulador solar para cuantificar los siguientes parámetros fotoprotectores: FPS, UVAFPS y FAPEB. Se emplearon diferentes combinaciones de filtros físicos o inorgánicos (TiO2 y ZnO), filtros químicos u orgánicos (Tinosorb M y S) y filtros biológicos tales como extractos de H. cornea o de Ginko biloba, aceite de Pongamia pinnata (Karanja) y Vitamina C y E. El extracto concentrado de H. cornea, mostró un efecto sinérgico con el extracto de G. biloba y con el aceite de Karanja rindiendo un FPS de 15, una longitud de onda crítica de 386 nm y un UVAFPS de 4.3; lo que se corresponde al de un fotoprotector ideal (valores mínimos recomendados) frente a UVR. Palabras clave: biotecnología algal, producción de biomasa, compuestos bioactivos, fotosíntesis, fotoprotectores naturales.La presente Tesis Doctoral estudia la acumulación y producción de compuestos bioactivos con interés biotecnológico en macroalgas cultivables o que potencialmente puedan ser cultivadas en condiciones de alto nitrógeno inorgánico (amonio; N-NH4+), simulando las condiciones de efluentes de piscifactorías. Además, las macroalgas fueron cultivadas bajo radiación solar o artificial (radiación activa fotosintética (PAR, =400-700nm), complementada con radiación ultravioleta (UVR, =280-400 nm), con el fin de valorar la fotoestimulación de compuestos bioactivos y la productividad de la biomasa en el contexto del concepto de la Biorrefinería. En el Capítulo 1, se realizó un estudio de ficoprospección, con la finalidad de seleccionar las especies cultivables o con potencialidad de ser cultivadas de manera intensiva en sistemas de Acuicultura Multitrófica Integrada (IMTA), para ser empleadas en la extracción de compuestos bioactivos con aplicaciones biotecnológicas. Para ello, se recolectaron diferentes macroalgas en distintas zonas del Sur de España que presentan alta irradiancia solar (Gran Canaria, Málaga y Cádiz). Las especies seleccionadas fueron las macroalgas rojas Gelidium corneum (Hudson) J.V. Lamouroux, Gelidium pusillum (Stackhouse) Le Jolis, Porphyra umbilicalis Kützing, Halopithys incurva (Hudson) Batters, Gracilariopsis longissima (S.G.Gmelin) M.Steentoft, L.M.Irvine & W.F.Farnham e Hydropuntia cornea (J.Agardh) M.J.Wynne, la macroalga verde Ulva rotundata Bliding y el liquen marino Lichina pygmaea. En el Capítulo 2, H. cornea, G. longissima y H. incurva, fueron cultivadas durante 14 días en el laboratorio en agua de mar enriquecida con alto contenido de nutrientes (NH4+ y PO43-, 150 y 15 μM, respectivamente) y con dos niveles de radiación: PAR y PAB (PAR + UVB + UVA). Se estudiaron los efectos del tipo de radiación bajo alta disponibilidad de N-NH4+ sobre el crecimiento, pigmentos fotosintéticos, actividad fotosintética y composición bioquímica

Bioacumulación del cadmio (Cd) en plantaciones de cacao (Theobroma cacao L.) asociadas a la cooperativa APROCAM en la región Amazonas

El cacao es un cultivo de importancia económica para miles de agricultores en el Perú, los cuales están siendo afectados debido a la presencia de metales pesados como el Cd en sus cultivos. El presente estudio tiene como objetivo determinar la bioacumulación del cadmio (Cd) en las plantaciones de cacao de la región Amazonas. Se tomo 56 puntos de muestreo de las parcelas pertenecientes a la cooperativa de servicios múltiples APROCAM. Se tomaron muestras de suelo y partes vegetales de la planta incluido el fruto. Las muestras se clasificaron en altitudes, variedad y profundidad de muestreo del suelo. Para el análisis estadístico se usó el programa InfosStat, donde se realizó análisis de varianza ANVA (p<0.05) de las características físico químicas del suelo relacionado con la altitud y variedad; análisis de varianza entre los contenidos de cadmio en las partes vegetales de la planta con la altitud y variedad y por último un análisis de correlación entre las características físico químicas del suelo y la bioacumulación del cadmio en la planta de cacao. Se encontró una mayor bioacumulación de cadmio en toda la planta de cacao en la variedad CCN51, en altitudes menores a los 400 msnm y en suelos de clase textural franca. El contenido de cadmio en las almendras de cacao de la región Amazonas sobrepasa los límites máximos permitidos, sobre todo en la variedad nativo; estos valores están influenciados por el pH y la altitud a la que se encuentra la plantación