On the Analysis of the Contact Conditions in Temporomandibular Joint Prostheses

Temporomandibular joint replacement (TMJR) is a complex surgical procedure in which the artificial joints available must assure the anatomical reconstruction and guarantee a good range of the natural temporomandibular joint (TMJ) movements. With this aim, different types of TMJ prostheses, including the stock prosthetic system and custom-made prostheses, are being currently implanted. Although temporomandibular joint replacements (TMJRs) are expected to accomplish their function during a number of years, they might actually fail and need to be replaced. This paper analyzes different design factors affecting the contact stress distributions within the TMJ prosthesis interface, which are consequently involved in their deterioration and final failure of the prosthetic device. With this purpose, a numerical model based on finite elements has been carried out in order to evaluate the stress states attained in different prosthesis configurations corresponding to general types of TMJ prostheses. On the other hand, the actual degradation of resected implants has been evaluated via optical microscopy. The linkage between the numerical simulations performed and experimental evidence allowed the authors to establish the different wear and damage mechanisms involved in the failure of stock TMJ prostheses. Indeed, the results obtained show that the contact stresses at the interface between the mandible and the glenoid fossa components play a key role in the failure process of the TMJR devices

Development of elastin-like recombinamers with increasing complexity and functionality from the molecular to the macroscopic scale

La compleja maquinaria empleada por la Naturaleza para el diseño y la fabricación de estructuras supramoleculares basadas en proteínas no ha hecho más que alentar los esfuerzos de investigadores para lograr su imitación. Su singularidad morfológica y bioquímica dicta no solo las funciones estructurales sino también las biológicas de toda clase de organismos vivos. El avance en el conocimiento sobre su expresión génica supuso un hito en su replicación, estudio y diseño para un amplio número de aplicaciones. Recientemente, proteínas “bioinspiradas” han sido genéticamente diseñadas y fabricadas por tecnologías de ADN recombinante, siendo los recombinámeros de tipo elastina (ELRs) una clase prometedora de estos biomateriales en sí mismos. Esta familia de polipéptidos, que consiste en la repetición de la secuencia L-Val-L-Pro-Gly-X-Gly, está diseñada para recapitular las regiones hidrofóbicas e intrínsecamente desordenadas de la tropoelastina. De esta manera, su estructura polipeptídica conserva la temperatura de transición (Tt) o temperatura crítica inferior de solución (conocida como “lower critical solution temperature” o “LCST”), la biocompatibilidad intrínseca y el comportamiento elástico de la elastina. Su origen recombinante junto con su naturaleza modulable facilita la inclusión de biofuncionalidades extrínsecas, tales como la biodegradabilidad, la angiogénesis, la adhesividad celular y la actividad antimicrobiana entre otras. Esta característica puede ser explotada aún más ajustando su respuesta intrínseca de autoensamblaje. En este sentido, dominios física y covalentemente entrecruzables junto con configuraciones modulares en bloque pueden desviar el proceso de separación de fases guiando la formación de una amplia gama de estructuras supramoleculares. El Capítulo 4 examina la afinidad a nivel molecular de dos ELRs, el V84 con carácter hidrofóbico y el EI con carácter anfifílico, frente a superficies decoradas con los grupos CH3, OH, COOH y NH2. El cloruro de tetraquis (hidroximetil) fosfonio (THPC) fue unido adicionalmente a ambos polipéptidos y se evaluó su efecto sobre la afinidad de adhesión. Las técnicas de microbalanza de cristal de cuarzo con monitoreo de la disipación (QCM-D), resonancia de plasmón superficial multiparamétrica (MP-SPR) y microscopía de fuerza atómica (AFM) revelaron la diferente adsorción y conformación mostrada por los recubrimientos de ELR. Mientras que el V84 mostró una fuerte adhesión formando redes hidratadas y extendidas, el EI dirigió la formación de recubrimientos más rígidos. El grosor de las capas depositadas permitió identificar la afinidad preferencial de ambos ELR modificados con THPC por los restos alifáticos (CH3) y los sustratos terminados en NH2 cargados positivamente. El Capítulo 5 se centra en la fabricación, en una interfaz líquida, de membranas micrométricas a base de recombinámeros de tipo elastina de espesor y propiedades de difusión controladas. Dos ELR modificados con grupos reactivos tipo “click”, el SKS-azida y el VKV-ciclooctino, fueron diseñados para ser disueltos a temperatura ambiente en una fase acuosa o una fase orgánica inmiscible con el agua, respectivamente. Para evitar la transición de fase del ELR SKS aminoácidos de tipo serina fueron intercalados uniformemente a lo largo de la cadena principal del polipéptido. El carácter polar de los grupos hidroxilo confirió una temperatura de transición (Tt) elevada al SKS asegurando su estado hidrofóbicamente solvatado durante la reacción de entrecruzamiento “click” y la formación de la membrana de ELR en la interfaz líquida. De manera complementaria, el tripéptido RGD fue codificado genéticamente en el ELR SKS para confirmar la capacidad de la tecnología desarrollada para fabricar membranas con bioactividad personalizada. El aumento de la concentración de los recombinámeros empleados resultó en un incremento del espesor de la membrana y en una disminución de los coeficientes efectivos de difusión (DEff). Este parámetro fue evaluado empleando celdas de Franz y moléculas de dextrano marcadas con isotiocianato de fluoresceína (FITC) de pesos moleculares entre 4 y 150 kDa. La observación en tiempo real de la formación de la membrana en la interfaz líquida permitió estudiar el proceso de entrecruzamiento, mientras que la microscopía electrónica de barrido ambiental (ESEM) ofreció una visión microscópica de las membranas de tipo elastina en su estado hidratado. El último Capítulo 6 está dedicado al desarrollo de un modelo bicapa macroscópico de la túnica adventicia y lámina elástica externa de la pared vascular. En este sentido, se seleccionó una pareja de ELRs, el RGD y el GTAR, para reproducir la lámina elástica externa, mientras que fibroblastos dérmicos humanos neonatales (HDFn) fueron embebidos en colágeno de tipo I para la replicación de la túnica adventicia. Específicamente, para enriquecer la respuesta bioactiva de la capa a base de ELR, dominios de adhesión celular fueron intercalados en el ELR RGD mientras que secuencias biodegradables fueron codificadas en el esqueleto del ELR GTAR. Además, los grupos entrecruzables de tipo click azida y ciclooctino se anclaron, respectivamente, a cada uno de los ELRs reforzando así la estabilidad de la capa en el constructo. Un molde cilíndrico, conteniendo un tubo de soporte en el centro, fue empleado para la fabricación del modelo bicapa. Esta técnica de bioconstrucción permitió ajustar la composición de las capas fabricando así un modelo conteniendo un 30% en peso de ELR en la capa de colágeno que reproducía la presencia de elastina en la túnica adventicia. La maduración del constructo in vitro identificó la capacidad del ELR y colágeno para proporcionar un entorno favorable para la viabilidad de los HDFn, mientras que la evaluación por histoquímica reveló la remodelación de ambas capas y la expresión de una matriz extracelular rica en glicosaminoglicanos indicando la diferenciación de los fibroblastos en miofibroblastos con el tiempo. Los dominios de adhesión celular introducidos en el modelo demostraron promover la aproximación de las células embebidas hacia la capa de ELR interna, mientras que el estado de transicionado del ELR dio como resultado la formación de morfologías onduladas a la par que confirieron un predominante carácter elástico de la capa de ELR en comparación con la de colágeno. En resumen, los trabajos desarrollados en esta tesis proporcionan nuevos conocimientos sobre el diseño y la fabricación de estructuras novedosas con una creciente complejidad y funcionalidad a partir de ELRs. Específicamente, el trabajo desarrollado describe el papel de la estructuración en bloques y las interacciones no covalentes sobre el ensamblaje de las cadenas de tipo elastina frente a superficies funcionalizadas, destaca el hallazgo de una interfaz líquida para la fabricación de membranas micrométricas de tipo elastina con propiedades de difusión ajustables y el desarrollo de un modelo macroscópico bicapa con bioactividad personalizada que replica la túnica adventicia y lámina elástica externa en combinación con HDFn y colágeno de tipo I.Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y MineralogíaDoctorado en Físic

RadioPy: un paquete en Python para analizar emisión radio sincrotrón

RadioPy is an open source Python package for radio astrophysics capable of fitting spectra of synchrotron radio emission. Adapted for supernovae in its first version, one of its main features is that it can perform a complete an automatic analysis for a sequence of supernova spectra and calculate the shockwave radius (R), the intensity of the magnetic field (B) and the circumstellar density (A) and their evolution over time. Its other main feature is its object-oriented architecture that sets a standard on how to record the data regarding the non-thermal emission of radio sources and at the same time provides an easily extendible structure designed to evolve. The design of the architecture makes it easy to use and to extend, allowing researchers all over the world to download RadioPy and implement their own models and methods easily. The first version of this package contains 15 classes and 126 methods (version: June 2017) and provides robust algorithms for fitting spectra to an approximation of the Synchrotron Self-Absorption (SSA) model. The development of those algorithms and the goodness of the approximation are reasonable and they are discussed in the present document. A comparison between the results in the literature and those obtained with RadioPy for a case study of the radio evolution of supernova SN2011dh proved the capabilities of the software tool

Mass effects in the photodissociation of homonuclear diatomic molecules in helium nanodroplets: inelastic collision and viscous flow energy exchange regimes

The influence of the mass in the photodissociation dynamics of a homonuclear diatomic molecule (X2), embedded in a superfluid helium nanodroplet (T = 0.37 K) of 300 atoms, has been investigated using a hybrid quantum dynamics method recently proposed by us. Several hypothetical isotopic variants of Cl2 have been examined in order to make possible the analysis of a wide diversity of masses (mX: 0.25mCl-1.50mCl). This is probably the first time that this problem has been considered theoretically. The photodissociation mechanism of X2(B) is very similar to that of Cl2(B) and the efficiency of the X2-helium energy exchange mechanism can be so great that it leads to the full and partial (≈86%) geminate recombination for the lower masses explored (mX = 0.25mCl and 0.50mCl, respectively). From the energy exchange perspective two dynamic regimes have been identified. The first regime occurs at the initial times of the photodissociation and corresponds to a perfectly inelastic collision (IC) between the atomic fragments (X) and some helium atoms of the solvation shell. The second regime occurs when the atomic fragments are moving through the nanodroplet, which behaves as a viscous fluid (VF). The ICVF mechanism has probably general character in the photodissociation of molecules embedded in superfluid helium nanodroplets

Liver Transplantation in Acute Liver Failure: Indications and Outcome

The term acute liver failure (ALF) refers to the acute (<26 weeks) and severe worsening in liver function associated with encephalopathy in a person with no underlying chronic liver disease. ALF constitutes a critical clinical syndrome that is potentially reversible but has a very variable prognosis. No specific treatment is available, and liver transplantation (LT) is the treatment of choice in many cases. However, the challenge remains of identifying those patients with a poor likelihood of spontaneous recovery of liver function and for whom the indication and time of LT in order to guarantee survival (based on identification of prognostic factors) need to be established. In Europe, 8% of LT are due to ALF. Although the results of LT due to ALF have improved over recent years, they are still far from those seen after elective LT