Design, characterization and validation of integrated bioelectronics for cellular studies: from inkjet-printed sensors to organic actuators

Mención Internacional en el título de doctorAdvances in bioinspired and biomimetic electronics have enabled coupling engineering devices to biological systems with unprecedented integration levels. Major efforts, however, have been devoted to interface malleable electronic devices externally to the organs and tissues. A promising alternative is embedding electronics into living tissues/organs or, turning the concept inside out, lading electronic devices with soft living matters which may accomplish remote monitoring and control of tissue’s functions from within. This endeavor may unleash the ability to engineer “living electronics” for regenerative medicine and biomedical applications. In this context, it remains a challenge to insert electronic devices efficiently with living cells in a way that there are minimal adverse reactions in the biological host while the electronics maintaining the engineered functionalities. In addition, investigating in real-time and with minimal invasion the long-term responses of biological systems that are brought in contact with such bioelectronic devices is desirable. In this work we introduce the development (design, fabrication and characterization) and validation of sensors and actuators mechanically soft and compliant to cells able to properly operate embedded into a cell culture environment, specifically of a cell line of human epithelial keratinocytes. For the development of the sensors we propose moving from conventional microtechnology approaches to techniques compatible with bioprinting in a way to support the eventual fabrication of tissues and electronic sensors in a single hybrid plataform simultaneously. For the actuators we explore the use of electroactive, organic, printing-compatible polymers to induce cellular responses as a drug-free alternative to the classic chemical route in a way to gain eventual control of biological behaviors electronically. In particular, the presented work introduces inkjet-printed interdigitated electrodes to monitor label-freely and non-invasively cellular migration, proliferation and cell-sensor adhesions of epidermal cells (HaCaT cells) using impedance spectroscopy and the effects of (dynamic) mechanical stimulation on proliferation, migration and morphology of keratinocytes by varying the magnitude, frequency and duration of mechanical stimuli exploiting the developed biocompatible actuator. The results of this thesis contribute to the envision of three-dimensional laboratory-growth tissues with built-in electronics, paving exciting avenues towards the idea of living smart cyborg-skin substitutes.En los útimos años los avances en el desarrollo de dispositivos electrónicos diseñados imitando las propiedades de sistemas vivos han logrado acoplar sistemas electrónicos y órganos/tejidos biológicos con un nivel de integración sin precedentes. Convencionalmente, la forma en que estos sistemas bioelectrónicos son integrados con órganos o tejidos ha sido a través del contacto superficial entre ambos sistemas, es decir acoplando la electrónica externamente al tejido. Lamentablemente estas aproximaciones no contemplan escenarios donde ha habido una pérdida o daño del tejido con el cual interactuar, como es el caso de daños en la piel debido a quemaduras, úlceras u otras lesiones genéticas o producidas. Una alternativa prometedora para ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, y en particular para implantes de piel, es embeber la electrónica dentro del tejido, o presentado de otra manera, cargar el sistema electrónico con células vivas y tejidos fabricados por ingeniería de tejidos como parte innata del propio dispositivo. Este concepto permitiría no solo una monitorización remota y un control basado en señalizaciones eléctricas (sin químicos) de tejidos biológicos fabricados mediante técnicas de bioingeniería desde dentro del propio tejido, sino también la fabricación de una “electrónica viva”, biológica y eléctricamente funcional. En este contexto, es un desafío insertar de manera eficiente dispositivos electrónicos con células vivas sin desencadenar reacciones adversas en el sistema biológico receptor ni en el sistema electrónico diseñado. Además, es deseable monitorizar en tiempo real y de manera mínimamente invasiva las respuestas de dichos sistemas biológicos que se han añadido a tales dispositivos bioelectrónicos. En este trabajo presentamos el desarrollo (diseño, fabricación y caracterización) y validación de sensores y actuadores mecánicamente suaves y compatibles con células capaces de funcionar correctamente dentro de un entorno de cultivo celular, específicamente de una línea celular de células epiteliales humanas. Para el desarrollo de los sensores hemos propuesto utilizar técnicas compatibles con la bioimpresión, alejándonos de la micro fabricación tradicionalmente usada para la manufactura de sensores electrónicos, con el objetivo a largo plazo de promover la fabricación de los tejidos y los sensores electrónicos simultáneamente en un mismo sistema de impresión híbrido. Para el desarrollo de los actuadores hemos explorado el uso de polímeros electroactivos y compatibles con impresión y hemos investigado el efecto de estímulos mecánicos dinámicos en respuestas celulares con el objetivo a largo plazo de autoinducir comportamientos biológicos controlados de forma electrónica. En concreto, este trabajo presenta sensores basados en electrodos interdigitados impresos por inyección de tinta para monitorear la migración celular, proliferación y adhesiones célula-sustrato de una línea celular de células epiteliales humanas (HaCaT) en tiempo real y de manera no invasiva mediante espectroscopía de impedancia. Por otro lado, este trabajo presenta actuadores biocompatibles basados en el polímero piezoeléctrico fluoruro de poli vinilideno y ha investigado los efectos de estimular mecánicamente células epiteliales en relación con la proliferación, migración y morfología celular mediante variaciones dinámicas de la magnitud, frecuencia y duración de estímulos mecánicos explotando el actuador biocompatible propuesto. Ambos sistemas presentados como resultado de esta tesis doctoral contribuyen al desarrollo de tejidos 3D con electrónica incorporada, promoviendo una investigación hacia la fabricación de sustitutos equivalentes de piel mitad orgánica mitad electrónica como tejidos funcionales biónicos inteligentes.The main works presented in this thesis have been conducted in the facilities of the Universidad Carlos III de Madrid with support from the program Formación del Profesorado Universitario FPU015/06208 granted by Spanish Ministry of Education, Culture and Sports. Some of the work has been also developed in the facilities of the Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) and University of Applied Sciences (HTW) in Berlin, under the supervision of Prof. Dr. Ing. H-D. Ngo during a research visit funded by the Mobility Fellows Program by the Spanish Ministry of Education, Culture, and Sports. This work has been developed in the framework of the projects BIOPIELTEC-CM (P2018/BAA-4480), funded by Comunidad de Madrid, and PARAQUA (TEC2017-86271-R) funded by Ministerio de Ciencia e Innovación.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: José Antonio García Souto.- Secretario: Carlos Elvira Pujalte.- Vocal: María Dimak

The Lipkin model at finite temperature

Treballs Finals de Grau de Física, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Curs: 2018, Tutor: Artur PollsWe consider a system of N fermions described by the Lipkin model and investigate their behaviour at finite temperature. We study the in uence of the interactions on thermodynamic properties. The calculations have been done by a numerical diagonalization of the Hamiltonian. Once the full spectrum is known we consider the thermal occupation of the states and calculate the different thermodynamic properties. The extension of the Hellmann-Feynman theorem at finite temperature requires the derivative of the free energy instead of the internal energy used for zero temperature. The importance of the entropy in the fullfilment of the Hellmann-Feynman theorem is analyze

Genetic Association Study in Osteoporosis

Dia rere dia, la tecnologia i la tècnica avancen a un ritme vertiginós, fent possible l’abaratiment de molts processos i el que aquests comporten. És el cas de la genètica, on fa menys de dues dècades encara semblava impensable que la seqüenciació i genotipació del genoma humà arribés a ser una tècnica tan accessible i barata com ho és ara. Aquest avenç ha permès un desenvolupament excepcional i un augment exponencial de la producció científica en aquest àmbit. El mètode que es tracta en aquest treball, conegut com “Genome Wide Association Study”, o el que és el mateix, estudi d’associació genètica considerant tot el genoma és conseqüència directa del que s’ha comentat en primer lloc. Això és degut a que per portar-lo a terme es necessita disposar d’una enorme quantitat de marcadors genètics coneguts com a “SNPs”, que són petites variacions presents en el genoma que donen lloc a una certa variabilitat entre individus. L’objectiu del mètode al final consisteix a trobar una relació entre aquests marcadors i una malaltia complexa, fent ús d’una sèrie de fenotips numèrics o bé de presència/absència de la malaltia. Per tal de realitzar aquesta associació hi ha diverses maneres de procedir, com ara la utilització de casos i controls amb individus no relacionats o bé l’estudi de famílies on hi ha una presència inusual de la malaltia. En aquest treball el disseny experimental coincideix amb la segona opció, complicant el procediment per portar a terme l’associació des d’un punt de vista estadístic. En concret, es fa ús de models lineals mixtos, els quals tenen una matemàtica considerablement més complicada que els models lineals als que estem acostumats. La implementació i desenvolupament del treball s’han realitzat majoritàriament en el llenguatge de programació estadística R, on a la vegada s’ha fet ús d’un software extern conegut com SOLAR especialitzat en estudis d’associació genètica en famílies. La malaltia objecte d’estudi ha estat l’Osteoporosi, per a la qual s’han intentat trobar possibles variacions genètiques que puguin explicar-ne la seva manifestació i desenvolupament. Si bé s’ha utilitzat a priori un mètode estàndard d’associació genètica, també s’ha proposat l’aplicació d’anàlisis de components principals amb l’objectiu d’incrementar-ne el poder estadístic. Tanmateix, s’ha fet un primer mapeig i valoració biològica dels resultats, deixant la porta oberta a futures investigacions amb els resultats obtingut

ヒラメおよびコイのタウリン合成能およびその合成経路に関する基礎的研究

東京海洋大学博士学位論文 平成29年度(2017) 応用生命科学 課程博士 甲第503号指導教員: 佐藤秀一東京海洋大学201

Monitorización no invasiva, balance hidromineral y gestión de cuidados, durante el perioperatorio del niño. Bayamo, 2007

The majority of pediatric patients requiring anesthesia and sedation only need non-invasive monitoring, which use is low risk and the information they provide is useful. The fact of improving quality in patient attention requires nursing, surgery, and anesthesia crew work together to give an effective attention needed for optimal well-being of patient during the whole surgical experience. It was made an observational descriptive study with the objective of applying a control register for internal medium, according to the volumes of liquid given in or obtained from patient based on nurses observation, and non invasive monitoring, with interdisciplinar collaborative actions during perisurgery. Population was composed by 36 patients to which a surgery was carried out with an our duration at University Hospital Carlos M. de Cespedes, and who were transferred to the Pediatric Intensive Unit. Seventy seven point seven per cent of cases were an urgency, 58,3% constituted an acute abdomen, 22,2% digestive malformations and abdominal tumors, and 19,4% neurosurgery affections. Fever, vomits, diarrhea, and few saliva were symptoms and signs more frequently detected at preoeperatory, being fever, vomits, few saliva, thirst, distal coldness, and weak pulse, the principal findings at postoperatory. Only in 16 cases it was made an adequate hydroelectrolitical balance before operation, being negative in 5 of them. Adequate control transoperatory was achieved in 27 patients, it was not achieved a positive balance in 9 patients. During postoperatory there was achieved a correct balance in 29 patients, being positive in 20, and negative in 9 children. The precise register of intern medium by the method proposed is able to reflect in a meticulous way hydroelectrolitical balance, although it requires a better control of processes.La mayoría de los pacientes pediátricos que requieren anestesia y sedación solo necesitarán el empleo de monitorización no invasiva, cuyo uso es de bajo riesgo y la información que aportan es de gran utilidad. El hecho de mejorar la calidad de la atención del paciente requiere que el personal de enfermería, cirugía y anestesia trabajen juntos en objeto de facilitar la atención más eficaz, necesaria para el bienestar óptimo de aquel, durante el curso entero de la experiencia quirúrgica. Se realizó un estudio descriptivo observacional, con el objetivo de aplicar un registro de control del medio interno, según volúmenes de líquidos ingresados y egresados al paciente, sustentado en la observación de enfermería y el monitoreo no invasivo, con acciones de colaboración interdisciplinaria durante el peri operatorio.  El universo estuvo dado por 36 pacientes a los cuales se les realizó una intervención quirúrgica de más de una hora de duración en el Hospital Universitario “Carlos Manuel de Céspedes” y que transitaron por la Unidad de Terapia Intensiva Pediátrica. El 77.7% de los casos fueron urgentes, el 58.3% constituyeron abdomen agudo, el 22.2% malformaciones digestivas o tumoraciones abdominales y 19.4% afecciones neuroquirúrgicas. La fiebre, vómitos, diarreas y  saliva escasa, fueron los síntomas o signos más frecuentes detectados en el pre-operatorio, siendo la fiebre, vómitos, saliva escasa, sed, frialdad distal y pulsos débiles, los hallazgos principales en el post- operatorio. Sólo en 16 casos se realizó un adecuado balance hidroelectrolítico antes de la intervención, siendo el balance negativo en 5 de ellos. El adecuado control trans-operatorio se hizo en 27 pacientes, no lográndose un balance positivo en 9 niños. Durante el post-operatorio se logra un correcto  balance hidromineral en 29 pacientes, siendo positivo en 20 y negativo en 9 niños. El estricto registro del medio interno por el  método propuesto es capaz de reflejar de forma minuciosa  el balance hidroelectrolítico, pero requiere de un  mayor control de los procesos. 

Apreciación de los principales riesgos y amenazas por catástrofes naturales y tecnológicas del municipio Yara (Original)

The research responds to the need to improve the teaching-learning process, seen from the assessment of the main risks and threats due to natural and technological catastrophes of the Yara municipality, as a problem in the subject Security and National Defense, which favors without doubt, to a better integral formation of the future professionals of the races of Engineering in Agroindustrial Processes, Degree in Primary Education, Accounting and Engineering in Agronomy, taking advantage of the potentialities that the universalization of the teaching and the process of integration of the university in the municipality . We propose a Support Material for teaching, consulting and studying the main risks and threats due to natural and technological catastrophes in the Yara municipality, as a problem in the subject National Security and Defense with a systemic and interdisciplinary approach supported by teaching tasks, supported for the use of ICTs, since we have a Department of Risk and Threat Management in our municipality, which constitutes a tool for the methodological work of teachers and guarantees student learning. All this allows the improvement of the application of educational and political ideological work, away from all improvisation, attached to science and to the will of transformation of an increasingly revolutionary student, to achieve the survival and development of the social project that we defend.La investigación responde a la necesidad de perfeccionar el proceso de enseñanza-aprendizaje, visto desde la apreciación de los principales riesgo y amenazas por catástrofes naturales  y tecnológicos  del municipio Yara, como problemática de la asignatura Seguridad  y Defensa  Nacional, lo que favorece sin dudas, a una mejor formación  integral de los futuros profesionales de las carreras de Ingeniería en Procesos Agroindustriales,  Licenciatura en Educación Primaria, Contabilidad e  Ingeniería en Agronomía, aprovechando las potencialidades que brinda la universalización de la enseñanza y el proceso de integración de la universidad en el municipio. Se propone un Material de Apoyo a la docencia, de consulta y estudio de los principales riesgos y amenazas por catástrofes naturales y tecnológicos del municipio Yara, como problemática de la asignatura Seguridad  y Defensa  Nacional con un enfoque sistémico e interdisciplinario sustentado en tareas docentes, apoyadas por el empleo de las TIC,  ya que el municipio cuenta con un Departamento de Gestión de Riesgos y Amenazas, lo que constituye  una herramienta para el trabajo metodológico de los profesores y garantiza el aprendizaje de los estudiantes. Todo esto permite el perfeccionamiento de la aplicación del trabajo educativo y político ideológico, apartado de toda improvisación, apegado a la ciencia y a la voluntad de transformación de un estudiante cada vez más revolucionario, para lograr la supervivencia y desarrollo del proyecto social que defendemos

Melhoria da Atenção aos Usuários com Hipertensão e Diabete Mellitus da UBS Lenny Passos Ramos, Coari/AM

PÉREZ, Mojena Niurka. Melhoria da atenção aos usuários com hipertensão e diabete mellitus da UBS Lenny Passos Ramos, Coari/AM. 2016. 106f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso de Especialização em Saúde da Família) - Departamento de Medicina Social, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2016. A Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS) e o Diabetes Mellitus (DM) representam dois dos principais fatores de risco para as doenças cardiovasculares que constituem a principal causa de morbimortalidade na população brasileira. A intervenção teve como objetivo “Melhorar a atenção aos usuários com hipertensão e diabetes da UBS Lenny Passos Ramos, Coari/AM”. Foi desenvolvido no período de 12 semanas e as ações foram organizadas nos quatro eixos pedagógicos do curso: organização e gestão do serviço, monitoramento e avaliação, qualificação da prática clínica e engajamento público. Foram cadastrados 287 (87,3%) pessoas com hipertensão e 103 (60.2%) com diabetes, desses 286 (99,7%) hipertensos e102 (99%) diabéticos estavam com exames complementares em dia e 100% dos usuários hipertensos e diabéticos cadastrados tiveram exame clínico apropriado, prescrição de medicamentos da farmácia popular, avaliação da necessidade de atendimento odontológico, registros atualizados, estratificação do risco cardiovascular por exame clinico, receberam orientação nutricional, em relação a prática regular de atividade física, riscos do tabagismo e higiene bucal, os faltosos às consultas tiveram busca ativa. Diante desses resultados destacamos que a equipe está mais capacitada, unida, envolvida, motivada, sensibilizada e entusiasta com a intervenção, temos mais vínculo com a comunidade e a sua vez melhoramos a atenção com mais qualidade dos usuários. Palavras-chave: atenção primária à saúde; saúde da família; hipertensão; diabetes; doenças cardiovasculares

Habilidades para la comprensión lectora con el empleo del Cuaderno Martiano I para niñas y niños de tercer grado (Original)

Encouraging the development of reading comprehension skills, through the use of the Martiano I Notebook, is a necessity for boys and girls in the third grade of Primary Education, since it was found in the applied instruments that they do not perform a correct interpretation of the text and the opinions and judgments they make are poor. To carry them out, tasks are determined in which the teaching-learning process of reading comprehension is characterized through the use of the works of the Martiano I Notebook; the current state of the level reached by third grade boys and girls in reading comprehension with study of the works of the Martiano I Notebook and the development of the set of teaching activities to strengthen reading comprehension skills with the use of the Martiano I Notebook.Favorecer el desarrollo de habilidades para la comprensión lectora, mediante el uso del Cuaderno Martiano I, es una necesidad para los niñas y niños de tercer grado de la Educación Primaria, pues se constató en los instrumentos aplicados que no realizan una interpretación correcta del texto y son pobres las opiniones y juicios que emiten. Para su realización se determinan tareas en las que se caracteriza el proceso de enseñanza-aprendizaje de la comprensión lectora mediante el empleo de las obras del Cuaderno Martiano I; el estado actual del nivel alcanzado por los niños y niñas de tercer grado en la comprensión lectora con estudio de las obras del Cuaderno Martiano I y la elaboración del conjunto de actividades docentes para fortalecer las habilidades de la comprensión lectora con empleo del Cuaderno Martiano I

Acupuntura e autohemoterapia em pontos de acupuntura para pacientes com vitiligo. Apresentação de dois casos

Vitiligo is a chronic acquired disease, characterized by de pigmented maculas in the skin, resulting from the selective destruction of melanocytes. Two cases are presented, case 1: 12-year-old male patient urban origin who attends the dermatology consultation in his health area. From the age of 7 it began with white spots on the face (around the eyes) and spread to all the body skin. Case 2, 11-year-old female patient of urban origin who attends the dermatology consultation, for 3 years has had acronical macula lesions. Patients were cyclicly treated with acupuncture and auto hemotherapy at acupuncture points. The evolution in both patients was satisfactory to treatment, due to the clinical response obtained.El Vitiligo es una enfermedad adquirida crónica, caracterizada por maculas des pigmentadas en la piel, que resulta de la destrucción selectiva de los melanocitos. Se presentan dos casos, el caso 1: paciente masculino de 12 años de edad procedencia urbana que acude a la consulta de dermatología de su área de salud. Desde los 7 años de edad comenzó con manchas blancas en la cara (alrededor de los ojos) y se fue extendiendo a toda la piel de cuerpo. Caso 2, paciente femenina de 11 años de edad procedencia urbana que acude a la consulta de dermatología, desde hace 3 años presenta lesiones maculas acrónica. Los pacientes recibieron tratamientos de forma cíclica con acupuntura y auto hemoterapia en puntos de acupuntura. La evolución en ambos pacientes fue satisfactoria al tratamiento, debido a la respuesta clínica obtenida.O vitiligo é uma doença crônica adquirida, caracterizada por máculas pigmentadas na pele, resultantes da destruição seletiva de melanócitos. Dois casos são apresentados, caso 1: paciente de 12 anos de origem urbana que atende a consulta de dermatologia em sua área de saúde. A partir dos 7 anos começou com manchas brancas no rosto (ao redor dos olhos) e se espalhou para toda a pele do corpo. Caso 2, paciente do sexo feminino de 11 anos de origem urbana que frequenta a consulta de dermatologia, há 3 anos tem lesões acronical de mácula. Os pacientes foram tratados cíclicamente com acupuntura e hemoterapia automática em pontos de acupuntura. A evolução em ambos os pacientes foi satisfatória ao tratamento, devido à resposta clínica obtida