Electronic Devices for the Combination of Electrically Controlled Drug Release, Electrostimulation, and Optogenetic Stimulation for Nerve Tissue Regeneration

[ES] La capacidad de las células madre para proliferar formando distintas células especializadas les otorga la potencialidad de servir de base para terapias efectivas para patologías cuyo tratamiento era inimaginable hasta hace apenas dos décadas. Sin embargo, esta capacidad se encuentra mediada por estímulos fisiológicos, químicos, y eléctricos, específicos y complejos, que dificultan su traslación a la rutina clínica. Por ello, las células madre representan un campo de estudio en el que se invierten amplios esfuerzos por parte de la comunidad científica. En el ámbito de la regeneración nerviosa, para modular su desarrollo y diferenciación el tratamiento farmacológico, la electroestimulación, y la estimulación optogenética son técnicas que están consiguiendo prometedores resultados. Es por ello por lo que en la presente tesis se ha desarrollado un conjunto de sistemas electrónicos para permitir la aplicación combinada de estas técnicas in vitro, con perspectiva a su aplicación in vivo. Hemos diseñado una novedosa tecnología para la liberación eléctricamente controlada de fármacos. Esta tecnología está basada en nanopartículas de sílice mesoporosa y puertas moleculares de bipiridina-heparina. Las puertas moleculares son electroquímicamente reactivas, y encierran los fármacos en el interior de las nanopartículas, liberándolos ante un estímulo eléctrico. Hemos caracterizado esta tecnología, y la hemos validado mediante la liberación controlada de rodamina en cultivos celulares de HeLa. Para la combinación de liberación controlada de fármacos y electroestimulación hemos desarrollado dispositivos que permiten aplicar los estímulos eléctricos de forma configurable desde una interfaz gráfica de usuario. Además, hemos diseñado un módulo de expansión que permite multiplexar las señales eléctricas a diferentes cultivos celulares. Además, hemos diseñado un dispositivo de estimulación optogenética. Este tipo de estimulación consiste en la modificación genética de las células para que sean sensibles a la radiación lumínica de determinada longitud de onda. En el ámbito de la regeneración de tejido mediante células precursoras neurales, es de interés poder inducir ondas de calcio, favoreciendo su diferenciación en neuronas y la formación de circuitos sinápticos. El dispositivo diseñado permite obtener imágenes en tiempo real mediante microscopía confocal de las respuestas transitorias de las células al ser irradiadas. El dispositivo se ha validado irradiando neuronas modificadas con luz pulsada de 100 ms. También hemos diseñado un dispositivo electrónico complementario de medida de irradiancia con el doble fin de permitir la calibración del equipo de irradiancia y medir la irradiancia en tiempo real durante los experimentos in vitro. Los resultados del uso de los bioactuadores en procesos complejos y dinámicos, como la regeneración de tejido nervioso, son limitados en lazo abierto. Uno de los principales aspectos analizados es el desarrollo de biosensores que permitiesen la cuantización de ciertas biomoléculas para ajustar la estimulación suministrada en tiempo real. Por ejemplo, la segregación de serotonina es una respuesta identificada en la elongación de células precursoras neurales, pero hay otras biomoléculas de interés para la implementación de un control en lazo cerrado. Entre las tecnologías en el estado del arte, los biosensores basados en transistores de efecto de campo (FET) funcionalizados con aptámeros son realmente prometedores para esta aplicación. Sin embargo, esta tecnología no permitía la medición simultánea de más de una biomolécula objetivo en un volumen reducido debido a las interferencias entre los distintos FETs, cuyos terminales se encuentran inmersos en la solución. Por ello, hemos desarrollado instrumentación electrónica capaz de medir simultáneamente varios de estos biosensores, y la hemos validado mediante la medición simultánea de pH y la detección preliminar de serotonina y glutamato.[CA] La capacitat de les cèl·lules mare per a proliferar formant diferents cèl·lules especialitzades els atorga la potencialitat de servir de base per a teràpies efectives per a patologies el tractament de les quals era inimaginable fins fa a penes dues dècades. No obstant això, aquesta capacitat es troba mediada per estímuls fisiològics, químics, i elèctrics, específics i complexos, que dificulten la seua translació a la rutina clínica. Per això, les cèl·lules mare representen un camp d'estudi en el qual s'inverteixen amplis esforços per part de la comunitat científica. En l'àmbit de la regeneració nerviosa, per a modular el seu desenvolupament i diferenciació el tractament farmacològic, l'electroestimulació, i l'estimulació optogenética són tècniques que estan aconseguint prometedors resultats. És per això que en la present tesi s'ha desenvolupat un conjunt de sistemes electrònics per a permetre l'aplicació combinada d'aquestes tècniques in vitro, amb perspectiva a la seua aplicació in vivo. Hem dissenyat una nova tecnologia per a l'alliberament elèctricament controlat de fàrmacs. Aquesta tecnologia està basada en nanopartícules de sílice mesoporosa i portes moleculars de bipiridina-heparina. Les portes moleculars són electroquímicament reactives, i tanquen els fàrmacs a l'interior de les nanopartícules, alliberant-los davant un estímul elèctric. Hem caracteritzat aquesta tecnologia, i l'hem validada mitjançant l'alliberament controlat de rodamina en cultius cel·lulars de HeLa. Per a la combinació d'alliberament controlat de fàrmacs i electroestimulació hem desenvolupat dispositius que permeten aplicar els estímuls elèctrics de manera configurable des d'una interfície gràfica d'usuari. A més, hem dissenyat un mòdul d'expansió que permet multiplexar els senyals elèctrics a diferents cultius cel·lulars. A més, hem dissenyat un dispositiu d'estimulació optogenètica. Aquest tipus d'estimulació consisteix en la modificació genètica de les cèl·lules perquè siguen sensibles a la radiació lumínica de determinada longitud d'ona. En l'àmbit de la regeneració de teixit mitjançant cèl·lules precursores neurals, és d'interés poder induir ones de calci, afavorint la seua diferenciació en neurones i la formació de circuits sinàptics. El dispositiu dissenyat permet obtindré imatges en temps real mitjançant microscòpia confocal de les respostes transitòries de les cèl·lules en ser irradiades. El dispositiu s'ha validat irradiant neurones modificades amb llum polsada de 100 ms. També hem dissenyat un dispositiu electrònic complementari de mesura d'irradiància amb el doble fi de permetre el calibratge de l'equip d'irradiància i mesurar la irradiància en temps real durant els experiments in vitro. Els resultats de l'ús dels bioactuadors en processos complexos i dinàmics, com la regeneració de teixit nerviós, són limitats en llaç obert. Un dels principals aspectes analitzats és el desenvolupament de biosensors que permeteren la quantització de certes biomolècules per a ajustar l'estimulació subministrada en temps real. Per exemple, la segregació de serotonina és una resposta identificada amb l'elongació de les cèl·lules precursores neurals, però hi ha altres biomolècules d'interés per a la implementació d'un control en llaç tancat. Entre les tecnologies en l'estat de l'art, els biosensors basats en transistors d'efecte de camp (FET) funcionalitzats amb aptàmers són realment prometedors per a aquesta aplicació. No obstant això, aquesta tecnologia no permetia el mesurament simultani de més d'una biomolècula objectiu en un volum reduït a causa de les interferències entre els diferents FETs, els terminals dels quals es troben immersos en la solució. Per això, hem desenvolupat instrumentació electrònica capaç de mesurar simultàniament diversos d'aquests biosensors i els hem validat amb mesurament simultani del pH i la detecció preliminar de serotonina i glutamat.[EN] The stem cells' ability to proliferate to form different specialized cells gives them the potential to serve as the basis for effective therapies for pathologies whose treatment was unimaginable until just two decades ago. However, this capacity is mediated by specific and complex physiological, chemical, and electrical stimuli that complicate their translation to clinical routine. For this reason, stem cells represent a field of study in which the scientific community is investing a great deal of effort. In the field of nerve regeneration, to modulate their development and differentiation, pharmacological treatment, electrostimulation, and optogenetic stimulation are techniques that are achieving promising results. For this reason, we have developed a set of electronic systems to allow the combined application of these techniques in vitro, with a view to their application in vivo. We have designed a novel technology for the electrically controlled release of drugs. This technology is based on mesoporous silica nanoparticles and bipyridine-heparin molecular gates. The molecular gates are electrochemically reactive and entrap the drugs inside the nanoparticles, releasing them upon electrical stimulus. We have characterized this technology and validated it by controlled release of rhodamine in HeLa cell cultures. For combining electrostimulation and controlled drug release we have developed devices that allow applying the different electrical stimuli in a configurable way from a graphical user interface. In addition, we have designed an expansion module that allows multiplexing electrical signals to different cell cultures. In addition, we have designed an optogenetic stimulation device. This type of stimulation consists of genetically modifying cells to make them sensitive to light radiation of a specific wavelength. In tissue regeneration using neural precursor cells, it is interesting to be able to induce calcium waves, favoring the cell differentiation into neurons and the formation of synaptic circuits. The designed device enable the obtention of real-time images through confocal microscopy of the transient responses of cells upon irradiation. The device has been validated by irradiating modified neurons with 100 ms pulsed light stimulation. We have also designed a complementary electronic irradiance measurement device to allow calibration of the irradiator equipment and measuring irradiance in real time during in vitro experiments. The results of using bioactuators in complex and dynamic processes, such as nerve tissue regeneration, are limited in an open loop. One of the main aspects analyzed is the development of biosensors that would allow quantifying of specific biomolecules to adjust the stimulation provided in real time. For instance, serotonin secretion is an identified response of neural precursor cells elongation, among other biomolecules of interest for the implementation of a closed-loop control. Among the state-of-the-art technologies, biosensors based on field effect transistors (FETs) functionalized with aptamers are promising for this application. However, this technology did not allow the simultaneous measurement of more than one target biomolecule in a small volume due to interferences between the different FETs, whose terminals are immersed in the solution. This is why we have developed electronic instrumentation capable of simultaneously measuring several of these biosensors, and we have validated it with the simultaneous pH measurement and the preliminary detection of serotonin and glutamate.Monreal Trigo, J. (2023). Electronic Devices for the Combination of Electrically Controlled Drug Release, Electrostimulation, and Optogenetic Stimulation for Nerve Tissue Regeneration [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19384

Disseny i desenvolupament d'un espectròmetre òptic versàtil de baix cost

Making use of the diffraction phenomenon, it is designed and developed a versatile low-cost optic spectrometer. After its wavelength calibration using diodes-lasers and amplitude calibration using a continuous source, it is possible to characterize the spectrum of different light sources. Results are compared with ones are obtained with a commercial spectrometer.En aquesta memòria es detalla el procés de disseny, desenvolupament i prototipatge d’un sistema de mesura de l’espectre visible. L’objectiu a complir és l’obtenció d’un dispositiu reproduïble, competitiu a nivell tècnic amb els models comercials de docència actuals, amb un preu més econòmic i totalment accessible. El dispositiu resultant reuneix les característiques de ser portàtil, versàtil, compacte, econòmic, accessible i distribuïble. El cor del projecte és el software, que com a característica clau permet ser utilitzat amb pràcticament qualsevol càmera, és fàcilment modificable i permet ser executat després d’una instal·lació bàsica. El prototipatge s’ha realitzat amb una càmera comercial amb connexió USB amb la fi de trobar un balanç entre assequibilitat i resolució del producte final: un preu vint voltes més econòmic i una resolució que s’aproxima a l’espectrofotòmetre comercial emprat com a referència.Monreal Trigo, J. (2017). Disseny i desenvolupament d'un espectròmetre òptic versàtil de baix cost. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/87701TFG

Volume, Surface, Connectivity and Size Distribution of Soil Pore Space in CT Images: Comparison of Samples at Different Depths from Nearby Natural and Tillage Areas

The study of soil structure, i.e., the pores, is of vital importance in different fields of science and technology. Total pore volume (porosity), pore surface, pore connectivity and pore size distribution are some (probably the most important) of the geometric measurements of pore space. The technology of X-ray computed tomography allows us to obtain 3D images of the inside of a soil sample enabling study of the pores without disturbing the samples. In this work we performed a set of geometrical measures, some of them from mathematical morphology, to assess and quantify any possible difference that tillage may have caused on the soil. We compared samples from tilled soil with samples from a soil with natural vegetation taken in a very close area. Our results show that the main differences between these two groups of samples are total surface area and pore connectivity per unit pore volume

Fractal parameters of pore space from CT images of soils under contrasting management practices

Soil structure plays an important role in flow and transport phenomena, and a quantitative characterization of the spatial heterogeneity of the pore space geometry is beneficial for prediction of soil physical properties. Morphological features such as pore-size distribution, pore space volume or pore?solid surface can be altered by different soil management practices. Irregularity of these features and their changes can be described using fractal geometry. In this study, we focus primarily on the characterization of soil pore space as a 3D geometrical shape by fractal analysis and on the ability of fractal dimensions to differentiate between two a priori different soil structures. We analyze X-ray computed tomography (CT) images of soils samples from two nearby areas with contrasting management practices. Within these two different soil systems, samples were collected from three depths. Fractal dimensions of the pore-size distributions were different depending on soil use and averaged values also differed at each depth. Fractal dimensions of the volume and surface of the pore space were lower in the tilled soil than in the natural soil but their standard deviations were higher in the former as compared to the latter. Also, it was observed that soil use was a factor that had a statistically significant effect on fractal parameters. Fractal parameters provide useful complementary information about changes in soil structure due to changes in soil management. Read More: http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218348X14400118?queryID=%24%7BresultBean.queryID%7D

Diseño y desarrollo de un espectrómetro óptico versátil de bajo coste

[EN] In this work, the processes of designing, developing and prototyping an instrument to measure the visible spectrum is shown in detail. The objective is to obtain a low-cost device, reproducible and technically competitive with the commercial docent models. The obtained device is portable, adaptable, compact, economic and with high connectivity. The core of the project is the software, and its key point is the compatibility with any commercial camera and it can be run in different operative systems. For this prototype a commercial camera with USB connection has been considered in order to find a balance between price and resolution for the resulting device.[ES] En este trabajo se detalla el proceso de diseño, desarrollo y prototipado de un sistema de medida del espectro visible. El objetivo que hay que cumplir es la obtención de un dispositivo reproducible, competitivo en el aspecto técnico con modelos comerciales de docencia actuales, y económico. El dispositivo resultante reúne las características de ser portátil, versátil, compacto, económico y con alta conectividad. El centro del proyecto es el software, que como característica clave permite ser utilizado prácticamente con cualquier cámara comercial y ser ejecutado desde distintos sistemas operativos. El prototipado se ha realizado con una cámara comercial con conexión USB con el fin de encontrar un equilibrio entre asequibilidad y resolución del producto final. Tiene un precio 20 veces más económico y una resolución similar al espectrofotómetro comercial utilizado como referencia.Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y FEDER (Proyecto DPI2015-71256-R) y por la Generalitat Valenciana (Proyecto PROMETEOII-2014-072).Ferrando, V.; Monreal, J.; Furlan, WD.; Monsoriu Serra, JA. (2017). Diseño y desarrollo de un espectrómetro óptico versátil de bajo coste. Tecnica Industrial. (318):48-52. https://doi.org/10.23800/9984S485231

Color doppler ultrasound for the assessment of palatal fibromucosa thickness and the trajectory of the greater palatine artery : a pilot study

The primary objective of this study was to determine the position and course of the greater palatine artery using color doppler ultrasound. The secondary objective was to determine the thickness of the palatine fibromucosa. A pilot case series study wa

Propuesta de modelo para la obtención de ventajas competitivas en el sector hotelero

Este estudio del sector hotelero pretende identificar la relación entre el aprendizaje continuo, la transferencia de conocimiento y la innovación como un medio para lograr ventajas competitivas sostenibles. En un sector cada vez más complejo, los hoteles deben reinventarse continuamente para sobrevivir. El objetivo de este estudio es la identificación de áreas en dónde las empresas puedan mantener la supervivencia o crecer a pesar de la dura y dinámica competencia.This study of the hotel sector aims to identify the relationship between continuous learning, knowledge-sharing and innovation as a means of achieving profitable competitive advantages. In an ever more complex sector, hotels have to continually reinvent themselves to survive and this study identifies areas in which survival and growth can be sustained despite severe and dynamic competition

Consecuencias Económicas y Jurídicas del Referendum en el Reino Unido sobre la Salida de la Unión Europea

El 23 de junio de 2016 se celebrará un Referéndum que marcará el devenir de las relaciones del Reino Unido con la Unión Europea. El objeto principal de el presente trabajo es determinar las causas que han llevado a la celebración del mencionado Referéndum y a su vez tratar de entender cuáles serían las consecuencias de cualquiera de los resultados posibles en el mismo, determinando las alternativas que se presentarían al Reino Unido y el futuro de la Unión sin este último

Els Primers anys de la biologia molecular a Catalunya, sabers i tècniques : l'Escola Estructuralista de Joan Antoni Subirana i Jaume Palau /

Descripció del recurs: el 13-04-2010La tesi presentada contribueix a la història del desenvolupament recent de la biologia molecular a Barcelona i es centra en l'estudi detallat de la formació d'un influent grup de recerca liderat per Joan Antoni Subirana i Jaume Palau. S'analitzen les trajectòries de les pràctiques experimentals i científiques de tots dos investigadors, la seva formació a l'estranger, els mecanismes mitjançant els quals van definir els seus interessos científics i les seves agendes de recerca. També s'estudien els processos pels quals van adquirir les seves destreses experimentals i com es van definir les seves ambicions professionals. El treball mostra la influència del procés de formació predoctoral i postdoctoral d'ambdós científics, Subirana i Palau, en el context de la comunitat acadèmica espanyola durant la dècada de 1960 i principis de la de 1970. L'estudi aporta claus per comprendre quins factors van intervenir en el sorgiment d'un grup de treball. L'elecció d'aquest grup de treball organitzat per Subirana i Palau es basa precisament en la influència que van tenir a Espanya, en el reconeixement que va obtenir el seu treball tant a Espanya com a l'estranger i el caràcter pioner dels treballs que van realitzar. Les fonts consultades constitueixen una documentació a la qual s'accedeix per primera vegada: els arxius personals de Joan Antoni Subirana i alguns materials de l'arxiu de Jaume Palau. El treball atribueix a tots dos una poderosa identitat, la de dos científics pioners que van introduir a Espanya les tècniques d'estudi de macromolècules biològiques, tant les procedents de la química física com les de difracció de raigs X. S'estudien els processos pels quals ambdós científics i els joves llicenciats del seu entorn es van formar en elles, i com els projectes de recerca d'identificació i caracterització d'histones i estructures del nucli cel lular, van articular les activitats de Subirana i de Palau en el context dels treballs d'estructura i funció dels cromosomes mitjançant la participació de tots dos científics en xarxes estrangeres i internacionals d'intercanvi de reconeixement, de sabers i de pràctiques. A més de treballar amb documentació d'arxiu i analitzar detalladament les publicacions del grup, s'ha entrevistat als científics i tècnics participants. La metodologia, entre històrica i sociològica pròpia dels estudis de la història recent de la ciència, s'inspira en treballs publicats per autors estrangers sobre grups de recerca i comunitats disciplinars que van sorgir en centres d'investigació i en universitats d'altres països. D'aquesta manera, el treball està actualitzat i han seguit de prop, en contacte personal amb alguns autors de les obres que es citen, la producció historiogràfica sobre biologia, experiments i tècniques i, més especialment, la que fa referència als coneixements, tècniques i estratègies acadèmiques dels coneixements produïts des del període d'entreguerres fins a la dècada de 1970. La tesi presenta un extens estudi de les interaccions entre científics, molècules biològiques, instruments i polítiques de subvenció a la investigació. Els instruments, les tècniques i els temes de recerca són aspectes centrals de la història que aquesta tesi analitza, que s'inscriu en els estudis sobre les cultures materials de la ciència, mostrant els detalls dels treballs de laboratori que participen en la producció de coneixement.This thesis contributes to the history of the recent development of molecular biology in Barcelona. It focuses on an influential research group led by Joan Antoni Subirana and Jaume Palau. Their trajectories, their training abroad, the mechanisms by which defined their scientific interests and research agendas as well as the processes by which they acquired their skills and test their career ambitions are analized in the context of the Spanish academic community in the 1960s and early 1970s. The study provides keys to understand which factors were involved in the emergence of a working group. The choice of the group organized by Subirana and Palau lies on the influence they had in Spain, the recognition of their work both in Spain and abroad and the pioneering nature of the work they did. For the first time this thesis access to unpublished documentation sources like the personal files from Joan Antoni Subirana and some archive material from Jaume Palau. Their contributions have a strong identity: the two scientists pioneered and introduced in Spain the techniques which allowed the study of biological macromolecules, from the physical chemistry to the X-ray diffraction. This dissertation deals with the processes by which the two young scientists and their graduates were trained and how research projects for the identification and characterization of histones and cell structures in the nucleus, were connected with the research on structure and function of chromosomes, through the participation of scientists in both foreign and international networks, in order to exchange recognition, knowledge and practices. This thesis handles archive documentation, detailed analysis of the group's publications and interviews with scientists and technicians. The methodology, including historical and sociological studies of very recent history of science, is based on published works by foreign authors on research groups and communities that emerged in disciplinary research centres and universities in other countries. Thus, the research for this thesis and the manuscript presented as a result are completely updated and performed in contact with some of the authors quoted. Particularly, it relates to the knowledge, techniques and strategies of academic knowledge produced from the inter-war period until the 1970s. The tools, techniques and research subjects are central to the story and introduces a further type of analysis that is part of the studies on the material culture of science, giving an account of the details of the laboratory work involved in the production of knowledge

Plan de negocio: Dalgona Café

Este trabajo consiste en el desarrollo de un negocio, analizando su viabilidad aplicada a la realidad. Concretamente, se trata de una cafetería minimalista, enfocada en el diseño de interior relajado y moderno, y un menú con la repostería y el café como productos clave.<br /