DIAGNÓSTICO AUTOMATIZADO DE DOENÇAS NO COLO DO ÚTERO BASEADO EM REDES NEURAIS ARTIFICIAIS E PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS

Este artigo apresenta resultados preliminares obtidos pelo processo de desenvolvimento de um sistema de auxílio ao diagnóstico de doenças no colo uterino utilizando redes neurais artificiais e processamento de imagens digitais. A arquitetura da rede neural utilizada é aMultiLayer Perceptron (MLP), treinada com o algoritmo backpropagation. O sistema contém um conjunto de algoritmos de processamento de imagens, desenvolvidos utilizando a Java Advanced Imaging API, para auxiliar nas funcionalidades deste trabalho. Além disso, também foi desenvolvido um registro eletrônico do paciente, objetivando armazenar e recuperar, de forma eficaz, informações ginecológicas das pacientes

Transporte de fônons em geometrias fractais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010O transporte térmico em geometrias fractais é investigado utilizando o formalismo de funções de Green atomísticas. Os fractais considerados são o triângulo de Sierpinski, o Barnsley Fern e a Self-contacting Tree. A densidade de estados total e local, transmissão de fônons e estimativas da condutância térmica são calculadas utilizando o formalismo descrito. Além disso, funções de correlação são utilizadas para analisar os resultados. A influência da desordem nas propriedades de transporte é investigada e observa-se uma transição de estados fractônicos para fonônicos na presença de desordem. Argumenta-se que os fônons gerados podem ser estendidos ou localizados devido às oscilações presentes na condutância térmica em função do nível de desordem. Portanto, observa-se um comportamento distinto daquele esperado pela teoria da localização de Anderson onde as funções de onda associadas as vibrações da rede deveriam apresentar efeitos de localização dependentes da desordem. É observado que para determinados intervalos de desordem os fônons gerados são estendidos. Neste caso, o modelo de Anderson pode não ser o mais indicado para descrever a transição. No entanto, para níveis de desordem onde a dimensão de correlação encontra-se em um regime de dimensão fractal estatística, os resultados obtidos são condizentes com aqueles esperados pelo modelo de Anderson

PRONTUÁRIO ELETRÔNICO PARA ACOMPANHAMENTO MÉDICO DOS PACIENTES DE UMA UNIDADE DE TERAPIA INTENSIVA

O cuidado intensivo e o monitoramento constante dos pacientes internados em uma unidade de terapia intensiva, devido aos seus críticos estados de saúde, são fundamentais para acompanhar sua evolução ao longo do tempo. Este trabalho apresenta o estágio atual do desenvolvimento de um Prontuário Eletrônico do Paciente, solução baseada em software livre, responsável pelo gerenciamento dos pacientes internados na UTI do Hospital Regional de Araranguá. Além de tarefas fundamentais como o armazenamento e recuperação de informações médicas, o sistema oferece funcionalidades como o cálculo do balanço hídrico e padronização dos nomes de doenças pelo Código Internacional de Doenças - CID 10

Interações nanopartícula-células e biomaterial-células induzem mudanças globais em programas de expressão de genes

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014Esta tese apresenta uma série de investigações e resultados na interface entre ciência dos materiais, ciência da computação e biologia, em que, primeiramente, interações nanopartícula-célula foram estudadas utilizando simulações de dinâmica molecular, buscando compreender aspectos fisico-químicos da interface existente entre nanomateriais e células. A partir destes estudos, logo ficou evidente que novos métodos para estudar estas interações, assim como interações biomaterial-célula, seriam necessários. Neste sentido, uma abordagem baseada em biologia de sistemas (CellNet) foi utilizada para elucidar mudanças globais em programas de expressão de genes em células interagindo com nanopartículas ou cultivadas em culturas de células organóides. Estes métodos foram primeiramente desenvolvidos e validados para área de células-tronco, especificamente para experimentos de engenharia de identidade celular, tais como reprogramação de células somáticas para um estado de pluripotência induzida, diferenciação dirigida de células-tronco pluripotentes para tipos de células específicos (cardiomiócitos) e conversão direta entre células somáticas (fibroblastos para cardiomiócitos). Aplicação de CellNet para interações nanopartícula-célula indicou que mudanças transcricionais significativas podem ocorrer, tal como quantificado pelo estabelecimento de redes reguladoras de genes (GRN) em células do sistema imune incubadas com nanopartículas de ouro, funcionalizadas com oligonucleotídeos. Além disso, respostas inflamatórias podem estar associadas a estas interações, uma vez que genes regulando vias de sinalização mediadas por interferon são super expressos. Análise de queratinócitos humanos em plataformas de cultura celular organóides mostrou o estabelecimento completo da GRN da pele e que existem diferenças significativas no transcriptoma de células cultivadas em plataformas bidimensionais e tridimensionais. Nanopartículas ativáveis por processos de remodelagem da matriz extracelular foram desenvolvidas e caracterizadas, onde se verificou que a ativação por proteases específicas tais como MMP9/2 e uPA é possível, juntamente com a aparente inibição da atividade da enzima catepsina B, sugerindo uma abordagem terapêutica plausível para tumores apresentando padrões de super expressão de MMP9/2 e catepsina B. Os resultados deste trabalho contribuem para o entendimento de interações nanomaterial/biomaterial-célula e o projeto de nanopartículas terapêuticas, assim como melhor entendimento sobre os três principais paradigmas de engenharia celular atualmente amplamente utilizados.Abstract: This thesis presents investigations and results at the interface between materials science, computer science and biology where nanoparticle-cell interactions were studied using molecular dynamics simulations, aiming at understanding physical-chemical aspects of the interface existing between nanomaterials and cells. From these studies was evident that new methods to study such interactions as well as biomaterial-cell interactions would be required. Thus, an approach based on systems biology (CellNet) was used to elucidate global changes in gene expression programs in cells interacting with nanoparticles or cultured in organoid cell cultures. Firstly, these methods were developed and validated for stem cells, especifically to the engineering of cell identity such as reprogramming of somatic cells to pluripotency, directed differentiation of stem cells to specific lineages (such cardiomyocytes) and direct conversion between somatic cells (fibroblastos to cardiomyocytes). CellNet application to nanoparticle-cell interactions showed that significant transcriptional changes may occur as quantified by the establishment of Gene Regulatory Networks (GRNs) in immune system cells incubated with gold nanoparticles functionalized with oligonucleotides. In addition, inflammatory responses might be associated as suggested by the upregulation of genes regulating interferon-mediated signaling pathways. Analysis of human keratinocytes in organoid cell culture indicated the full establishment of the skin GRN and that there are major differences between cells cultured in bidimensional and tridimensional platforms at the transcriptome level. Nanoparticles activated by extracellular matrix remodelling processes were developed and characterized, where it was demonstrated that activation by specific proteases such as MMP9 and MMP2 is possible as well as an unclear effect on the inhibitionof Cathepsin B by nanoparticles, suggesting a therapeutic strategy for cancers showing upregulation of MMP9, MMP2 and cathepsin B. The results presented contribute to a better understanding of nanoparticle/biomaterialcell interactions, the design of therapeutic nanomaterials as well as a better understanding regarding the three major cell engineering paradigms widely used

Implementação do Modelo Neural Artificial de Hopfield para Reconhecimento de Padrões Binários

Este artigo demonstra uma implementação do modelo neuralartificial de Hopfield aplicado ao reconhecimento de padrões binários. O objetivo é, além de apresentar uma implementação sucinta desse modelo neural, simplificar o entendimento do desenvolvimento de aplicações que utilizam redes neurais através da criação de um protótipo de software que além de possuir uma interface de fácil interação, demonstra o processo de aprendizado e generalização de uma rede neural

Modelagem da incerteza pela Inferência Bayesiana em um Estudo de Caso de Doenças Lombares

Existem diferentes ferramentas para modelagem da incerteza, asquais utilizam somente um mecanismo de representação de conhecimento. Oobjetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de uma ferramenta, intituladashell Pegasus, que propicie em uma interface unificada diferentesmetodologias para modelagem da incerteza, como fatores de certeza, lógicafuzzy, teoria de Dempster-Shafer e redes bayesianas. Este artigo trataespecificamente sobre como a inferência bayesiana é realizada na mesma,sendo o diagnóstico de lombalgia utilizado como problema a partir do qual osresultados são obtidos e analisados

Modelagem da incerteza pela Inferência Bayesiana em um Estudo de Caso de Doenças Lombares

Existem diferentes ferramentas para modelagem da incerteza, asquais utilizam somente um mecanismo de representação de conhecimento. Oobjetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de uma ferramenta, intituladashell Pegasus, que propicie em uma interface unificada diferentesmetodologias para modelagem da incerteza, como fatores de certeza, lógicafuzzy, teoria de Dempster-Shafer e redes bayesianas. Este artigo trataespecificamente sobre como a inferência bayesiana é realizada na mesma,sendo o diagnóstico de lombalgia utilizado como problema a partir do qual osresultados são obtidos e analisados

Ferramenta para desenvolvimento de Sistemas Inteligentes Baseada em Teorias para Modelagem da Incerteza

Este artigo apresenta a proposta de desenvolvimento de umaferramenta para modelagem da incerteza utilizando três teorias: fatores decerteza, Dempeter-Shafer e redes bayesianas. Portanto, é uma proposta deunificação de diferentes teorias em um único ambiente de desenvolvimento,visando propiciar a criação de sistemas inteligentes bem como o ensino deinteligência artificial

Reconstruction of complex single-cell trajectories using CellRouter

A better understanding of the cell-fate transitions that occur in complex cellular ecosystems in normal development and disease could inform cell engineering efforts and lead to improved therapies. However, a major challenge is to simultaneously identify new cell states, and their transitions, to elucidate the gene expression dynamics governing cell-type diversification. Here, we present CellRouter, a multifaceted single-cell analysis platform that identifies complex cell-state transition trajectories by using flow networks to explore the subpopulation structure of multi-dimensional, single-cell omics data. We demonstrate its versatility by applying CellRouter to single-cell RNA sequencing data sets to reconstruct cell-state transition trajectories during hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) differentiation to the erythroid, myeloid and lymphoid lineages, as well as during re-specification of cell identity by cellular reprogramming of monocytes and B-cells to HSPCs. CellRouter opens previously undescribed paths for in-depth characterization of complex cellular ecosystems and establishment of enhanced cell engineering approaches

Interaction of tau with the RNA-Binding Protein TIA1 Regulates tau Pathophysiology and Toxicity

Dendritic mislocalization of microtubule associated protein tau is a hallmark of tauopathies, but the role of dendritic tau is unknown. We now report that tau interacts with the RNA-binding protein (RBP) TIA1 in brain tissue, and we present the brain-protein interactome network for TIA1. Analysis of the TIA1 interactome in brain tissue from wild-type (WT) and tau knockout mice demonstrates that tau is required for normal interactions of TIA1 with proteins linked to RNA metabolism, including ribosomal proteins and RBPs. Expression studies show that tau regulates the distribution of TIA1, and tau accelerates stress granule (SG) formation. Conversely, TIA1 knockdown or knockout inhibits tau misfolding and associated toxicity in cultured hippocampal neurons, while overexpressing TIA1 induces tau misfolding and stimulates neurodegeneration. Pharmacological interventions that prevent SG formation also inhibit tau pathophysiology. These studies suggest that the pathophysiology of tauopathy requires an intimate interaction with RNA-binding proteins