A new lattice Boltzmann model for interface reactions between immiscible fluids

In this paper, we describe a lattice Boltzmann model to simulate chemical reactions taking place at the interface between two immiscible fluids. The phase-field approach is used to identify the interface and its orientation, the concentration of reactant at the interface is then calculated iteratively to impose the correct reactive flux condition. The main advantages of the model is that interfaces are considered part of the bulk dynamics with the corrective reactive flux introduced as a source/sink term in the collision step, and, as a consequence, the model’s implementation and performance is independent of the interface geometry and orientation. Results obtained with the proposed model are compared to analytical solution for three different benchmark tests (stationary flat boundary, moving flat boundary and dissolving droplet). We find an excellent agreement between analytical and numerical solutions in all cases. Finally, we present a simulation coupling the Shan Chen multiphase model and the interface reactive model to simulate the dissolution of a collection of immiscible droplets with different sizes rising by buoyancy in a stagnant fluid

Finite element formulation to study thermal stresses in nanoencapsulated phase change materials for energy storage

Nanoencapsulated phase change materials (nePCMs) – which are composed of a core with a phase change material and of a shell that envelopes the core – are currently under research for heat storage applications. Mechanically, one problem encountered in the synthesis of nePCMs is the failure of the shell due to thermal stresses during heating/cooling cycles. Thus, a compromise between shell and core volumes must be found to guarantee both mechanical reliability and heat storage capacity. At present, this compromise is commonly achieved by trial and error experiments or by using simple analytical solutions. On this ground, the current work presents a thermodynamically consistent and three-dimensional finite element (FE) formulation considering both solid and liquid phases to study thermal stresses in nePCMs. Despite the fact that there are several phase change FE formulations in the literature, the main novelty of the present work is its monolithic coupling – no staggered approaches are required – between thermal and mechanical fields. Then, the FE formulation is implemented in a computational code and it is validated against one-dimensional analytical solutions. Finally, the FE model is used to perform a thermal stress analysis for different nePCM geometries and materials to predict their mechanical failure by using Rankine’s criterion

Periodontitis is more than a local disease. Epicardial fat tissue amounts to more than an occasional finding

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Cardiovascular risk in HIV-infected patients

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Identification and molecular characterization of bone-related micrornas: functional implications

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014MicroRNAs (miRNAs) are a conserved class of small RNAs providing a post-transcriptional mechanism for fine-tuning of intricate physiological and pathological cellular processes, such as those affecting development. Skeletogenesis however, was so far poorly investigated and mainly focused on mammalian models, with a general lack of knowledge concerning other vertebrates. We aimed at the identification of bone-related miRNAs and their characterization from an evolutionary perspective, using fish (mostly zebrafish) as model, in comparison to mammalian systems. First, we focused on miR-223, a miRNA that was associated with bone remodelling. We demonstrated that miR-223 genomic organization/context and primary/secondary structures are largely maintained between human and zebrafish. As in mammals, miR-223 expression in zebrafish was highly correlated with hematopoietic events and osteoclastogenesis. Finally, miR-223 targets identified in mammals were also predicted in zebrafish, supporting a functional conservation of this miRNA. In a second set of experiments, we studied the biological role of miR-29a, a bone-related miRNA that was fairly investigated in mammals, but with no mineralogenic effects yet demonstrated. We took advantage of our fish bone-derived systems to explore miR-29a mineralogenic effects through gain-of-function experiments. We demonstrated a strong stimulation of this process through a mechanism probably involving the canonical Wnt signalling. Once more, through bioinformatics analysis, patterns of expression and target prediction/validation, we provided evidences for miR-29 conservation throughout evolution. Finally, we explored miR-214 putative roles on skeleton formation in vertebrates. Although our initial hypothesis of miR-214 involvement in osteogenesis was recently demonstrated by Wang et al. (2013), we proceeded with our investigation and finally showed that miR-214 is also associated with chondrogenesis. Overexpression of miR-214 in ATDC5 cells mitigated differentiation and down-regulated Mgp and Osteocalcin, probably by targeting Atf4. This work provides novel evidence that some miRNAs have conserved functions across vertebrates and, probably, conserved regulatory mechanisms of action.Nos últimos anos, assistiu-se a uma marcante expansão na área da biologia molecular, devendo-se isto principalmente à descoberta de pequenas moléculas de RNA não codante e ao seu modo peculiar de intervir na regulação genética. Dentro deste grupo de moléculas, os microRNAs (miRNAs) são, definitivamente, a classe melhor compreendida, o que se comprova pelo crescimento exponencial do número de trabalhos publicados desde a sua descoberta. Os miRNAs, na sua forma matura, são RNAs com aproximadamente 22 nucleótidos (nt), altamente conservados em vertebrados e que asseguram um controlo apertado de vários processos celulares através de uma regulação pós-transcricional. Esta regulação ocorre através da ligação específica do miRNA à 3’UTR do RNA mensageiro (mRNA). Neste mecanismo, destaca-se o envolvimento do complexo RISC (RNA-induced silencing complex; associado ao miRNA), a complementaridade da denominada região “seed” (extremidade 5’ do miRNA) ao mRNA, e o consequente bloqueio da tradução ou degradação do mRNA. Desta forma, cada miRNA pode regular centenas de genes transcritos, e de facto, hoje em dia pensa-se que a maioria dos genes humanos são controlados por miRNAs. Assim, os miRNAs são considerados não só importantes reguladores de múltiplos processos biológicos, incluindo desenvolvimento, diferenciação e apoptose celular, mas também responsáveis por vários processos patológicos, como o cancro, onde se observou que inúmeros miRNAs têm a sua expressão desregulada. Assim, a caracterização dos miRNAs (a vários níveis) é fundamental para a compreensão das suas funções, permitindo alargar também o conhecimento dos processos biológicos e patológicos onde estão envolvidos. Apesar do conhecimento sobre miRNAs ter aumentado francamente nos últimos anos, o papel dos miRNAs na formação e homeostasia do osso ainda está pouco caracterizado, e a maioria dos estudos tem abordado principalmente esta forma de regulação em mamíferos, havendo assim uma lacuna de conhecimento na regulação destes processos noutros vertebrados. Neste sentido, este trabalho focou-se na identificação de miRNAs potencialmente envolvidos na regulação do osso e na sua caracterização numa perspectiva evolutiva, usando o peixe (essencialmente o peixe-zebra) como modelo, e em comparação com mamíferos. Numa primeira abordagem, focámos a nossa investigação no estudo do miR-223, um miRNA anteriormente associado à diferenciação celular da linhagem hematopoiética e ao processo de remodelação óssea. Neste estudo, demonstramos que a organização e contexto genómicos do miR-223 estão preservados em vertebrados, verificando-se uma conservação das estruturas primária e secundária do pre-miR-223 em 46 espécies. Este estudo mostra ainda que a expressão deste miRNA se correlaciona com determinadas fases do desenvolvimento do peixe-zebra onde a hematopoiese e a osteoclastogénese são eventos predominantes. Além disso, este estudo mostra que o miR-223 apresenta uma expressão elevada no principal órgão hematopoético de peixes e ratinhos adultos (rim anterior e medula óssea, respectivamente), sugerindo que a função hematopoiética também se encontra conservada. Por último, através de análise bioinformática demonstrámos que a regulação de genes alvo do miR-223 em mamíferos também deverá estar mantida em peixe-zebra. Na secção seguinte estudámos o papel biológico do miR-29a, cujo efeito osteogénico em mamíferos se encontra bem caracterizado, mas sem nenhum fenótipo mineralogénico ainda associado. Neste estudo utilizámos uma linha celular derivada do osso de peixe previamente desenvolvida no nosso laboratório e com capacidade de mineralização in vitro. A fim de explorar os efeitos mineralogénicos do miR-29a foram realizadas experiências de ganho de função. O aumento dos níveis endógenos deste miRNA resultaram num incremento da mineralização da matriz extra-celular, o que provavelmente terá sido devido a uma aceleração da diferenciação celular pelo potenciamento da via de sinalização Wnt, tal como evidenciado pela acumulação de um dos seus principais componentes, a -catenina. Além disso, foi demonstrada a conservação da função deste miRNA através de estudos baseados em homologia de sequências, análise de sintenia, padrão de expressão tecidular e na manutenção da regulação do SPARC, um alvo previamente descrito em mamíferos. Reforçou-se assim a ideia de que o miR-29a é um regulador crucial na diferenciação de osteoblastos, induzindo um aumento da mineralização em sistemas in vitro. Finalmente, explorámos a hipótese do miR-214 ser regulador da formação do esqueleto/osso, em vertebrados. Apesar da nossa primeira hipótese, que consistia no envolvimento do miR-214 na osteogénese, ter sido entretanto demonstrada através do trabalho realizado por Wang et al. (2013), continuámos com este estudo, tentando demonstrar um potencial envolvimento deste miRNA na condrogénese, um processo essencial na formação do esqueleto de vertebrados. Através do padrão de expressão espacial e temporal do miR-214 durante o desenvolvimento do peixe-zebra, verificou-se uma clara associação com estruturas cartilagíneas. Adicionalmente, demonstrámos que a região reguladora (promotor) do transcrito primário deste miRNA se encontra conservada em oito vertebrados, assim como os locais de ligação de factores de transcrição (associados à condrogénese e/ou osteogénese) identificados. De acordo com a análise funcional deste promotor, concluiu-se que esta região reguladora (quer de peixe-zebra quer de humano) é activada e regulada de forma semelhante em condrócitos e osteoblastos. Por último, verificou-se que a sobreexpressão do miR-214 nas células ATDC5, um modelo in vitro para a condrogénese, atenua a diferenciação condrocítica, possivelmente através da regulação do gene Atf4. O decréscimo simultâneo de dois marcadores ósseos, a Mgp e a osteocalcina, aquando da sobreexpressão deste miRNA sugere que a mineralização dos condrócitos poderá estar comprometida nesta condição. Assim, propomos que o miR-214 desempenha um papel fundamental na formação do esqueleto de vertebrados, não apenas pela regulação da osteogénese, mas também pelo controlo da condrogénese, promovendo assim a normal e equilibrada formação de estruturas ósseas e cartilagíneas. No seu conjunto, estes estudos evidenciam uma conservação na função e mecanismos de regulação de muitos dos miRNAs identificados em vertebrados. Este conhecimento é bastante importante, por exemplo para a investigação de tratamento de patologias, uma vez que permite a utilização de modelos alternativos no rastreio de potenciais alvos terapêuticos, com particular destaque para as vias reguladas por miRNAs. Nesta perspectiva, em doenças como por exemplo a osteoporose, onde se verifica uma perda de massa óssea, terapias que estimulem a acção de miRNAs que promovam a osteoblastogénese ou que inibam a osteoclástogénese, são atractivas e com grande potencial na estimulação da formação óssea ou na redução da reabsorção óssea excessiva, respectivamente.Fundação para a Ciência e Tecnologia (SFRH/BD/38607/2007),pelo financiamento da bolsa de doutoramento, Fundação Calouste Gulbenkian, através do programa ‘‘Na Fronteira das Ciências da Vida’’ pelo co-financiamento deste trabalho

Physical activity after coronary revascularization

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From soil remediation to biofuel. Process simulation of bioethanol production from Arundo donax

A range of energy crops can be grown on marginal land (i.e. land that is not suitable for food crop production or contaminated site) to provide feedstocks for bioenergy, non-food products and biofuels. The food versus fuel debate had a significant negative impact in Europe on first generation biofuels production from food crops (i.e. wheat, rapeseed, etc). A new approach involving the use of marginal land for the production of lignocellulosic species for the production of bioethanol is now pursued in Italy and in many other countries, where the demand for high quality water resources, arable land, food and fossil fuels is rapidly growing. With an emerging “feed versus fuel debate” there is a pressing need to find options for the use of marginal lands and wastewaters or saline ground waters to produce second generation biofuel or bio paper crops. Arundo donax was selected as a potential crop for use in these areas, since it produces more cellulosic biomass and sequesters more contaminants, using less land and pesticides than any other alternative crops reported in the literature. The objective of this paper is to evaluate economically a simplified process for the production of second generation bioethanol from A. donax. Process calculations and economic analyses are performed using the software SuperPro Designer®

Calcium mediates dorsoventral patterning of mesoderm in Xenopus

AbstractCalcium signals participate in the differentiation of electrically excitable and nonexcitable cells; one example of this differentiation is the acquisition of mature neuronal phenotypes [1]. For example, transient elevations of the intracellular calcium concentration have been recorded in the ectoderm of early embryos, and this elevation has been proposed to participate in neural induction [2–5]. Here, we present molecular evidence indicating that voltage-sensitive calcium channels (VSCC) are involved in early developmental processes leading to the establishment of the dorsoventral (D-V) patterning of a vertebrate embryo. We report that α1S VSCC are expressed selectively in the dorsal marginal zone at the early gastrula stage. The expression of the VSCC correlates with elevated intracellular calcium levels, as evaluated by the fluorescence of the intracellular calcium indicator Fluo-3. Misexpression of VSCC leads to a strong dorsalization of the ventral marginal zone and induction of the secondary axis but no direct neuralization of the ectoderm. Moreover, specific inhibition of VSCC by the use of calcicludine results in ventralization of the dorsal mesoderm. Together, these results indicate that calcium channels regulate mesodermal patterning by specificating the D-V identity of the mesodermal cells. The D-V patterning of the mesoderm has been shown to depend on a gradient of BMPs activity. We discuss the possibility that VSCC affect or act downstream of BMPs activity