Polityka oświatowa i edukacyjna jako element polityki historycznej (1989-2014). Dynamika zmian treści dotyczącej Polski Ludowej

Wydział Nauk Politycznych i Dziennikarstwa

Development of nanostructured hydrogel for spatial and temporal controlled release of active compounds

L’utilisation de nanovecteurs pour la livraison contrôlée de principes actifs est un concept commun de nous jours. Les systèmes de livraison actuels présentent encore cependant des limites au niveau du taux de relargage des principes actifs ainsi que de la stabilité des transporteurs. Les systèmes composés à la fois de nanovecteurs (liposomes, microgels et nanogels) et d’hydrogels peuvent cependant permettre de résoudre ces problèmes. Dans cette étude, nous avons développé un système de livraison contrôlé se basant sur l’incorporation d’un nanovecteur dans une matrice hydrogel dans le but de combler les lacunes des systèmes se basant sur un vecteur uniquement. Une telle combinaison pourrait permettre un contrôle accru du relargage par stabilisation réciproque. Plus spécifiquement, nous avons développé un hydrogel structuré intégrant des liposomes, microgels et nanogels séparément chargés en principes actifs modèles potentiellement relargués de manière contrôlé. Ce contrôle a été obtenu par la modification de différents paramètres tels que la température ainsi que la composition et la concentration en nanovecteurs. Nous avons comparé la capacité de chargement et la cinétique de relargage de la sulforhodamine B et de la rhodamine 6G en utilisant des liposomes de DOPC et DPPC à différents ratios, des nanogels de chitosan/acide hyaluronique et des microgels de N-isopropylacrylamide (NIPAM) à différents ratios d’acide méthacrylique, incorporés dans un hydrogel modèle d’acrylamide. Les liposomes présentaient des capacités de chargement modérés avec un relargage prolongé sur plus de dix jours alors que les nanogels présentaient des capacités de chargement plus élevées mais une cinétique de relargage plus rapide avec un épuisement de la cargaison en deux jours. Comparativement, les microgels relarguaient complétement leur contenu en un jour. Malgré une cinétique de relargage plus rapide, les microgels ont démontré la possibilité de contrôler finement le chargement en principe actif. Ce contrôle peut être atteint par la modification des propriétés structurelles ou en changeant le milieu d’incubation, comme l’a montré la corrélation avec les isothermes de Langmuir. Chaque système développé a démontré un potentiel contrôle du taux de relargage, ce qui en fait des candidats pour des investigations futures.

Shaping surface acoustic waves for cardiac tissue engineering

The heart is a non-regenerating organ that gradually suffers a loss of cardiac cells and functionality. Given the scarcity of organ donors and complications in existing medical implantation solutions, it is desired to engineer a three-dimensional architecture to successfully control the cardiac cells in vitro and yield true myocardial structures similar to native heart. This thesis investigates the synthesis of a biocompatible gelatin methacrylate hydrogel to promote growth of cardiac cells using biotechnology methodology: surface acoustic waves, to create cell sheets. Firstly, the synthesis of a photo-crosslinkable gelatin methacrylate (GelMA) hydrogel was investigated with different degree of methacrylation concentration. The porous matrix of the hydrogel should be biocompatible, allow cell-cell interaction and promote cell adhesion for growth through the porous network of matrix. The rheological properties, such as polymer concentration, ultraviolet exposure time, viscosity, elasticity and swelling characteristics of the hydrogel were investigated. In tissue engineering hydrogels have been used for embedding cells to mimic native microenvironments while controlling the mechanical properties. Gelatin methacrylate hydrogels have the advantage of allowing such control of mechanical properties in addition to easy compatibility with Lab-on-a-chip methodologies. Secondly in this thesis, standing surface acoustic waves were used to control the degree of movement of cells in the hydrogel and produce three-dimensional engineered scaffolds to investigate in-vitro studies of cardiac muscle electrophysiology and cardiac tissue engineering therapies for myocardial infarction. The acoustic waves were characterized on a piezoelectric substrate, lithium niobate that was micro-fabricated with slanted-finger interdigitated transducers for to generate waves at multiple wavelengths. This characterization successfully created three-dimensional micro-patterning of cells in the constructs through means of one- and two-dimensional non-invasive forces. The micro-patterning was controlled by tuning different input frequencies that allowed manipulation of the cells spatially without any pre- treatment of cells, hydrogel or substrate. This resulted in a synchronous heartbeat being produced in the hydrogel construct. To complement these mechanical forces, work in dielectrophoresis was conducted centred on a method to pattern micro-particles. Although manipulation of particles were shown, difficulties were encountered concerning the close proximity of particles and hydrogel to the microfabricated electrode arrays, dependence on conductivity of hydrogel and difficult manoeuvrability of scaffold from the surface of electrodes precluded measurements on cardiac cells. In addition, COMSOL Multiphysics software was used to investigate the mechanical and electrical forces theoretically acting on the cells. Thirdly, in this thesis the cardiac electrophysiology was investigated using immunostaining techniques to visualize the growth of sarcomeres and gap junctions that promote cell-cell interaction and excitation-contraction of heart muscles. The physiological response of beating of co-cultured cardiomyocytes and cardiac fibroblasts was observed in a synchronous and simultaneous manner closely mimicking the native cardiac impulses. Further investigations were carried out by mechanically stimulating the cells in the three-dimensional hydrogel using standing surface acoustic waves and comparing with traditional two-dimensional flat surface coated with fibronectin. The electrophysiological responses of the cells under the effect of the mechanical stimulations yielded a higher magnitude of contractility, action potential and calcium transient.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

On-demand generation and removal of alginate biocompatible microvalves for flow control in microfluidics

[EN] This paper describes, for the first time, the use of alginate hydrogels as miniaturised microvalves within microfluidic devices. These biocompatible and biodegradable microvalves are generated in situ and on demand, allowing for microfluidic flow control. The microfluidic devices were fabricated using an origami inspired technique of folding several layers of cyclic olefin polymer followed by thermocompression bonding. The hydrogels can be dehydrated at mild temperatures, 37◦C, to slightly open the microvalve and chemically erased using an ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt (EDTA) solution, to completely open the channel, ensuring the reusability of the whole device and removal of damaged or defective valves for subsequent regeneration.

Porous self-protonating spiropyran-based NIPAAm gels with improved reswelling kinetics

The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/[10.1007/s10853-015-9458-2]

Inteligencia y habilidades matemáticas

Se presenta parte de los resultados obtenidos del proyecto de investigación “Taller de habilidades verbales y matemáticas para el desarrollo de la madurez matemática” que se ha implementado para alumnos de primer año de ingeniería en la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología (UPIBI) del IPN. La estructuración del mismo surgió como una consecuencia de los elevados índices de reprobación en los cursos de precálculo y cálculo diferencial e integral, así como los estudios sobre madurez escolar de los alumnos de ingeniería (Muñoz, Arce 2001; Mora, 2001). Mediante el proyecto se pretende desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento matemático que no dominan y algunas que tienen que ver con la percepción y el lenguaje. Se presentan los resultados obtenidos con un grupo piloto sobre desarrollo de habilidades matemáticas, y finalmente se comenta la posición del autor con respecto a la relación entre inteligencia y habilidad matemática.

In situ epicatechin-loaded hydrogel implants for local drug delivery to spinal column for effective management of post-traumatic spinal injuries

Purpose: To prepare hydrogels loaded with epicatechin, a strong antioxidant, anti-inflammatory, and neuroprotective tea flavonoid, and characterise them in situ as a vehicle for prolonged and safer drug delivery in patients with post-traumatic spinal cord injury. Methods: Five in situ gel formulations were prepared using chitosan and evaluated in terms of their visual appearance, clarity, pH, viscosity, and in vitro drug release. In vivo anti-inflammatory activity was determined and compared with 2 % piroxicam gel as standard. Motor function activity in a rat model of spinal injury was examined comparatively with i.v. methylprednisolone as standard. Results: The N-methyl pyrrolidone solution (containing 1 % w/w epicatechin with 2 to 10 % w/w chitosan) of the in situ gel formulation had a uniform pH in the range of 4.01 ± 0.12 to 4.27 ± 0.02. High and uniform drug loading, ranging from 94.48 ± 1.28 to 98.08 ± 1.24 %, and good in vitro drug release (79.48 ± 2.84 to 96.48 ± 1.02 % after 7 days) were achieved. The in situ gel prepared from 1 % epicatechin and 2 % chitosan (E5) showed the greatest in vivo anti-inflammatory activity (60.58 % inhibition of paw oedema in standard carrageenan-induced hind rat paw oedema model, compared with 48.08 % for the standard). The gels showed significant therapeutic effectiveness against post-traumainduced spinal injury in rats. E5 elicited maximum motor activity (horizontal bar test) in the spinal injury rat model; the rats that received E5 treatment produced an activity score of 3.62 ± 0.02 at the end of 7 days, compared with 5.0 ± 0.20 following treatment with the standard. Conclusion: In situ epicatechin-loaded gel exhibits significant neuroprotective and anti-inflammatory effects, and therefore can potentially be used for prolonged and safe drug delivery in patients with traumatic spinal cord injury.

Characterisation of minimalist co-assembled fluorenylmethyloxycarbonyl self-assembling peptide systems for presentation of multiple bioactive peptides

The nanofibrillar structures that underpin self-assembling peptide (SAP) hydrogels offer great potential for the development of finely tuned cellular microenvironments suitable for tissue engineering. However, biofunctionalisation without disruption of the assembly remains a key issue. SAPS present the peptide sequence within their structure, and studies to date have typically focused on including a single biological motif, resulting in chemically and biologically homogenous scaffolds. This limits the utility of these systems, as they cannot effectively mimic the complexity of the multicomponent extracellular matrix (ECM). In this work, we demonstrate the first successful co-assembly of two biologically active SAPs to form a coassembled scaffold of distinct two-component nanofibrils, and demonstrate that this approach is more bioactive than either of the individual systems alone. Here, we use two bioinspired SAPs from two key ECM proteins: Fmoc-FRGDF containing the RGD sequence from fibronectin and Fmoc-DIKVAV containing the IKVAV sequence from laminin. Our results demonstrate that these SAPs are able to co-assemble to form stable hybrid nanofibres containing dual epitopes. Comparison of the co-assembled SAP system to the individual SAP hydrogels and to a mixed system (composed of the two hydrogels mixed together post-assembly) demonstrates its superior stable, transparent, shear-thinning hydrogels at biological pH, ideal characteristics for tissue engineering applications. Importantly, we show that only the coassembled hydrogel is able to induce in vitro multinucleate myotube formation with C2C12 cells. This work illustrates the importance of tissue engineering scaffold functionalisation and the need to develop increasingly advanced multicomponent systems for effective ECM mimicry.

STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Successful control of stem cell fate in tissue engineering applications requires the use of sophisticated scaffolds that deliver biological signals to guide growth and differentiation. The complexity of such processes necessitates the presentation of multiple signals in order to effectively mimic the native extracellular matrix (ECM). Here, we establish the use of two biofunctional, minimalist self-assembling peptides (SAPs) to construct the first co-assembled SAP scaffold. Our work characterises this construct, demonstrating that the physical, chemical, and biological properties of the peptides are maintained during the co-assembly process. Importantly, the coassembled system demonstrates superior biological performance relative to the individual SAPs, highlighting the importance of complex ECM mimicry. This work has important implications for future tissue engineering studies.

Synthesis and Characterization of Photochromic Copolymers Containing 3-Indolylfulgides/Indolylfulgimides

Fulgides and fulgimides are important organic photochromic compounds and can switch between the open forms and the closed forms with light. The 3-indolylfulgides and 3-indolylfulgimides exhibit promising photochromic properties and have great potential in optical memory devices, optical switches and biosensors. Copolymers containing 3-indolylfulgides/indolylfulgimides synthesized via free radical polymerizations increase conformation changes and allow the photochromic compounds to be uniformly distributed in the polymer matrix. A trifluoromethyl 3-indolylfulgide and two trifluoromethyl 3-indolylfulgimides with one or two polymerizable N-stryryl group(s) were prepared. Copolymerization with methyl methacrylate provided two linear copolymers or a cross-linked copolymer. The properties of the monomeric fulgide/fulgimides and copolymers in toluene or as thin films were characterized. In general, the photochromic monomers and copolymers revealed similar photochromic properties and exhibited good thermal and photochemical stability. All compounds absorb visible light in both open forms and closed forms. The closed form copolymers were more stable than the open form copolymers and showed little or no degradation after 400 h. The photochemical degradation rate was less than 0.03% per cycle. In films, conformational restrictions were observed for the open forms suggesting that the preparation of films from the closed forms is advantageous. Two novel methyl 3-indolylfulgimides with one or two polymerizable N-stryryl group(s) were prepared. Copolymerization of acrylamide with the methyl indolylfulgimides or the trifluoromethyl indolylfulgimides yielded two aqueous soluble linear copolymers and two photochromic hydrogels. The closed form copolymers containing trifluoromethyl indolylfulgimides were hydrolyzed in aqueous solution by replacing the trifluoromethyl group with a carboxylic acid group. The resulting carboxylic copolymers were also photochromic. The copolymers containing methyl fulgimides were stable in aqueous solutions and did not hydrolyze. Both methyl and carboxylic copolymers exhibited good stability in aqueous solutions. In general, the open form copolymers were more stable than the closed form copolymers, and the copolymers revealed better stability in acidic solution than neutral solution. The linear copolymers displayed better photochemical stability in neutral solution and degraded up to 22% after 105 cycles. In contrast, the hydrogels showed enhanced fatigue resistance in acidic condition and underwent up to 60 cycles before degrading 24%.

Développement d’un dispositif d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la production de réseaux fluidiques complexes par moulage rapide

L’objectif du vaste projet de recherche dans lequel s’inscrit ce mémoire est de guérir le diabète de type 1 en fabriquant un pancréas bioartificiel vascularisé contenant des cellules bêta (i.e. les cellules sécrétant l’insuline). Ce dispositif permettrait de rendre aux personnes atteintes par le diabète de type 1 la capacité de sécréter par elles-mêmes de l’insuline et de réguler leur glycémie. La vascularisation est actuellement un enjeu de taille dans le domaine du génie tissulaire. La plupart des tissus incorporant des cellules générées par le génie tissulaire sont actuellement fortement limités en épaisseur faute d’être vascularisés adéquatement. Pour les tissus dont l’épaisseur dépasse 400 μm, la vascularisation est nécessaire à la survie de la plupart des cellules qui autrement souffriraient d’hypoxie, les empêchant ainsi d’accomplir leurs fonctions [1]. Ce mémoire présente le développement et la mise en service d’un dispositif d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la vascularisation d’un pancréas bioartificiel. Ce dispositif a été développé au laboratoire de recherche sur les procédés d’impression 3D ainsi qu’au bureau de design du département de génie mécanique de l’Université Laval. Grâce à cette technique d’impression 3D novatrice et à la caractérisation du procédé, il est maintenant possible de produire rapidement et avec précision des structures temporaires en sucre vitrifié pour la fabrication de réseaux vasculaires tridimensionnels complexes. Les structures temporaires peuvent, après leur production, être utilisées pour réaliser le moulage rapide de constructions vascularisées avec des matériaux tels que du polydiméthylsiloxane (PDMS) ou des hydrogels chargés de cellules biologiques. De par la nature du matériel utilisé, les moules temporaires peuvent être facilement et rapidement dissous dans une solution aqueuse et laisser place à un réseau de canaux creux sans créer de rejets toxiques, ce qui représente un avantage majeur dans un contexte de bio-ingénierie.

El capital intelectual y su relación con la innovación en la universidad CES

En la sociedad actual del conocimiento las universidades tienen la responsabilidad de generar conocimiento e innovaciones para ofrecer soluciones a problemas de comunidades de interés. Para lograrlo las universidades deben enfocarse en su activo más importante, su capital intelectual. Hasta ahora las investigaciones relacionadas con el capital intelectual y la innovación en las universidades, son limitadas a pesar de ser un elemento estratégico para la dirección de estas organizaciones, ya que estos aspectos le representan valor en el tiempo, por tanto esta investigación busca establecer cuál es la relación que existe entre el capital intelectual y la innovación en la Universidad CES. El objetivo de esta investigación era identificar el grado de relación entre capital intelectual e innovación en la Universidad CES. La metodología del estudio, es un estudio cuantitativo, de tipo descriptivo explicativo, con un diseño transversal, que permitió establecer el efecto del capital intelectual sobre la innovación de la Universidad CES. La población del fueron los directivos, líderes de los grupos de investigación y los coordinadores de investigación de la Universidad CES. Según los resultados obtenidos, este estudio determinó que el capital intelectual no tiene una relación estadísticamente significativa con la innovación personal de la Universidad CES y se determinó también que las tres dimensiones del capital intelectual tienen una relación estadísticamente significativa con los resultados de la innovación en la Universidad CES. El principal aporte de este estudio fue ofrecer evidencias sobre el capital intelectual como una de las principales fuentes de innovación para la Universidad.