Participación de las células de la cresta neural en el desarrollo de anomalías inducidas por agentes exógenos (síndrome fetal alcohólico y embriopatía por ácido retinoico)

En la etapa embrionaria temprana de los vertebrados, las células de la cresta neural (CCN) se segregan del tubo neural y se distribuyen con patrones temporales y espaciales muy precisos, contribuyendo a la formación de muchos derivados: neuronas y glía del sistema nervioso periférico, parte del sistema endócrino, sistema pigmentario y la mayor parte de los tejidos cráneo-faciales. Las bases morfogenéticas de esta movilización de las CCN se asocian con la disponibilidad de componentes de la matriz extracelular, con fenómenos de apoptosis selectiva, y con la expresión de genes homeóticos, de proteínas transportadoras de retinoides y de receptores de ácido retinoico (AR). En consecuencia, el mecanismo que define el comportamiento de las CCN migratorias asume una especial importancia, desde que cualquier fallo producido en estos "reguladores topográficos" podrá alterar la ordenada traslocación de CN, induciendo una dismorfogénesis. (...) Objetivos: 1) Analizar el comportamiento dinámico de la etapa migratoria temprana de las CCN de niveles cefálico y troncal expuestas a etanol o AR in vitro. 2) Evaluar la posible reversibilidad de los efectos del etanol y del AR sobre la morfología y dinámica migratoria de las CCN de niveles cefálico y troncal in vitro. 3) Analizar los componentes del citoesqueleto asociados con los cambios de forma y motilidad celular en CCN de niveles cefálico y troncal expuestas a etanol y AR in vitro. Los resultados del proyecto permitirán aportar al conocimiento de los mecanismos básicos que regulan la movilidad de poblaciones celulares de gran importancia para el desarrollo humano. Los datos obtenidos servirán de base para futuros enfoques de biología molecular tendientes a innovar aspectos del diagnóstico, pronóstico y prevención de patologías humanas de creciente prevalencia provocadas por el etanol (FAS) y los retinoides (RAE).

Gangliósidos, Neuritogénesis y Regeneración Neural "in vitro"

El presente plan tiene como objetivo general la caracterización de factores celulares y moleculares que afecten la sobrevida, la diferenciación neural y la regeneración axonal en células del sistema nervioso central (SNC). Las neuronas maduras de vertebrados superiores son incapaces de regenerar sus axones dañados, razón por la cual todo estudio experimental de regeneración axonal "in vitro", si bien aporta conocimientos básicos, tiene potenciales aplicaciones prácticas en relación a la recuperación de la función neuronal. Diversos estudios de regeneración axonal, especialmente para las células gangionares (CGR) han sido realizados con cultivos de células retinales. Estos cultivos están compuestos por diversos tipos de neuronas, lo que hace que cuando se quiere determinar los efectos de un agente trófico, no sea éste el mejor sistema dado que los efectos observados pueden estar afectados por otros tipos celulares del cultivo. Por ello, para optimizar un modelo para estos estudios, hemos desarrollado un método de cultivo para las CGR purificadas por "panning" de retinas de embrión de pollo de diverso desarrollo ontogénico. Las CGR son sembradas a baja densidad en un medio sintético que especialmente hemos formulado (BP5). (...) En base a la experiencia adquirida, y utilizando las técnicas puestas en marcha en nuestro laboratorio, nos proponemos caracterizar, mediante el análisis de parámetros bioquímicos y de video-microscopía con analizador de la diferenciación y el crecimiento axonal de las CGR purificadas. Las CGR serán cultivadas en condiciones basales con el medio PB5, o en presencia de diversos factores de crecimiento, sustancias de la matriz extracelular y gangliósidos exógenos, agregados individualmente o en combinación. En estas condiciones se correlacionarán los efectos observados con los cambios en los "patterns" de síntesis y expresión de los gangliósidos y con el flujo intracelular de Ca2+.

Desarrollo de Algoritmos Numéricos para el Estudio de la Propagación no Lineal de Ondas en Aplicaciones Aeroespaciales y Astrofísicas. Develop to Numerical Algorithms to Study non-Linear Waves Propagation in Aerospace and Astrophysics Applications.

En este proyecto se desarrollarán algoritmos numéricos para sistemas no lineales hiperbólicos-parabólicos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Dichos sistemas tienen aplicación en propagación de ondas en ámbitos aeroespaciales y astrofísicos.Objetivos generales: 1)Desarrollo y mejora de algoritmos numéricos con la finalidad de incrementar la calidad en la simulación de propagación e interacción de ondas gasdinámicas y magnetogasdinámicas no lineales. 2)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos gasdinámicos de elevada entalpía incluyendo cambios químicos, efectos dispersivos y difusivos.3)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos magnetogasdinámicos ideales y reales.4)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la solución del flujo aerotermodinámico alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera terrestre. 5)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la simulación del comportamiento dinámico no lineal de arcos magnéticos en la corona solar. 6)Desarrollo de nuevos modelos para describir el comportamiento no lineal de arcos magnéticos en la corona solar.Este proyecto presenta como objetivo principal la introducción de mejoras en algoritmos numéricos para simular la propagación e interacción de ondas no lineales en dos medios gaseosos: aquellos que no poseen carga eléctrica libre (flujos gasdinámicos) y aquellos que tienen carga eléctrica libre (flujos magnetogasdinámicos). Al mismo tiempo se desarrollarán códigos computacionales que implementen las mejoras de las técnicas numéricas.Los algoritmos numéricos se aplicarán con la finalidad de incrementar el conocimiento en tópicos de interés en la ingeniería aeroespacial como es el cálculo del flujo de calor y fuerzas aerotermodinámicas que soportan objetos que ingresan a la atmósfera terrestre y en temas de astrofísica como la propagación e interacción de ondas, tanto para la transferencia de energía como para la generación de inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar. Estos dos temas poseen en común las técnicas y algoritmos numéricos con los que serán tratados. Las ecuaciones gasdinámicas y magnetogasdinámicas ideales conforman sistemas hiperbólicos de ecuaciones diferenciales y pueden ser solucionados utilizando "Riemann solvers" junto con el método de volúmenes finitos (Toro 1999; Udrea 1999; LeVeque 1992 y 2005). La inclusión de efectos difusivos genera que los sistemas de ecuaciones resulten hiperbólicos-parabólicos. La contribución parabólica puede ser considerada como términos fuentes y tratada adicionalmente tanto en forma explícita como implícita (Udrea 1999; LeVeque 2005).Para analizar el flujo alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera se utilizarán las ecuaciones de Navier-Stokes químicamente activas, mientras la temperatura no supere los 6000K. Para mayores temperaturas es necesario considerar efectos de ionización (Anderson, 1989). Tanto los efectos difusivos como los cambios químicos serán considerados como términos fuentes en las ecuaciones de Euler. Para tratar la propagación de ondas, transferencia de energía e inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar se utilizarán las ecuaciones de la magnetogasdinámica ideal y real. En este caso será también conveniente implementar términos fuente para el tratamiento de fenómenos de transporte como el flujo de calor y el de radiación. Los códigos utilizarán la técnica de volúmenes finitos, junto con esquemas "Total Variation Disminishing - TVD" sobre mallas estructuradas y no estructuradas.

Motilidad Orientada de Células Neurales: La comunicación celular a distancia. Oriented neural cell motility: Cell comunication at a distance.

La motilidad celular orientada (o mecanismo quimiotáctico de orientación), es una respuesta celular a señales moleculares de su micro-ambiente necesaria para modular la distribución celular en sitios específicos y con elevada precisión. Nuestra hipótesis establece que la migración orientada de células neurales es regulada por gradientes de concentración de moléculas solubles liberadas por sus regiones "blanco". Este proyecto es continuación del estudio de la quimiotaxis de células de cresta neural (CCN) y de neuronas ventriculares (NV) inducida respectivamente por factores difusibles de la región del futuro ganglio ciliar y del bulbo olfatorio.En el sistema de CCN, hemos caracterizado como moléculas quimiotácticas a la quimioquina Stromal Cell-Derived Factor-1, y los factores tróficos Stem Cell Factor y Neurotrophic Factor-3, habiendo determinado la expresión de sus respectivos receptores CXCR4, TrkC y p75 en la población de CCN mesencefálicas de ambrión de pollo. Actualmente, estamos desarrollando experimentos con el Ciliary Neurotrophic Factor y factores de la familia Bone Morphogenetic Proteins. Además de la estrategia experimental in vitro, hemos determinado en el embrión entero la expresión de las moléculas quimioatractantes mediante hibridación in situ del ARNm y la presencia de las respectivas proteínas mediante inmunocitoquímica. En el sistema de NV, estamos analizando la motilidad celular en relación con moléculas liberadas por el bulbo olfatorio. En los dos sistemas biológicos, estamos analizando elementos de la transducción de señales y cambios en el citoesqueleto, en ambos casos asociados con la respuesta temprana en la orientación quimiotáctica de la célula. Asimismo, en ambos sistemas biológicos, evaluamos los efectos del etanol sobre la migración y distribución celular, en condiciones equivalentes a las que inducen el Sindrome Fetal Alcohólico en mamíferos.En base a resultados ya obtenidos en experimentos in vitro, en la presente etapa intentaremos su caracterización in vivo mediante el bloqueo funcional de las moléculas quimiotácticas (y/o sus receptores) sobre embriones enteros, mediante silenciamiento con ARNsi (o morfolinos específicos) mediante electroporación, y posterior determinación de la distribución celular mediante marcadores específicos anti-CCN (o lipofílicos de tipo DiI).Los resultados permitirán mejorar el conocimiento del mecanismo de la migración celular orientada y aportar al diseño de recursos diagnósticos, terapéuticos o de control de anomalías embrionarias o patologías tumorales por mala distribución celular como las Neurocristopatías, o inducidas por tóxicos exógenos como el Sindrome Fetal Alcohólico.

Optimización en el cómputos de algoritmos de cuadratura para funciones especiales. Optimization of quadrature algorithms for special functions.

En nuestro proyecto anterior aproximamos el cálculo de una integral definida con integrandos de grandes variaciones funcionales. Nuestra aproximación paraleliza el algoritmo de cómputo de un método adaptivo de cuadratura, basado en reglas de Newton-Cote. Los primeros resultados obtenidos fueron comunicados en distintos congresos nacionales e internacionales; ellos nos permintieron comenzar con una tipificación de las reglas de cuadratura existentes y una clasificación de algunas funciones utilizadas como funciones de prueba. Estas tareas de clasificación y tipificación no las hemos finalizado, por lo que pretendemos darle continuidad a fin de poder informar sobre la conveniencia o no de utilizar nuestra técnica. Para llevar adelante esta tarea se buscará una base de funciones de prueba y se ampliará el espectro de reglas de cuadraturas a utilizar. Además, nos proponemos re-estructurar el cálculo de algunas rutinas que intervienen en el cómputo de la mínima energía de una molécula. Este programa ya existe en su versión secuencial y está modelizado utilizando la aproximación LCAO. El mismo obtiene resultados exitosos en cuanto a precisión, comparado con otras publicaciones internacionales similares, pero requiere de un tiempo de cálculo significativamente alto. Nuestra propuesta es paralelizar el algoritmo mencionado abordándolo al menos en dos niveles: 1- decidir si conviene distribuir el cálculo de una integral entre varios procesadores o si será mejor distribuir distintas integrales entre diferentes procesadores. Debemos recordar que en los entornos de arquitecturas paralelas basadas en redes (típicamente redes de área local, LAN) el tiempo que ocupa el envío de mensajes entre los procesadores es muy significativo medido en cantidad de operaciones de cálculo que un procesador puede completar. 2- de ser necesario, paralelizar el cálculo de integrales dobles y/o triples. Para el desarrollo de nuestra propuesta se desarrollarán heurísticas para verificar y construir modelos en los casos mencionados tendientes a mejorar las rutinas de cálculo ya conocidas. A la vez que se testearán los algoritmos con casos de prueba. La metodología a utilizar es la habitual en Cálculo Numérico. Con cada propuesta se requiere: a) Implementar un algoritmo de cálculo tratando de lograr versiones superadoras de las ya existentes. b) Realizar los ejercicios de comparación con las rutinas existentes para confirmar o desechar una mejor perfomance numérica. c) Realizar estudios teóricos de error vinculados al método y a la implementación. Se conformó un equipo interdisciplinario integrado por investigadores tanto de Ciencias de la Computación como de Matemática. Metas a alcanzar Se espera obtener una caracterización de las reglas de cuadratura según su efectividad, con funciones de comportamiento oscilatorio y con decaimiento exponencial, y desarrollar implementaciones computacionales adecuadas, optimizadas y basadas en arquitecturas paralelas.