Síntesi i caracterització de membranes electrolítiques d'oxo-vanadi-sulfats per aplicacions en la reducció d'emissions de SO2

La recerca de nous materials pel desenvolupament de membranes per a la reducció d’emissions de SO2 ha estat en el punt de mira de nombrosos estudis recents, degut al seu gran potencial per a dur a terme aquests processos i pel gran impacte mediambiental causat pel SO2. La temàtica d’aquest projecte consisteix en la síntesi i caracterització de nous materials basats en compostos d’Oxo-Vanadi-Sulfats de metalls alcalins per tal de preparar aquestes membranes supressores de SO2.

Could cell membranes produce acoustic streaming? Making the case for synechococcus self-propulsion

Sir James Lighthill proposed in 1992 that acoustic streaming occurs in the inner ear, as part of the cochlear amplifier mechanism. Here we hypothesize that some of the most ancient organisms use acoustic streaming not only for self-propulsion but also to enhance their nutrient uptake. We focus on a motile strain of Synechococcus, a yanobacteria whose mechanism for self-propulsion is not known. Molecular motors could work like piezoelectric transducers acting on the crystalline structure surrounding the outer cell membrane. Our calculations show that a traveling surface acoustic wave (SAW)could account for the observed velocities. These SAW waves will also produce a non-negligible Stokes layer surrounding the cell: motion within this region being essentially chaotic. Therefore, an AS mechanism would be biologically advantageous, enhancing localized diffusion processes and consequently, chemical reactions. We believe that acoustic streaming, produced by nanometer scale membrane vibrations could be widespread in cell biology. Other possible instances are yeast cells and erythrocytes. Flows generated by acoustic streaming may also be produced by silica coated diatoms along their raphe. We note that microelectromechanical (MEMS) acoustic streaming devices were first introduced in the 1990’s. Nature may have preceded this invention by 2.7 Gyr.

Disseny i optimització de membranes compòsit amb xarxes metal•loorgàniques per a nanofiltració i separacions de gasos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, entre 2007 i 2009. Aquest projecte descriu la síntesi i aplicació de nous tipus de membranes compòsit basades en xarxes metal•loorgàniques (MOFs). Aquestes es van seleccionar tenint en compte les seves propietats estructurals per tal de discriminar les espècies a separar en funció de la seva mida molecular. Les membranes obtingudes s'han aplicat satisfactòriament tant en separacions líquides, concretament en nanofiltració resistent a dissolvents (SRNF), i en separació de parells de gasos com CO2/CH4, CO2/N2 i H2/CO2. Els resultats obtinguts posen de manifest l'obtenció de membranes sense defectes i amb rendiments prometedors, en la majoria dels casos, amb permeabilitats i selectivitats superiors a membranes purament polimèriques. Tanmateix s'ha desenvolupat un nou equipament d'alt rendiment (HT) per a separacions de gasos que inclou un mòdul que permet realitzar 16 experiments simultàniament. Els resultats obtinguts amb el nou equip són comparables amb els obtinguts amb mòduls convencionals, i alhora presenten una millor reproduïbilitat. Finalment, s'ha establert un nou mètode per a obtenir membranes per a SRNF, que han estat aplicades en processos de separació de catalitzadors homogenis en dissolvents polars apròtics i s'han caracteritzat emprant la tècnica d'espectroscòpia d'annihilació de positrons, que ha permès establir per primer cop una relació entre les propietats estructurals de les membranes a nivell molecular i el seu rendiment en les aplicacions anteriors.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Sistema intel•ligent d’ajuda a la decisió pel control remot de tecnologia de membranes per la depuració d’aigües

El principal objectiu del projecte consisteix en desenvolupar l’anàlisi, disseny,desenvolupament i implementació d’un sistema d’ajuda a la decisió (SAD) basat en elconeixement pel control remot i la supervisió de l’operació integrada d’estacionsdepuradores BRM (bioreactor de membranes) pe ra la depuració d’aigües residuals ambexigències de qualitat de reutilització de l’aigua tractada

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

Efecto de los contenidos de C, Mn y Si en el comportamiento a fluencia en caliente de aceros de construcción al carbono y microaleados: aplicación a la obtención de grano ultrafino en productos largos laminados

Després d’aplicar alguns tractaments d’elaboració i conservació als aliments, queden bacteris lesionats. Aquests bacteris perden la capacitat de créixer en els medis de cultiu selectiu convencionals, de manera que se’n subestima el recompte. Malgrat això, poden recuperar-se als aliments i suposar un risc per la salut, ja que alguns encara poden mantenir activitat metabòlica i integritat estructural. En aquest projecte, es van optimitzar protocols de preparació de mostres per citometria de flux (CF) per avaluar l’estat fisiològic de patògens alimentaris (Escherichia coli O157:H7, Salmonella Enteritidis i Listeria monocytogenes) sotmesos a estrès. Es van estudiar principalment dos paràmetres fisiològics: la integritat de membrana, mitjançant iodur de propidi i fluorocroms de la família SYTO; i l’activitat respiratòria, per la reducció intracel•lular d’una sal de tetrazole, el CTC. En primer lloc, es van avaluar variables de protocol, com la concentració de colorant, la ràtio entre colorants, la solució de tinció i el temps d’incubació, en mostres control (cèl•lules sanes i mortes). A continuació, els protocols optimitzats es van aplicar a suspensions bacterianes en medi de cultiu que prèviament havien estat sotmeses a estressos físics i fisicoquímics. Durant l’etapa final del projecte, els coneixements adquirits sobre la preparació de mostres per CF es van aplicar a l’anàlisi de mostres de matriu complexa: amanides comercials inoculades amb E. coli O157:H7. Als assajos amb indicadors d’integritat de membrana en suspensions bacterianes sotmeses a estrès, es van poder quantificar cèl•lules amb la membrana parcialment danyada (presumptes cèl•lules lesionades). El recompte de cèl•lules que mantingueren l’activitat respiratòria després de ser sotmeses a estrès va ser superior al que es va obtenir mitjançant recompte en placa convencional, cosa que va evidenciar la presència de cèl•lules actives però no cultivables. La introducció d’estratègies per reduir les interferències provocades per les partícules alimentàries i l’ús d’un anticòs amb marcatge fluorescent va permetre detectar selectivament les cèl•lules d’E. coli O157:H7 i avaluar-ne la integritat de membrana simultàniament. L’anàlisi de cèl•lules bacterianes per CF requereix de la exhaustiva optimització dels protocols, que són específics per cada soca i matriu. Malgrat això, i a diferència del mètode convencional per recompte en placa, ofereix la possibilitat d’obtenir una gran quantitat d’informació sobre el sovint complex estat fisiològic d’una mostra.

Clinical picture of the amyloid arthropathy in patients with chronic renal failure maintained on haemodialysis using cellulose membranes.

The clinical picture of 15 patients (10 male, five female) with amyloid arthropathy secondary to chronic renal failure treated with haemodialysis has been studied. The average period of haemodialysis was 10.8 years. Joint symptoms appeared between three and 13 years after starting haemodialysis. No patient had renal amyloidosis. Early symptoms were varied and often overlapped: knee swelling (seven patients), painful and stiff shoulders (seven), and carpal tunnel syndrome (six) were the most prominent. Follow up showed extension to other joints. Joint effusions were generally of the non-inflammatory type. Radiologically, geodes and erosions of variable sizes were seen in the affected joints, which can develop into a destructive arthropathy. Amyloid was found in abdominal fat in three of the 12 patients on whom a needle aspiration was performed. Four of 12 patients showed changes compatible with amyloid infiltration in the echocardiogram. One patient had amyloid in the gastric muscular layer, another in the colon mucus, and two of four in rectal biopsy specimens. Amyloid deposits showed the presence of beta 2 microglobulin in 10 patients. The clinical and radiological picture was similar to the amyloid arthropathy associated with multiple myeloma. These patients can develop systemic amyloidosis.

Calmodulin Regulates Intracellular Trafficking of Epidermal Growth Factor Receptor and the MAPK Signaling Pathway

The epidermal growth factor receptor (EGFR) is a member of the tyrosine kinase receptor family involved in signal transduction and the regulation of cellular proliferation and differentiation. It is also a calmodulin-binding protein. To examine the role of calmodulin in the regulation of EGFR, the effect of calmodulin antagonist, W-13, on the intracellular trafficking of EGFR and the MAPK signaling pathway was analyzed. W-13 did not alter the internalization of EGFR but inhibited its recycling and degradation, thus causing the accumulation of EGF and EGFR in enlarged early endosomal structures. In addition, we demonstrated that W-13 stimulated the tyrosine phosphorylation of EGFR and consequent recruitment of Shc adaptor protein with EGFR, presumably through inhibition of the calmodulin-dependent protein kinase II (CaM kinase II). W-13¿mediated EGFR phosphorylation was blocked by metalloprotease inhibitor, BB94, indicating a possible involvement of shedding in this process. However, MAPK activity was decreased by W-13; dissection of this signaling pathway showed that W-13 specifically interferes with Raf-1 activity. These data are consistent with the regulation of EGFR by calmodulin at several steps of the receptor signaling and trafficking pathways.

A clathrin-dependent pathway leads to KRas signaling on late endosomes en route to lysosomes

Ras proteins are small guanosine triphosphatases involved in the regulation of important cellular functions such as proliferation, differentiation, and apoptosis. Understanding the intracellular trafficking of Ras proteins is crucial to identify novel Ras signaling platforms. In this study, we report that epidermal growth factor triggers Kirsten Ras (KRas) translocation onto endosomal membranes (independently of calmodulin and protein kinase C phosphorylation) through a clathrin-dependent pathway. From early endosomes, KRas but not Harvey Ras or neuroblastoma Ras is sorted and transported to late endosomes (LEs) and lysosomes. Using yellow fluorescent protein¿Raf1 and the Raichu-KRas probe, we identified for the first time in vivo¿active KRas on Rab7 LEs, eliciting a signal output through Raf1. On these LEs, we also identified the p14¿MP1 scaffolding complex and activated extracellular signal-regulated kinase 1/2. Abrogation of lysosomal function leads to a sustained late endosomal mitogen-activated protein kinase signal output. Altogether, this study reveals novel aspects about KRas intracellular trafficking and signaling, shedding new light on the mechanisms controlling Ras regulation in the cell.

MYADM regulates Rac1 targeting to ordered membranes required for cell spreading and migration

Membrane organization into condensed domains or rafts provides molecular platforms for selective recruitment of proteins. Cell migration is a general process that requires spatiotemporal targeting of Rac1 to membrane rafts. The protein machinery responsible for making rafts competent to recruit Rac1 remains elusive. Some members of the MAL family of proteins are involved in specialized processes dependent on this type of membrane. Because condensed membrane domains are a general feature of the plasma membrane of all mammalian cells, we hypothesized that MAL family members with ubiquitous expression and plasma membrane distribution could be involved in the organization of membranes for cell migration. We show that myeloid-associated differentiation marker (MYADM), a protein with unique features within the MAL family, colocalizes with Rac1 in membrane protrusions at the cell surface and distributes in condensed membranes. MYADM knockdown (KD) cells had altered membrane condensation and showed deficient incorporation of Rac1 to membrane raft fractions and, similar to Rac1 KD cells, exhibited reduced cell spreading and migration. Results of rescue-of-function experiments by expression of MYADM or active Rac1L61 in cells knocked down for Rac1 or MYADM, respectively, are consistent with the idea that MYADM and Rac1 act on parallel pathways that lead to similar functional outcomes.

Model for curvature-driven pearling instability in membranes

A phase-field model for dealing with dynamic instabilities in membranes is presented. We use it to study curvature-driven pearling instability in vesicles induced by the anchorage of amphiphilic polymers on the membrane. Within this model, we obtain the morphological changes reported in recent experiments. The formation of a homogeneous pearled structure is achieved by consequent pearling of an initial cylindrical tube from the tip. For high enough concentration of anchors, we show theoretically that the homogeneous pearled shape is energetically less favorable than an inhomogeneous one, with a large sphere connected to an array of smaller spheres.

In vitro antitumor activity of methotrexate via pH-sensitive chitosan nanoparticles

Nanoparticles with pH-sensitive behavior may enhance the success of chemotherapy in many cancers by efficient intracellular drug delivery. Here, we investigated the effect of a bioactive surfactant with pH-sensitive properties on the antitumor activity and intracellular behavior of methotrexate-loaded chitosan nanoparticles (MTX-CS-NPs). NPs were prepared using a modified ionotropic complexation process, in which was included the surfactant derived from Nα,Nε-dioctanoyl lysine with an inorganic lithium counterion. The pH-sensitive behavior of NPs allowed accelerated release of MTX in an acidic medium, as well as membrane-lytic pH-dependent activity, which facilitated the cytosolic delivery of endocytosed materials. Moreover, our results clearly proved that MTX-CSNPs were more active against the tumor HeLa and MCF-7 cell lines than the free drug. The feasibilty of using NPs to target acidic tumor extracellular pH was also shown, as cytotoxicity against cancer cells was greater in a mildly acidic environment. Finally, the combined physicochemical and pH-sensitive properties of NPs generally allowed the entrapped drug to induce greater cell cycle arrest and apoptotic effects. Therefore, our overall results suggest that pH-sensitive MTX-CS-NPs could be potentially useful as a carrier system for tumor and intracellular drug delivery in cancer therapy.

Clinical picture of the amyloid arthropathy in patients with chronic renal failure maintained on haemodialysis using cellulose membranes.

The clinical picture of 15 patients (10 male, five female) with amyloid arthropathy secondary to chronic renal failure treated with haemodialysis has been studied. The average period of haemodialysis was 10.8 years. Joint symptoms appeared between three and 13 years after starting haemodialysis. No patient had renal amyloidosis. Early symptoms were varied and often overlapped: knee swelling (seven patients), painful and stiff shoulders (seven), and carpal tunnel syndrome (six) were the most prominent. Follow up showed extension to other joints. Joint effusions were generally of the non-inflammatory type. Radiologically, geodes and erosions of variable sizes were seen in the affected joints, which can develop into a destructive arthropathy. Amyloid was found in abdominal fat in three of the 12 patients on whom a needle aspiration was performed. Four of 12 patients showed changes compatible with amyloid infiltration in the echocardiogram. One patient had amyloid in the gastric muscular layer, another in the colon mucus, and two of four in rectal biopsy specimens. Amyloid deposits showed the presence of beta 2 microglobulin in 10 patients. The clinical and radiological picture was similar to the amyloid arthropathy associated with multiple myeloma. These patients can develop systemic amyloidosis.

Large scale purification of presynaptic plasma membranes from Torpedo marmorata electric organ

The presynaptic plasma membrane (PSPM) of cholinergic nerve terminals was purified from Torpedo electric organ using a large-scale procedure. Up to 500 g of frozen electric organ were fractioned in a single run, leading to the isolation of greater than 100 mg of PSPM proteins. The purity of the fraction is similar to that of the synaptosomal plasma membrane obtained after subfractionation of Torpedo synaptosomes as judged by its membrane-bound acetylcholinesterase activity, the number of Glycera convoluta neurotoxin binding sites, and the binding of two monoclonal antibodies directed against PSPM. The specificity of these antibodies for the PSPM is demonstrated by immunofluorescence microscopy.