Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Gene delivery using dendrimer/pDNA complexes immobilized in electrospun fibers using the layer-by-layer technique

Tissue engineering is an important branch of regenerative medicine that uses cells, materials (scaffolds), and suitable biochemical and physicochemical factors to improve or replace specific biological functions. In particular, the control of cell behavior (namely, of cell adhesion, proliferation and differentiation) is a key aspect for the design of successful therapeutical approaches. In this study, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) fiber mats were prepared using the electrospinning technology (the fiber diameters were in the micrometer range). Furthermore, the electrospun fiber mats thus formed were functionalized using the layer-by- layer (LbL) technique with chitosan and alginate (natural and biodegradable polyelectrolytes having opposite charges) as a mean for the immobilization of pDNA/dendrimer complexes. The polyelectrolyte multilayer deposition was confirmed by fluorescence spectroscopy using fluorescent-labeled polyelectrolytes. The electrospun fiber mats coated with chitosan and alginate were successfully loaded with complexes of pDNA and poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers (generation 5) and were able of releasing them in a controlled manner along time. In addition, these mats supported the adhesion and proliferation of NIH 3T3 cells and of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in their surface. Transfection experiments using a pDNA encoding for luciferase showed the ability of the electrospun fiber mats to efficiently serve as gene delivery systems. When a pDNA encoding for bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was used, the osteoblastic differentiation of hMSCs cultured on the surface of the mats was promoted. Taken together, the results revealed that merging the electrospinning technique with the LbL technique, can be a suitable methodology for the creation of biological active matrices for bone tissue engineering.