Novel Antimicrobial Peptides Bacterial Cellulose Obtained by Symbioses Culture Between Polyhexanide Biguanide (PHMB) and Green Tea

Bacterial cellulose is a highly hydrated pellicle made up of a random assembly of ribbon shaped fibers less than 5 nm wide. The unique properties provided by the nanometric structure have led to a number of diagnostic biological probes, display devices due to their unique size-dependent medical applications. Bacterial cellulose matrix extracellular is a novel biotechnology and unique medicine indicated for ultimate chronic wound treatment management, drug delivery, tissue engineering, skin cancer and offers an actual and effective solution to a serious medical and social problem and to promote rapid healing in lesions caused by Diabetic burns, ulcers of the lower limbs or any other circumstance in which there's epidermal or dermal loss. In this work, it is reported novel antimicrobial peptides (AMPs) bacterial cellulose/polyhexanide biguanide (PHMB) which are produced by symbioses culture between polyhexanide biguanide and green tea culture medium resulting in the pure 3-D structure consisting of an ultra-fine network of novel biocellulose/PHMB nanofibres matrix (2-8 nm), highly hydrated (99% in weight), and with higher molecular weight, full biocompatibility.

Estudos sobre a aplicação do pentacloreto de nióbio na síntese de derivados de 4-aril-3,4-di- hidrocumarinas

Coumarin is a natural active compound that can be found in many plants. The coumarins have many properties such as bronchodilator, anti-inflammatory, antioxidant, anticoagulant, antibiotics, immunomodulatory, antimicrobial and antiviral, thus, they are widely used in medical applications. More recently the coumarin derivatives have attracted the interest of many research groups in the field of new materials, for example the possibility of their use as sensitizers in dye-sensitized solar cells (DSSC) and lasers. The MCRs are defined as a process in which three or more reactants are combined in the same reaction pot, resulting in products with good structural complexity a single step, in addition to economy of atoms and selectivity and is a very important feature in modern synthetic methodology. In this work we investigated the use of niobium pentachloride as catalyst of the multicomponent reactions between phenolic derivatives, various aromatic aldehydes and β-diester derivatives in the synthesis of 4-aryl-3,4-dihydrocoumarin derivatives. The reactions were carried out at room temperature, under inert atmosphere (N2), using dichloromethane anhydrous (CH2 Cl2) as solvent, with a reaction time of most 120 hours. The products were isolated by column chromatography on silica gel and submitted to spectrometric and spectroscopic analysis. The results show that NbCl5 is an excellent agent for promoting the synthesis of 4-aryl-3,4-dihydrocoumarin derivatives through multicomponent reactions, obtaining yields varying from 45 to 95%

Preparação de nanofio via deposição eletroquímica utilizando modelo de membrana porosa

From the last decade of the twentieth century, the rapid growth of nanotechnology has resulted in the discovery of a number of forms of nanoparticles and nanoclusters. We can cite as an example: nanotubes, nanowires, nanobelts, and nanoconesnanoclusters which have a wide range of applications, particularly as catalysts magnetic material nanodevices, chemical sensors, degradation of toxic chemicals, or even as possible carriers for the isotope medical applications.. The first step is the production and characterization of nanowires multithreaded using different types of metals (nickel, silver, gold) and polymers (pyrrole), which are prepared by electrochemical deposition process. Will be held by the characterization of the same images of scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM)

Human ABCB1 confers cells resistance to cytotoxic guanidine alkaloids from Pterogyne nitens

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A flexible lab-on-a-chip for the synthesis and magnetic separation of magnetite decorated with gold nanoparticles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A new heterologous fibrin sealant as scaffold to recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and natural latex proteins for the repair of tibial bone defects

Tissue engineering has special interest in bone tissue aiming at future medical applications Studies have focused on recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and natural latex proteins due to the osteogenic properties of rhBMP-2 and the angiogenic characteristic of fraction 1 protein (P-1) extracted from the rubber tree Hevea brasiliensis. Furthermore, heterologous fibrin sealant (FS) has been shown as a promising alternative in regenerative therapies. The aim of this study was to evaluate these substances for the repair of bone defects in rats. A bone defect measuring 3 mm in diameter was created in the proximal metaphysis of the left tibia of 60 rats and was implanted with rhBMP-2 or P-1 in combination with a new heterologous FS derived from snake venom. The animals were divided into six groups: control (unfilled bone defect), rhBMP-2 (defect filled with 5 mu g rhBMP-2), P-1 (defect filled with 5 mu g P-1), FS (defect filled with 8 mu g FS), FS/rhBMP-2 (defect filled with 8 mu g FS and 5 mu g rhBMP-2), FS/P-1 (defect filled with 8 mu g FS and 5 mu g P-1). The animals were sacrificed 2 and 6 weeks after surgery. The newly formed bone projected from the margins of the original bone and exhibited trabecular morphology and a disorganized arrangement of osteocyte lacunae. Immunohistochemical analysis showed intense expression of osteocalcin in all groups. Histometric analysis revealed a significant difference in all groups after 2 weeks (p < 0.05), except for the rhBMP-2 and FS/rhBMP-2 groups (p > 0.05). A statistically significant difference (p < 0.05) was observed in all groups after 6 weeks in relation to the volume of newly formed bone in the surgical area. In conclusion, the new heterologous fibrin sealant was found to be biocompatible and the combination with rhBMP-2 showed the highest osteogenic and osteoconductive capacity for bone healing. These findings suggest a promising application of this combination in the regeneration surgery.

Bandit-Based Algorithms for Budgeted Learning

We explore the problem of budgeted machine learning, in which the learning algorithm has free access to the training examples’ labels but has to pay for each attribute that is specified. This learning model is appropriate in many areas, including medical applications. We present new algorithms for choosing which attributes to purchase of which examples in the budgeted learning model based on algorithms for the multi-armed bandit problem. All of our approaches outperformed the current state of the art. Furthermore, we present a new means for selecting an example to purchase after the attribute is selected, instead of selecting an example uniformly at random, which is typically done. Our new example selection method improved performance of all the algorithms we tested, both ours and those in the literature.

Synchrotron X-ray diffraction characterization of healthy and fluorotic human dental enamel

With the introduction of fluoride as the main anticaries agent used in preventive dentistry, and perhaps an increase in fluoride in our food chain, dental fluorosis has become an increasing world-wide problem. Visible signs of fluorosis begin to become obvious on the enamel surface as opacities, implying some porosity in the tissue. The mechanisms that conduct the formation of fluorotic enamel are unknown, but should involve modifications in the basic physical-chemistry reactions of demineralization and remineralisation of the enamel of the teeth, which is the same reaction of formation of the enamel's hydroxyapatite (HAp) in the maturation phase. The increase of the amount of fluoride inside of the apatite will result in gradual increase of the lattice parameters. The aim of this work is to characterize the healthy and fluorotic enamel in human tooth using Synchrotron X-ray diffraction. All the scattering profile measurements were carried out at the X-ray diffraction beamline (XRD1) at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory-LNLS, Campinas, Brazil. X-ray diffraction experiments were performed both in powder samples and polished surfaces. The powder samples were analyzed to obtain the characterization of a typical healthy enamel pattern. The polished surfaces were analyzed in specific areas that have been identified as fluorotic ones. X-ray diffraction data were obtained for all samples and these data were compared with the control samples and also with the literature data. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Uso da RMN como um sensor online em processos industriais

Nuclear magnetic resonance (NMR) is one of the most versatile analytical techniques for chemical, biochemical and medical applications. Despite this great success, NMR is seldom used as a tool in industrial applications. The first application of NMR in flowing samples was published in 1951. However, only in the last ten years Flow NMR has gained momentum and new and potential applications have been proposed. In this review we present the historical evolution of flow or online NMR spectroscopy and imaging, and current developments for use in the automation of industrial processes.

Hochauflösende Resonanzionisationsspektroskopie an Samarium und Gadolinium

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die mehrstufige Resonanzionisation zur Spektroskopie im Gadolinium und Samarium eingesetzt und am Gadolinium für analytische Untersuchungen weiterentwickelt. Der Einsatzbereich der RIMS mit kontinuierlichen und gepulsten Lasern an komplexen Atomen wurde damit deutlich erweitert. Samarium und Gadolinium gehören zur Gruppe der Lanthanide, aufgrund der komplizierten Elektronenkonfigurationen zeichnen sie sich durch ein interessantes atomares Spektrum aus. Im Samarium wurde der erste von maximal drei resonanten Übergängen bezüglich Isotopieverschiebung und Hyperfein-strukturaufspaltung untersucht, knapp unterhalb des ersten Ionisationslimits nach möglichst ungestörten Rydbergserien gesucht und aus der Konvergenz dieser Serien das Ionisationspotenzial für 154Sm isotopenselektiv zu IP = 45519.30793(43) cm-1 bestimmt. Samarium und Gadolinium besitzen eine komplexe Kontinuumsstruktur, die sich durch schmale und starke autoionisierende Resonanzen auszeichnet. Daten früherer Untersuchungen zur Gadoliniumkontinuumsstruktur wurden in dieser Arbeit systematisch ausgewertet und durch eigene Messungen ergänzt. Zur theoretischen Beschreibung der Linienprofile interferierender autoionisierender Zustände wurde neben Fanoprofilen auch auf einen Ansatz aus der Kernphysik zurückgegriffen, den K-Matrix-Formalismus, und ein entsprechendes Simulationsprogramm eingesetzt. Anwendung auf ausgewählte spektrale Bereiche im Samarium und Gadolinium zeigt gute Reproduktion der Linienformen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde darüber hinaus die Einsetzbarkeit von gepulsten Lasern für die Spurenanalyse untersucht und die Erreichbarkeit der notwendigen Spezifikationen für medizinische Fragestellungen demonstriert.

Weiterentwicklung einer Produktionsanlage und der Speicherungs- bzw. Transportkonzepte für hochpolarisiertes 3He

Der Bedarf an hyperpolarisiertem 3He in Medizin und physikalischer Grundlagenforschung ist in den letzten ca. 10-15 Jahren sowohl in Bezug auf die zu Verfügung stehende Menge, als auch auf den benötigten Grad der Kernspinpolarisation stetig gestiegen. Gleichzeitig mußten Lösungen für die polarisationserhaltende Speicherung und den Transport gefunden werden, die je nach Anwendung anzupassen waren. Als Ergebnis kann mit dieser Arbeit ein in sich geschlossenes Gesamtkonzept vorgestellt werden, daß sowohl die entsprechenden Mengen für klinische Anwendungen, als auch höchste Polarisation für physikalische Grundlagenfor-schung zur Verfügung stellen kann. Verschiedene unabhängige Polarimetriemethoden zeigten in sich konsistente Ergebnisse und konnten, neben ihrer eigenen Weiterentwicklung, zu einer verläßlichen Charakterisierung des neuen Systems und auch der Transportzellen und –boxen eingesetzt werden. Die Polarisation wird mittels „Metastabilem Optischen Pumpen“ bei einem Druck von 1 mbar erzeugt. Dabei werden ohne Gasfluß Werte von P = 84% erreicht. Im Flußbetrieb sinkt die erreichbare Polarisation auf P ≈ 77%. Das 3He kann dann weitgehend ohne Polarisationsver-luste auf mehrere bar komprimiert und zu den jeweiligen Experimenten transportiert werden. Durch konsequente Weiterentwicklung der vorgestellten Polarisationseinheit an fast allen Komponenten kann somit jetzt bei einem Fluß von 0,8 barl/h eine Polarisation von Pmax = 77% am Auslaß der Apparatur erreicht werden. Diese skaliert linear mit dem Fluß, sodaß bei 3 barl/h die Polarisation immer noch bei ca. 60% liegt. Dabei waren die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Verbesserungen an den Lasern, der Optik, der Kompressionseinheit, dem Zwischenspeicher und der Gasreinigung wesentlich für das Erreichen dieser Polarisatio-nen. Neben dem Einsatz eines neuen Faserlasersystems ist die hohe Gasreinheit und die lang-lebige Kompressionseinheit ein Schlüssel für diese Leistungsfähigkeit. Seit Herbst 2001 er-zeugte das System bereits über 2000 barl hochpolarisiertes 3He und ermöglichte damit zahl-reiche interdisziplinäre Experimente und Untersuchungen. Durch Verbesserungen an als Prototypen bereits vorhandenen Transportboxen und durch weitgehende Unterdrückung der Wandrelaxation in den Transportgefäßen aufgrund neuer Erkenntnisse über deren Ursachen stellen auch polarisationserhaltende Transporte über große Strecken kein Problem mehr dar. In unbeschichteten 1 Liter Kolben aus Aluminosilikatglä-sern werden nun problemlos Speicherzeiten von T1 > 200h erreicht. Im Rahmen des europäi-schen Forschungsprojektes „Polarized Helium to Image the Lung“ wurden während 19 Liefe-rungen 70barl 3He nach Sheffield (UK) und bei 13 Transporten 100 barl nach Kopenhagen (DK) per Flugzeug transportiert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß die Problematik der Kernspinpolarisationser-zeugung von 3He, die Speicherung, der Transport und die Verwendung des polarisierten Ga-ses in klinischer Diagnostik und physikalischen Grundlagenexperimenten weitgehend gelöst ist und das Gesamtkonzept die Voraussetzungen für allgemeine Anwendungen auf diesen Gebieten geschaffen hat.

Entwicklung und Tests von Algorithmen für die Impedanztomographie

Die Elektrische Impedanztomographie soll als kostengünstige und nebenwirkungsfreie Tomographiemethode in der medizinischen Diagnostik, z. B. in der Mammographie dienen. Mit der EIT läßt sich Krebsgewebe von gesundem Gewebe unterscheiden, da es eine signifikant erhöhte Leitfähigkeit aufweist. Damit kann die EIT als Ergänzung zu den klassischen Diagnoseverfahren dienen. So ist z.B. bei jungen Frauen mit einem dichteren Fettgewebe die Identifizierung eines Mammakarzinoms mit der Röntgentomographie nicht immer möglich. Ziel dieser Arbeit war es, einen Prototypen für die Impedanztomographie zu entwickeln und mögliche Anwendungen zu testen. Der Tomograph ist in Zusammenarbeit mit Dr. K.H.Georgi gebaut worden. Der Tomograph erlaubt es niederohmige, Wechselströme an Elektroden auf der Körperoberfläche einzuspeisen. Die Potentiale können an diesen Elektroden programmierbar vorgegeben werden. Weitere hochohmige Elektroden dienen zur Potentialmessung. Um den Hautwiderstand zu überbrücken, werden Wechselstromfrequenzen von 20-100 kHz eingesetzt. Mit der Möglichkeit der Messung von Strom und Potential auf unterschiedlichen Elektroden kann man das Problem des nur ungenau bekannten Hautwiderstandes umgehen. Prinzipiell ist es mit dem Mainzer EIT System möglich, 100 Messungen in der Sekunde durchzuführen. Auf der Basis von mit dem Mainzer EIT gewonnenen Daten sollten unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen getestet und weiterentwickelt werden. In der Vergangenheit sind verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen für das mathematisch schlecht gestellte EIT Problem betrachtet worden. Sie beruhen im Wesentlichen auf zwei Strategien: Die Linearisierung und iterative Lösung des Problems und Gebietserkennungsmethoden. Die iterativen Verfahren wurden von mir dahingehend modifiziert, dass Leitfähigkeitserhöhungen und Leitfähigkeitserniedrigungen gleichberechtigt behandelt werden können. Für den modifizierten Algorithmus wurden zwei verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen programmiert und mit synthetischen Daten getestet. Zum einen die Rekonstruktion über die approximative Inverse, zum anderen eine Rekonstruktion mit einer Diskretisierung. Speziell für die Rekonstruktion mittels Diskretisierung wurde eine Methode entwickelt, mit der zusätzliche Informationen in der Rekonstruktion berücksichtigt werden können, was zu einer Verbesserung der Rekonstruktion beiträgt. Der Gebietserkennungsalgorithmus kann diese Zusatzinformationen liefern. In der Arbeit wurde ein neueres Verfahren für die Gebietserkennung derart modifiziert, dass eine Rekonstruktion auch für getrennte Strom- und Spannungselektroden möglich wurde. Mit Hilfe von Differenzdaten lassen sich ausgezeichnete Rekonstruktionen erzielen. Für die medizinischen Anwendungen sind aber Absolutmessungen nötig, d.h. ohne Leermessung. Der erwartende Effekt einer Inhomogenität in der Leitfähigkeit ist sehr klein und als Differenz zweier grosser Zahlen sehr schwierig zu bestimmen. Die entwickelten Algorithmen kommen auch gut mit Absolutdaten zurecht.

Inverse problems in classical and quantum physics

The subject of this thesis is in the area of Applied Mathematics known as Inverse Problems. Inverse problems are those where a set of measured data is analysed in order to get as much information as possible on a model which is assumed to represent a system in the real world. We study two inverse problems in the fields of classical and quantum physics: QCD condensates from tau-decay data and the inverse conductivity problem. Despite a concentrated effort by physicists extending over many years, an understanding of QCD from first principles continues to be elusive. Fortunately, data continues to appear which provide a rather direct probe of the inner workings of the strong interactions. We use a functional method which allows us to extract within rather general assumptions phenomenological parameters of QCD (the condensates) from a comparison of the time-like experimental data with asymptotic space-like results from theory. The price to be paid for the generality of assumptions is relatively large errors in the values of the extracted parameters. Although we do not claim that our method is superior to other approaches, we hope that our results lend additional confidence to the numerical results obtained with the help of methods based on QCD sum rules. EIT is a technology developed to image the electrical conductivity distribution of a conductive medium. The technique works by performing simultaneous measurements of direct or alternating electric currents and voltages on the boundary of an object. These are the data used by an image reconstruction algorithm to determine the electrical conductivity distribution within the object. In this thesis, two approaches of EIT image reconstruction are proposed. The first is based on reformulating the inverse problem in terms of integral equations. This method uses only a single set of measurements for the reconstruction. The second approach is an algorithm based on linearisation which uses more then one set of measurements. A promising result is that one can qualitatively reconstruct the conductivity inside the cross-section of a human chest. Even though the human volunteer is neither two-dimensional nor circular, such reconstructions can be useful in medical applications: monitoring for lung problems such as accumulating fluid or a collapsed lung and noninvasive monitoring of heart function and blood flow.

Development and performance assessment of a Plasma Focus electron beam generator for Intra-Operative Radiation Therapy

The Plasma Focus is a device designed to generate a plasma sheet between two coaxial electrodes by means of a high voltage difference. The plasma is then driven to collapse into a “pinch”, where thermonuclear conditions prevail. During the “pinch phase” charged particles are emitted, with two main components: an ion beam peaked forward and an electron beam directed backward. The electron beam emitted backward by Plasma Focus devices is being investigated as a radiation source for medical applications, using it to produce x-rays by interaction with appropriate targets (through bremsstrahlung and characteristic emission). A dedicated Plasma Focus device, named PFMA-3 (Plasma Focus for Medical Applications number 3), has been designed, put in operation and tested by the research groups of the Universities of Bologna and Ferrara. The very high dose rate (several gray per discharge, in less than 1 µs) is a peculiarity of this device that has to be investigated, as it might modify the relative biological effectiveness (RBE). Aim of this Ph.D. project was to investigate the main physical properties of the low-energy x-ray beams produced by a Plasma Focus device and their potential medical applications to IORT treatments. It was necessary to develop the optimal geometrical configuration; to evaluate the x-rays produced and their dose deposited; to estimate the energy electron spectrum produced in the “pinch phase”; to study an optimal target for the conversion of the x-rays; to conduct simulations to study the physics involved; and in order to evaluate the radio-biological features of the beam, cell holders had to be developed for both irradiations and cell growth conditions.

Biodegradable systems for the development of functional materials

This PhD work was aimed to design, develop, and characterize gelatin-based scaffolds, for the repair of defects in the muscle-skeletal system. Gelatin is a biopolymer widely used for pharmaceutical and medical applications, thanks to its biodegradability and biocompatibility. It is obtained from collagen via thermal denaturation or chemical-physical degradation. Despite its high potential as biomaterial, gelatin exhibits poor mechanical properties and a low resistance in aqueous environment. Crosslinking treatment and enrichment with reinforcement materials are thus required for biomedical applications. In this work, gelatin based scaffolds were prepared following three different strategies: films were prepared through the solvent casting method, electrospinning technique was applied for the preparation of porous mats, and 3D porous scaffolds were prepared through freeze-drying. The results obtained on films put into evidence the influence of pH, crosslinking and reinforcement with montmorillonite (MMT), on the structure, stability and mechanical properties of gelatin and MMT/gelatin composites. The information acquired on the effect of crosslinking in different conditions was utilized to optimize the preparation procedure of electrospun and freeze-dried scaffolds. A successful method was developed to prepare gelatin nanofibrous scaffolds electrospun from acetic acid/water solution and stabilized with a non-toxic crosslinking agent, genipin, able to preserve their original morphology after exposure to water. Moreover, the co-electrospinning technique was used to prepare nanofibrous scaffolds at variable content of gelatin and polylactic acid. Preliminary in vitro tests indicated that the scaffolds are suitable for cartilage tissue engineering, and that their potential applications can be extended to cartilage-bone interface tissue engineering. Finally, 3D porous gelatin scaffolds, enriched with calcium phosphate, were prepared with the freeze-drying method. The results indicated that the crystallinity of the inorganic phase influences porosity, interconnectivity and mechanical properties. Preliminary in vitro tests show good osteoblast response in terms of proliferation and adhesion on all the scaffolds.