Conformal symmetry of the critical 3D Ising model inside a sphere

We perform Monte-Carlo simulations of the three-dimensional Ising model at the critical temperature and zero magnetic field. We simulate the system in a ball with free boundary conditions on the two dimensional spherical boundary. Our results for one and two point functions in this geometry are consistent with the predictions from the conjectured conformal symmetry of the critical Ising model.

Osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells in the absence of osteogenic supplements: a surface-roughness gradient study

The use of biomaterials to direct osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in the absence of osteogenic supplements is thought to be part of the next generation of orthopedic implants. We previously engineered surface-roughness gradients of average roughness (Ra) varying from the sub-micron to the micrometer range ( 0.5–4.7 lm), and mean distance between peaks (RSm) gradually varying from 214 lm to 33 lm. Here we have screened the ability of such surface-gradients of polycaprolactone to influence the expression of alkaline phosphatase (ALP), collagen type 1 (COL1) and mineralization by hMSCs cultured in dexamethasone (Dex)-deprived osteogenic induction medium (OIM) and in basal growth medium (BGM). Ra 1.53 lm/RSm 79 lm in Dex-deprived OI medium, and Ra 0.93 lm/RSm 135 lm in BGM consistently showed higher effectiveness at supporting the expression of the osteogenic markers ALP, COL1 and mineralization, compared to the tissue culture polystyrene (TCP) control in complete OIM. The superior effectiveness of specific surface-roughness revealed that this strategy may be used as a compelling alternative to soluble osteogenic inducers in orthopedic applications featuring the clinically relevant biodegradable polymer polycaprolactone.

Evaluating biomaterial-and microfluidic-based 3D tumor models

Cancer is a major cause of morbidity and mortality worldwide, with a disease burden estimated to increase in the coming decades. Disease heterogeneity and limited information on cancer biology and disease mechanisms are aspects that 2D cell cultures fail to address. We review the current "state-of-the-art" in 3D Tissue Engineering (TE) models developed for and used in cancer research. Scaffold-based TE models and microfluidics, are assessed for their potential to fill the gap between 2D models and clinical application. Recent advances in combining the principles of 3D TE models and microfluidics are discussed, with a special focus on biomaterials and the most promising chip-based 3D models.

Adipogenic cell sheets to recreate in vitro adipose tissue microenvironments

Cell sheet (CS) engineering, taking advantage of cellular self-matrix organized as in native tissue, has been largely explored, including by us, for different purposes [1â 3]. Herein we propose for the ï¬ rst time, the use of human adipose stem cells (hASCs)-derived CS to create adipose tissue analogues with different levels of maturation. hASCs were cultured on UpCellTM thermo-responsive dishes for 1, 3 and 5 days under basal conditions previously established by us [3]. The inï¬ uence of pre-differentiation time and respective cell number, over CS stability and differentiation was assessed. Mechanically robust CS were only obtained with 5 days pre-differentiation period. Adipogenesis was followed along the culture assessing the variation of expression of mesenchymal (CD73, CD105 but not CD90) and adipogenic (PPARg, FABP4 and LPL) markers by ï¬ ow cytometry, immunocytochemistry and RT-PCR. Increased ratio of differentiated cells was achieved for longer pre-differentiation periods, while maturation degree was modulated by the maintenance medium. Independently of the overall CS differentiation/maturation level, 3D constructs were fabricated by stacking and further culturing 3 CS. Thus, by varying the culture conditions, different 3D adipose tissue-like microenvironments were recreated, enabling future development of new tissue engineering strategies, as well as further study of adipose tissue role in the regeneration of different tissues.

Optimization of filling systems for low pressure by Flow 3D

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Development of procedures for the design, optimization and manufacturing of customized orthopaedic and trauma implants: Geometrical/anatomical modelling from 3D medical imaging

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

Development of Janus hydrogel microcapsules as novel biomaterials-stem cells construct for 3D co-culture applications

Co-cultures of two or more cell types and biodegradable biomaterials of natural origin have been successfully combined to recreate tissue microenvironments. Segregated co-cultures are preferred over conventional mixed ones in order to better control the degree of homotypic and heterotypic interactions. Hydrogel-based systems in particular, have gained much attention to mimic tissue-specific microenvironments and they can be microengineered by innovative bottom-up approaches such as microfluidics. In this study, we developed bi-compartmentalized (Janus) hydrogel microcapsules of methacrylated hyaluronic acid (MeHA)/methacrylated-chitosan (MeCht) blended with marine-origin collagen by droplet-based microfluidics co-flow. Human adipose stem cells (hASCs) and microvascular endothelial cells (hMVECs) were co-encapsulated to create platforms of study relevant for vascularized bone tissue engineering. A specially designed Janus-droplet generator chip was used to fabricate the microcapsules (<250â μm units) and Janus-gradient co-cultures of hASCs: hMVECs were generated in various ratios (90:10; 75:25; 50:50; 25:75; 10:90), through an automated microfluidic flow controller (Elveflow microfluidics system). Such monodisperse 3D co-culture systems were optimized regarding cell number and culture media specific for concomitant maintenance of both phenotypes to establish effective cell-cell (homotypic and heterotypic) and cell-materials interactions. Cellular parameters such as viability, matrix deposition, mineralization and hMVECs re-organization in tube-like structures, were enhanced by blending MeHA/MeCht with marine-origin collagen and increasing hASCs: hMVECs co-culture gradient had significant impact on it. Such Janus hybrid hydrogel microcapsules can be used as a platform to investigate biomaterials interactions with distinct combined cell populations.

Biomimetic superhydrophobic surfaces patterned with wettable spots as implantable chips for in vivo high-content 3D biomaterials response assessment

"Tissue engineering: part A", vol. 21, suppl. 1 (2015)

Semipermeable capsules wrapping a multifunctional and self-regulated co-culture microenvironment for osteogenic differentiation

A new concept of semipermeable reservoirs containing co-cultures of cells and supporting microparticles is presented, inspired by the multi-phenotypic cellular environment of bone. Based on the deconstruction of the â stem cell nicheâ , the developed capsules are designed to drive a self-regulated osteogenesis. PLLA microparticles functionalized with collagen I, and a co-culture of adipose stem (ASCs) and endothelial (ECs) cells are immobilized in spherical liquified capsules. The capsules are coated with multilayers of poly(L-lysine), alginate, and chitosan nano-assembled through layer-by-layer. Capsules encapsulating ASCs alone or in a co-culture with ECs are cultured in endothelial medium with or without osteogenic differentiation factors. Results show that osteogenesis is enhanced by the co-encapsulation, which occurs even in the absence of differentiation factors. These findings are supported by an increased ALP activity and matrix mineralization, osteopontin detection, and the up regulation of BMP-2, RUNX2 and BSP. The liquified co-capsules also act as a VEGF and BMP-2 cytokines release system. The proposed liquified capsules might be a valuable injectable self-regulated system for bone regeneration employing highly translational cell sources.

O género na construção de personagens 3D: do binário ao fluído

Relatório de estágio de mestrado em Média Interativos

A 3D computer assisted Orthopedic Surgery Planning approach based on planar radiography

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Informática Médica)

Acciones tróficas de GABA: implicancias en la diferenciación sexual del cerebro. Trophic actions of GABA: Implications for sexual differentiation of the brain.

En el hipotálamo en desarrollo, el ácido gamma-amino butírico (GABA) produce depolarización neuronal, pudiendo incluso disparar potenciales de acción y causar la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje. Esto se debe a que la concentración intracelular de Cl- es alta respecto al medio extracelular, por lo que en reposo el potencial de equilibrio de GABA es más positivo que el potencial de membrana. A medida que el desarrollo transcurre, la concentración intracelular de Cl- disminuye y se produce un cambio en la respuesta de depolarizante (etapa excitatoria) a hiperpolarizante (etapa inhibitoria). Se ha demostrado que este cambio ocurre también en neuronas hipotalámicas in vitro. El dimorfismo sexual del cerebro de los vertebrados es consecuencia de la acción del estrógeno aromatizado a partir de andrógenos segregados por el testículo durante el "periodo crítico" del desarrollo cerebral. Evidencias previas de nuestro y otros laboratorios pusieron de manifiesto diferencias en el crecimiento y diferenciación de neuronas que no podían atribuirse a la acción hormonal, ya que ocurren antes que se inicie el brusco aumento de la secreción gonadal, alrededor del día 18 de desarrollo embrionario en la rata (E18). Además de las diferencias morfológicas, encontramos diferencias sexuales en la forma que las neuronas hipotalámicas responden a muscimol, un agonista específico del receptor GABAA. A los 9 días in vitro (9 DIV) la respuesta a muscimol fue hiperpolarizante (etapa inhibitoria) y además fue de mayor amplitud, área y duración en machos respecto a hembras. Esto nos indica que las neuronas provenientes de embriones machos son intrínsecamente diferentes a las de embriones hembra aún antes de la acción organizadora de los esteroides sexuales. En base a estas evidencias nos propusimos continuar nuestros estudios sobre la participación de GABA en la determinación de diferencias sexuales en el cerebro antes de la acción organizadora de los esteroides gonadales. Para ello, en cultivos de neuronas hipotalámicas de E16 separados por sexos, estudiaremos:- la respuesta a muscimol de las neuronas, en la etapa excitatoria (2 DIV) de la acción de GABA.- las composición de subunidades de los receptores GABAA en la etapa excitatoria/inhibitoria de la acción de GABA.- la participación de los receptores GABAA sobre el crecimiento neurítico.- la activación de la vía de las MAP quinasas por muscimol.- la participación de los receptores GABAA sobre el crecimiento axonal inducido por estradiol in vitro.Toda la metodología propuesta es de uso habitual en nuestro laboratorio e involucra herramientas de la electrofisiología y la biología celular-molecular; como patch-clamp, cultivo de neuronas hipotalámicas, Western blot, RT-PCR, entre otras. Esperamos encontrar diferencias sexuales en la amplitud, área y duración de la respuesta de las neuronas hipotalámicas al muscimol a los 2 DIV, y que éstas se deban a una diferente composición de subunidades del receptor GABAA. En cuanto a la participación del receptor GABAA en la neuritogenesis, esperamos encontrar mayor longitud neurítica en neuronas macho como así también una activación sexualmente dimórfica de la vía de las MAP quinasas. Además esperamosque la acción de un antagonista del receptor GABAA interfiera con la axogénesis inducida por estradiol in vitro, característica que muestra diferencia sexual también a favor de los machos, lo que reforzaría nuestra hipótesis. La importancia y originalidad de este proyecto reside en la evaluación de la participación del sistema GABAérgico en la determinación de características que durante el desarrollo, podrían estar involucradas en la determinación de diferencias sexuales permanentes en el cerebro adulto independientemente de la acción de los esteroides sexuales. Hasta la fecha, no ha sido evaluada la influencia de los receptores GABAA en la diferenciación sexual del cerebro antes de la acción organizadora de los esteroides gonadales.

Metabolismo de fosfolípidos, señal de calcio y sus implicancias en la diferenciación de Trypanosoma cruzi. Phospholipids metabolism, calcium signal and its implications in the differentiation of Trypanosoma cruzi.

Trypanosoma cruzi es un protozoo primitivo agente causal de la enfermedad de Chagas. La transmisión de esta enfermedad depende tanto del desarrollo y de la diferenciación del microorganismo en el intestino del vector. Las diferentes formas del parásito se han adaptado a una serie de condiciones impuestas por los distintos ambientes en donde debió habitar. Esta capacidad de sobrevivir a medios externos tan variados está dada por la diversidad en las vías de transducción de señales en el parásito. T. cruzi se multiplica y diferencia (metaciclogénesis) en el recto de los triatominos. A este nivel, los parásitos se enfrentan a un incremento en la osmolaridad causado por un elevado contenido de NaCl en la orina. En nuestro laboratorio se observó que diferentes estímulos son capaces de producir incrementos en los niveles de IP3 y de Ca2+ intracelular, consecuencia de la activación del ciclo del inositol fosfato, y activación de fosfolipasa D (PLD) y fosfatidilinositol 3 quinasa (PI3K). En un medio carente de Na+ los epimastigotes estimulados con carbacol, mostraron una señal de calcio disminuida mientras que la acumulación de IP3 no se modificó. Además, esta señal se incrementó en presencia de PMA, activador de proteína quinasa C, mientras que la acumulación de IP3 se anuló completamente. Estos resultados indujeron a pensar en un mecanismo alternativo y/o paralelo a IP3 en la liberación de Ca2+, en el cual la presencia de un intercambiador Na+/H+ favorecería la liberación del ion desde organelas acídicas. Es conocido que la señal de calcio es requerida para la metaciclogénesis, y que esta señal es independiente del Ca2+ extracelular (Lammel y col. 1996, Marchesini y col., 2002). De este modo se propone que "los epimastigotes de T. cruzi utilizan como elementos conservados a lo largo de la evolución a los elementos del ciclo del inositol fosfato, uno de los sistemas de transducción de señales más antiguo, para responder a estímulos que inducen la diferenciación del parásito". Por lo tanto, para el desarrollo de este proyecto se propone determinar la presencia de un RcIP3 en epimastigotes y conocer su compromiso en la liberación de Ca2+ desde reservorios intracelulares. Además, establecer si un intercambiador Na+/H+ en membrana de acidocalcisomas estaría relacionado con la señal de calcio intracelular y su posible regulación por proteina quinasa C y A (PKC y PKA, respectivamente). Por otro lado, para dilucidar la implicancia de estos mecanismos en el proceso de metaciclogénesis, se propone estudiar la activación del intercambiador Na+/H+ y la señal de calcio en condiciones de hiperosmolaridad, tal como ocurre en el recto del triatomino. Ademas, ya que el proceso de diferenciación involucra una reorganización de los microtubulos del citoesqueleto se pretende estudiar el compromiso del metabolismo de fosfolípidos y tubulina en procesos que contribuyen a la inducción de la metaciclogenesis. El alcance de los objetivos mencionados ayudará a dilucidar la presencia de componentes tales como RcIP3 y el intercambiador Na+/H+ involucrados en la señalización del ion bivalente. Por otro lado, se espera demostrar que los isotipos de tubulina encontrados en T. cruzi cambien en cantidad relativa y nivel de expresión cuando los epimastigotes sean estimulados con posibles inductores de la diferenciación. Además, se espera observar simultáneamente un aumento en la actividad de dos enzimas relacionadas con la reorganización de microtúbulos: PI-3K y PLD. En tal caso, y para comprobar su implicancia en el proceso, se espera que la inhibición de tales enzimas sea capaz de revertir el efecto producido por los estímulos. Como la PLC se expresa principalmente en las forma epimastigotes mas que en los tripomastigotes (forma infectiva), la señal de Ca2+ inducida por IP3 se relacionaría con la capacidad del parásito para responder a ciertos cambios de pH y osmolaridad que enfrenta el microorganismo en el tracto digestivo del insecto vector.

Fração de ejeção e volumes do ventrículo esquerdo medidos com eco 3D e com tomografia ultra-rápida

FUNDAMENTO: O ecocardiograma tridimensional em tempo real (ECO 3D) e a tomografia computadorizada ultra-rápida (CT) são dois novos métodos de análise da fração de ejeção e dos volumes do VE. OBJETIVO: Comparar as medidas da FEVE e dos volumes do VE aferidos pelo ECO 3D e pela CT ultra-rápida. MÉTODOS: Foram estudados pelo ECO 3D e pela CT ultra-rápida de 64 cortes, 39 pacientes consecutivos (27 homens, média etária de 57±12 anos). Foram analisados: FEVE e volumes do VE. Análise estatística: coeficiente de correlação (r: Pearson), teste de Bland & Altman, teste de regressão linear, 95 % IC, p<0,05. RESULTADOS: Medidas do ECO 3D: a FEVE variou de 56,1 a 78,6 (65,5±5,58)%; volume diastólico final variou de 49,6 a 178,2 (87±27,8)ml; volume sistólico final variou de 11,4 a 78 (33,1±13,6)ml. Medidas da CT: a FEVE variou de 53 a 86 (67,8±7,78)%; volume diastólico final variou de 51 a 186 (106,5±30,3) ml; volume sistólico final variou de 7 a 72 (35,5±13,4)ml. As correlações entre ECO 3D e CT foram: FEVE (r: 0,7888, p<0,0001, 95% IC 0,6301 a 0,8843); volume diastólico final (r: 0,7695, p<0,0001, 95% IC 0,5995 a 0,8730); volume sistólico final (r: 0,8119, p<0,0001, 95% IC 0,6673 a 0,8975). CONCLUSÃO: Nesta série, foi observada boa correlação entre as medidas da FEVE e entre os volumes ventriculares aferidos pelo ECO3D e pela CT ultra-rápida de 64 cortes.