Metabolic engineering with multi-objective optimization of kinetic models

Kinetic models have a great potential for metabolic engineering applications. They can be used for testing which genetic and regulatory modifications can increase the production of metabolites of interest, while simultaneously monitoring other key functions of the host organism. This work presents a methodology for increasing productivity in biotechnological processes exploiting dynamic models. It uses multi-objective dynamic optimization to identify the combination of targets (enzymatic modifications) and the degree of up- or down-regulation that must be performed in order to optimize a set of pre-defined performance metrics subject to process constraints. The capabilities of the approach are demonstrated on a realistic and computationally challenging application: a large-scale metabolic model of Chinese Hamster Ovary cells (CHO), which are used for antibody production in a fed-batch process. The proposed methodology manages to provide a sustained and robust growth in CHO cells, increasing productivity while simultaneously increasing biomass production, product titer, and keeping the concentrations of lactate and ammonia at low values. The approach presented here can be used for optimizing metabolic models by finding the best combination of targets and their optimal level of up/down-regulation. Furthermore, it can accommodate additional trade-offs and constraints with great flexibility.

Chondrogenic potential of injectable κ-carrageenan hydrogel with encapsulated adipose stem cells for cartilage tissue-engineering applications

Due to the limited self-repair capacity of cartilage, regenerative medicine therapies for the treatment of cartilage defects must use a significant amount of cells, preferably applied using a hydrogel system that can promise their delivery and functionality at the specific site. This paper discusses the potential use of k-carrageenan hydrogels for the delivery of stem cells obt ained from adipose tissue in the treatment of cartilage tissue defects. The developed hydrogels were produced by an ionotropic gelation met hod and human adipose stem cells (hASCs) were encapsulated in 1.5% w/v k-carrageenan solution at a cell density of 5  10 6 cells/ml. The results from the analysis of the cell-encapsulating hydrogels, cultured for up to 21 days, indicated that k-carrageenan hydrogels support the viability, proliferation and chondrogenic differentiation of hASCs. Additionally, the mec hanical analysis demonstrated an increase in stiffness and viscoelastic properties of k-carrageenan gels with their encapsulated cells with increasing time in culture with chondrogenic medium. These results allowed the conclusion that k-carrageenan exhibits properties t hat enable the in vitro functionality of encapsulated hASCs and thus may provide the basis for new successful approaches for the treatment of cartilage defects.

Bioactive ceramics for tissue engineering and regenerative medicine derived from marine sponges

Publicado em "Journal of tissue engineering and regenerative medicine". Vol. 8, suppl. s1 (2014)

Marine Collagen/Apatite scaffolds envisaging tissue engineering applications

Despite the vast investigation and the large amount of products already available in the market to treat the different bone defects there is still a growing need to develop more advanced and complex therapeutic strategies. In this context, a mixture of Marine Hydroxyapatite-Fluorapatite:Collagen (HA-FP:ASC) seems to be a promising solution to overcome these bone defects, specifically, dental defects. HA-FP particles (20–63 μm) were obtained through pyrolysis (950°C, 12 h) of shark teeth (Isurus oxyrinchus, P. glauca), and Type I collagen was isolated from Prionace glauca skin as previously described (1). After the steps of purification, collagen was solubilized in 0.5 M acetic acid and HA-FP added producing three different formulations: were produced, 30:70, 50:50 and 70:30 of HA-FP:ASC, respectively. EDC/NHS and HMDI binding agents were used to stabilize the produced scaffolds. Mechanical properties were evaluated by compression tests. SEM analysis allowed observing the mineral deposition, after immersion in simulated body fluid and also permitted to evaluate how homogenous was the distribution of HA-FP in the different scaffold formulations, also confirmed by μ-CT assay. It was readily visible by Cytotoxicity and life/dead CLSM assays that cells were able to adhere and proliferate in the produced scaffolds. Scaffolds crosslinked with EDC/NHS showed lower cytotoxicity, being the ones chosen for further cellular evaluation.

Introducing biomimetic approaches to materials development and product design for engineering students

In this paper, we present a new course entitled “Biomimicry: from life to nanotechnological innovations” at the Mines Nancy Engineering School, Nancy, France, and explain how we developed a specific curriculum covering biomimicry. We discuss strategies that can be followed by teachers to explain selected contents in the multi-disciplinary field of biomimicry and/or bioinspiration to undergraduate students and how practical classroom activities can be conducted as individual or team work. We hope that sharing our experience will help teachers and senior researchers disseminate useful concepts and real examples of biomimetic principles and tools for the development of new materials, new/improved design and fabrication strategies, and innovation methodologies.

Current approaches and future perspectives on strategies for the development of personalized tissue engineering therapies

Personalized tissue engineering and regenerative medicine (TERM) therapies propose patient-oriented effective solutions, considering individual needs. Cell-based therapies, for example, may benefit from cell sources that enable easier autologous set-ups or from recent developments on IPS cells technologies towards effective personalized therapeutics. Furthermore, the customization of scaffold materials to perfectly fit a patientâ s tissue defect through rapid prototyping technologies, also known as 3D printing, is now a reality. Nevertheless, the timing to expand cells or to obtain functional in vitrotissue substitutes prior to implantation prevents advancements towards routine use upon patient´s needs. Thus, personalized therapies also anticipate the importance of creating off-the-shelf solutions to enable immediately available tissue engineered products. This paper reviews the main recent developments and future challenges to enable personalized TERM approaches and to bring these technologies closer to clinical applications.

Engineering a commercial cold-adapted xylanase for improved low pH stability

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Development of composite auxetic structures for civil engineering applications

Tese de Doutoramento em Engenharia Têxtil

SI2ME: um serviço de informação para o trabalho no binómio monitorização-melhoria, no setor educativo não superior em Portugal

Tese de Doutoramento em Tecnologias e Sistemas de Informação.

Ingeniería de glicanos: diseño de inmunógenos y ligandos de lectinas. Glycan engineering: design of immunogens and ligand of lectins.

La ingeniería de glicanos es un área de investigación emergente, la que posee múltiples aplicaciones en medicina. Mediante esta herramienta se intentará reducir la flexibilidad de las uniones glicosídicas de antígenos tumorales, como la del antígeno T (Galbeta3GalNAcalfa-Ser/Thr). Aquí se realizarán las menores alteraciones posibles en la topología de glicanos que generen la mejor respuesta inmune hacia el antígeno de interés. Por otra parte, se buscará ligandos de alta afinidad que interaccionen con lectinas involucradas en diseminación de metástasis. Mediante ensayos teóricos de Docking se tratará de hallar modificaciones topológicas de glicanos que potencialmente tengan propiedades anti-adhesivas para células tumorales. Este proyecto constará de tres etapas: una teórica, utilizando programas de cálculos para ensayos de Docking y mínimos energéticos de glicanos. Otra de síntesis, generando los glicoconjugados sugeridos en la etapa anterior. En la última, se verificará si estos glicanos rediseñados adquirieron las propiedades biológicas deseadas. Así se determinará si generan una respuesta inmune que reconozca antígenos y células tumorales. También, se analizarán las propiedades anti-adhesivas de los glicanos utilizando diferentes modelos experimentales. Finalmente, se determinará si los inmunógenos producidos y/o glicoconjugados rediseñados poseen efecto en el desarrollo tumoral y sobrevida animal.

Los entornos virtuales como herramienta sustituta del laboratorio "real" y como complemento de la enseñanza de Química a alumnos de Ingeniería. Virtual environments as substitute tools for the "conventional" laboratories and as a complement for Chemistry teaching to Engineering students.

El presente proyecto se plantea el siguiente problema de investigación:¿Cuál es la eficacia de los entornos virtuales de enseñanza para optimizar los aprendizajes de Química? Se sostiene la hipótesis de que los entornos virtuales de enseñanza, empleados como mediación instrumental, son eficaces para optimizar los aprendizajes de química, particularmente facilitando la vinculación y reversibilidad entre "mundo micro y macroscópico"; capacidad que usualmente sólo se atribuye al trabajo experimental de laboratorio. Los objetivos propuestos son: Determinar la eficacia de entornos virtuales de enseñanza, como mediaciones instrumentales, para optimizar los aprendizajes de química en estudiantes de ingeniería. Implementar un entrono virtual de enseñanza de química, diseñado como mediación instrumental y destinado a estudiantes de dos carreras de ingeniería del IUA. Evaluar el desarrollo y los resultados de la innovación introducida. Comparar los resultados de la innovación con los resultados de la enseñanza usual. Derivar conclusiones acerca de la eficacia de la innovación propuesta. Socializar el conocimiento producido en ámbitos científico-tecnológicos reconocidos. Se generará un aula virtual en plataforma Educativa y utilidzando el laboratorio de computación de la institución se buscará desarrollar laboratorios virtuales donde se propondrán actividades de simulación de trabajo experimental. Los resultados esperados son: - Un Aula Virtual que cumpla funciones análogas a las de un laboratorio experimental. - Información válida y confiable acerca de la eficacia de la misma como medio para optimizar los aprendizajes de química. - Publicaciones en ámbitos científico-tecnológicos reconocidos que sometan a juicio público la innovación y la investigación efectuadas. La importancia del proyecto radica principalmente en poner a prueba la eficacia de los entornos virtuales para optimizar los aprendizajes de química, analogando tareas usualmente limitadas al trabajo experimental de laboratorio. Su pertinencia apunta a un replanteo del curriculo de los cursos de Química para estudiantes de Ingeniería.

Problemáticas de la interacción discursiva en la enseñanza y el aprendizaje de las Ciencias Naturales. Aportes didácticos. Interaction discoursive issues in teaching and learning Natural Sciences. Didactic contributions

Las didácticas específicas de las ciencias naturales revelan diferentes problemáticas en su enseñanza y aprendizaje en los diferentes niveles del sistema educativo. En particular, en las clases de ciencias la interacción discursiva docente alumnos adquiere relevancia, ya que el proceso de comunicación del conocimiento es uno de los pilares didácticos, junto a la trasposición del mismo. Especificamente, en este proyecto nos abocamos a aquellas intervenciones de docentes y alumnos que se relacionan con la construcción del conocimiento biológico y químico. El proyecto se enmarca en una actual linea de trabajo que indaga sobre las dificultades en los abordajes del conocimiento científico en las aulas, las características del discurso entre docentes y alumnos, las habilidades y dificultades en la comprensión de los enunciados de problemas y las características de los textos que se utilizan en las clases. Se focaliza este estudio en casos que intentan dar respuesta a tres temáticas, agrupadas en un conjunto de situaciones de investigación relacionadas con la interacción discursiva docente-alumno, retomando el rol del docente al hablar, guiar o diseñar las situaciones de referencia para el aprendizaje de los alumnos. Los casos son: 1- En cuanto a las concepciones sobre diversidad biológica en estudiantes de escuela secundaria y en textos académicos, atendemos a cómo la escuela presenta los contenidos ecológicos como un conjunto de dogmas y conceptos estáticos. Además suelen simplificarse conceptualmente y presentarse poco actualizados. Es por ello que se planea estudiar las concepciones y actitudes de los alumnos de secundaria sobre la biodiversidad, cómo estas dificultan su comprensión y los textos usados en relación a la promoción de la transposición didáctica. 2- En relación a cómo se elabora el patrón temático del tema célula en clases de Biología, se analizarán las diferentes estrategias de significados y de desarrollo temático, que se emplean en la comunicación aulica. Se intentará establecer si hay cambios en el desarrollo temático a medida que se avanza en la escolaridad. Esto es porque se puede apreciar que muchos de los problemas de aprendizaje del alumnado se deben a un desconocimiento tanto del patrón temático como del patrón estructural de la ciencia, siendo preciso evocar los patrones temáticos que se quieren utilizar, para construir un conocimiento compartido. 3-Finalmente, en los enunciados de problemas de Química, se analizarán las dificultades de comprensión lectora de alumnos de Ingeniería. Los docentes frecuentemente atribuyen los problemas a deficiencias en la instrucción recibida, sin considerarse los conocimientos previos del alumno, los obstáculos conceptuales originados en el tema, las deficiencias en la habilidad lectora, el tipo textual predominante en la consigna, el formato en el que se escribió la consigna y los factores personales, etc., siendo que la comprensión del enunciado de una consigna de trabajo condiciona fuertemente la posibilidad de su resolución. Los tres casos utilizarán metodologías cualitaritas que incluyan análisis de contenido en discursos orales y escritos. Los datos se registrarán desde observación no participante, registro etnográfico y con grabaciones de audio. Se espera contribuir al conocimiento, realizando aportes a la formación docente en tanto las estrategias discursivas que se emplean en el aula, en forma oral y en la escrita, conocer concepciones que dificultan o favoren la construcción del conocimiento científico, entre otras. Los productos de estos estudios estarán integrados por nuevos desarrollos para la formación docente, publicaciones científicas de impacto nacional e internacional, presentaciones a congresos, materiales didácticos y divulgativos, dictado de seminarios y/o cursos, redacción de informes a las escuelas intervinientes.. The specific Natural Sciences didactics show different problems in teaching and learning along the school system. In particular, the discourse used to communicate knowledge in Science lessons becomes important. With this project we will focus on the teachers and students actions regarding the construction of biological and chemical knowledge. This project attempts to answer these issues and brings together a range of research situations related to teacher-student interaction, through discourse, taking up the role of the teacher to speak, to plan and to guide student learning. We will study the ideas and attitudes of high school students about biodiversity that make difficult its understanding and the textbooks used in relation to promotion of the didactic transposition. In addition, regarding how the thematic pattern in biology classes is costructed, it will be analyzed the different meaning and thematic development strategies that are used in communication. We will attempt to establish whether there are any changes in the thematic development throughout high school education. Finally, we will analyze the reading comprehension problems in engineering students. Teachers frequently attribute these issues to deficiencies in prior education, without considering the students background, the conceptual obstacles arising in the field, the format in which the prompt is written, personal factors, etc., keeping in mind that the outcome of an activity is strictly dependant con the prompt understanding. We expect to make contributions to the teacher education in both the discourse strategies used in the classroom, orally and in writing, to learn about the conceptions that hinder or favor the knowledge construction, among others. The products of this study will be national and international impact scientific publications, conference presentations, popular science publications, seminars courses and reports to the schools involeved.

Derechos de participación e información en programas dirigidos a adolescentes en escuelas secundarias de la Ciudad de Córdoba: cumplimiento progresivo y estrategias de promoción. Participation and information rights in programs for adolescents in secondary schools in Cordoba City: progressive implementation and promotion strategies.

Abordar la infancia desde el enfoque de derechos (ED) implica una lectura de los derechos de los cuales los niños, niñas y adolescentes (NNA) son titulares y de las acciones estatales que se implementan para viabilizar el ejercicio concreto de ellos. Esta perspectiva exige comprender los contenidos de las políticas púb,el grado de participación que se les asigna y los sentidos que ellas toman en términos de progresividad de los derechos. Los cambios de concepción de la infancia desde la Convención Internacional de los Derechos del Niño (CIDN) y los cambios legislativos interpelan al Estado y la sociedad a modificar la visión hegemónica. Nuestra hipótesis gira alrededor de las siguientes considerac.: se han producido algunas modificaciones en las políticas y acciones estatales, aún no se dan las transformaciones necesarias de las lógicas institucionales y de los operadores que estimulen la participación de NNA en el ámbito escolar. Esto se visualiza en la ausencia de análisis cuali de los contenidos de las acc. y la falta de ftes estadísticas específicas, que muestren la orientac.de los contenidos en los principios de la protecc.integral. Estos presupuestos plantean interrogantes que delimitan el problema de investigación: ¿cómo se construye y reconstruye el ejercicio de la ciudadanía a través de la participación de los NNA, en su paso por la escuela, y cuáles son las lógicas institucionales que habilitan u obstaculizan ese ejercicio? Y ¿cuáles son los recursos institucionales que permitan que los programas y acciones redunden en el ejercicio efectivo de los derechos?.Obj.gral: Describir, analizar e interpretar la progresividad en el ejercicio de los derechos de participación e informacióin que tienen los adolescentes en escuelas secundarias de la cd de Cba, durante 2005 / 2010, para promover espacios públicos de construcción de ciudadanía. Se analizarán tres escuelas de Córdoba, escuela pública provincial, púb. nacional y privada. Obj. Espec.: Analizar las prácticas participativas formales e informales en las escuelas seleccionadas.- Aplicar indicadores cuanti y cualitativos del “Sistema de Indicadores para los derechos de la Infancia” Describir y analizar los recursos materiales y humanos. Elaborar y proponer procedim. para la confec. de registros de datos estadísticos - Elaborar y proponer lineamientos para la elaborac.e implementac.de acciones. Diseñar herramientas de difusión sobre los ds de participación e información.Esta investigac. es de carácter descriptivo e interpretativo, analizará diferentes ftes de informac.con técnicas cuanti y cualitativas, durante período la promulgación de la Ley 26061/05 y la adhesión prov. 9396/07. Se tomarán del Sistema de Indicadores, el derecho a la educación, el tema transversal “Acceso a la información y participación”, y las categorías de análisis “Recepción del Derecho y Capacidades estatales”. Se trabajaran indicadores cuanti y señales de progreso (cualitativos): estructurales, proceso y resultados. Serán analizados los Programas implementados durante el período de estudio. Estrategias cuali observac. participante, entrevistas, grupos focales, talleres de sensibilización, etc .Otras ftes de info: doc. institucionales, registros, evaluac, contenidos de programas y campañas y de difusión, prensa escrita, legislaciones, etc. La info se analizará a través Programa Atlas Ti, y del análisis estadístico. Algunos resultados esperados: Evaluac.y ajuste del Sistema de indicadores, la sensibilizac. desde el EF de autorid. escol. para la formulac. de planes y programas para el monitoreo adecuado de los mismos y para la rendic. de ctas de su gestión. Estimular la participac. de NNA en la escuela. Realizac.de documental. Brindar herramientas al Edo para superv de la aplicación progresiva del ejercicio de los derechos de participación e información de NNA Promov la continua evaluac. de los programas y acc.desde el ED para estimular el reconoc. de la nec.de ajuste de la política. The issue of children from the rights focus implies a reading of the rights in which children and adolescents are the holders and the state actions that are implemented to enable the exercise of them. This perspective requires understanding the contents of the public policies, the participation level that is assigned, and the senses that they take in terms of rights progressivity of. The conception changes about children since the International Convention on the Rights of the Child and legislative changes challenge to the State and society to modify hegemony vision. Our hypothesis revolves around the following considerations: there have been some public policies and state actions changes, but they not turn out, yet, transformations in logical institutional and actors whose are encourages children participation in school. This could be reflects in the absence of qualitative analysis in the actions contents and the lack of sources specific statistics, that will be showing the control of the principal contents of integral protection. These, raise the questions that delimit our problem research: how is built citizenship exercise through children and adolescent’s participation in the school, and what are the institutional logical that empowers or turns difficult that exercise? And What are the institutional resources that make possible the effective exercise of the rights, through different programs and actions?. General Objective: To describe, analyze and interpret exercise progressivity participation and information rights that have the adolescents in secondary schools in Córdoba City during 2005 / 2010, in order to promote public spaces for the construction of citizenship. It will analyze three schools in Cordoba, provincial public school, national public school and private school. . Obj. Specifics: To analyze the formal and informal participative practices in the schools selected. - To apply quantitative and qualitative indicators of the “Indicators System for Infa