La microscopía en el estudio del biodeterioro y la conservación del patrimonio histórico y cultural

El Patrimonio Histórico y Cultural es el legado que hemos recibido del pasado, lo que vivimos en el presente y lo que transmitimos a las futuras generaciones y comprende el conjunto de bienes, tanto materiales como inmateriales, acumulados a lo largo del tiempo. El Patrimonio Inmaterial o Intangible abarca las manifestaciones que innumerables grupos y comunidades de todo el mundo han recibido de sus antepasados y transmiten a sus descendientes, a menudo de manera oral, como el lenguaje, costumbres, religiones, leyendas y mitos. La protección de este Patrimonio es muy vulnerable debido a su índole efímera. El Patrimonio Material o Tangible se divide a su vez en Bienes Muebles, como manuscritos, documentos, colecciones científicas, grabaciones, fotografías y películas, entre otros, e Inmuebles como monumentos, paisajes culturales, conjuntos arquitectónicos, obras de ingeniería, etc. Contiene, por tanto, una gran diversidad de materiales de naturaleza muy heterogénea: papel, madera, piedra, pergamino, seda, polímeros, metales.

Segmentación automática de ramificaciones y espinas dendríticas a través de muestras obtenidas mediante microscopía confocal.

Este documento está organizado en cuatro grandes bloques. Tras este primer bloque introductorio, con un enfoque global, está el bloque II, dedicado al estado de la cuestión. En ella se desarrollarán, en dos capítulos, temas fuertemente relacionados con este proyecto. Por un lado, se ha realiza una introducción a la Neurociencia y a toda la parte biológica que se tratará durante el documento. Se explicarán herramientas informáticas que actualmente se usan en la biología, y se presentarán trabajos previos similares a los de este trabajo, y sobre todo la forma actual de recuperación de los datos biológicos necesarios. La parte III se corresponde con el estudio del problema y las posibles propuestas para su resolución. Se tratarán todos los algoritmos estudiados y se mostrarán los resultados obtenidos de la ejecución de alguno de ellos. En la última parte y para terminar, se expondrán las conclusiones del trabajo realizado, así como las líneas futuras en este campo.

Desarrollo de un procedimiento para la observación y caracterización mecánica de células sobre sustratos opacos mediante microscopía de fuerzas atómicas : aplicación al estudio de linfocitos

Las células en los tejidos biológicos están continuamente sometidas a estímulos físicos tales como la presión hidrostática y esfuerzos de tracción, compresión o cortante, entre otros. La importancia de los estímulos mecánicos en el comportamiento de las células se ha reconocido recientemente al comprobarse cómo la naturaleza de estas fuerzas puede cambiar en patologías tales como las enfermedades vasculares o el cáncer. En respuesta a estos cambios, las células reaccionan modificando desde su forma o aspecto hasta su ciclo celular. Consecuentemente, el interés por el comportamiento mecánico de las células ha experimentado un auge creciente que ha requerido el desarrollo de varias técnicas de caracterización. En este contexto, se puede afirmar que una de las técnicas que ha irrumpido con más fuerza en esta nueva área, situada entre el mundo biológico y el físico, es la microscopía de fuerza atómica. En esta Tesis se ha abordado el estudio mediante microscopía de fuerza atómica de linfocitos de ratón que constituyen un linaje celular especialmente difícil de caracterizar mediante esta técnica por su tamaño y naturaleza no adherente. Los linfocitos, como actores fundamentales del sistema inmune, tienen gran importancia en la determinación de la respuesta que un organismo desencadena ante la presencia de un biomaterial. Bajo esta premisa, y como condición previa a la caracterización de los linfocitos, ha sido necesario el desarrollo de una metodología robusta y de amplia aplicabilidad que permita el estudio de células sobre biomateriales. Finalmente y con el objetivo de correlacionar el comportamiento mecánico de los linfocitos con alguna característica fisiológica relevante, se ha analizado la hipótesis de que el comportamiento mecánico pueda ser utilizado como marcador de la edad biológica. Consecuentemente se ha abordado el estudio del comportamiento mecánico de los linfocitos clasificados por grupos de edad, de manera que se han obtenido los primeros resultados que indican cómo puede manifestarse el proceso de inmunosenescencia -depresión del sistema inmune relacionada con el envejecimiento- en el comportamiento mecánico de las células del sistema inmune. Cells within tissues are continuously exposed to physical forces including hydrostatic pressure, shear stress, and compression and tension forces. The relevance of these mechanical stimuli has recently been recognised by different works in which significant changes were observed in these forces when they were measued in individuals affected by cardiovasvular diseases or cancer. Cells may alter their orientation, shape, internal constitution, contract, migrate, adhere, modify the synthesis and degradation of extracellular constituents, or even their life cycle in response to perturbations in their mechanical environment. As a consequence of this, the attention in cell mechanical behavior has undergone a significant thrust and novel techniques have been developed. In this context, atomic force microscopy has become a basic tool for the progress of this field. In this Thesis, the mechanical behavior of living murine T-lymphocytes was assessed by atomic force microscopy. Lymphocytes play a main role in the immune system of the individual and, consequently, in the immune response triggered by the presence of a biomaterial. The observation and characterization of the lymphocytes required the development of a robust experimental procedure that allowed overcoming the difficulties related to the analysis of this cell lineage, in particular their relatively large size and non-adherent character. These procedures could be easily transferred to other non-adherent cell lineages. Finally, to check the viability of developed method, we study the lymphocyte mechanical behavior as a function of the murine ageing. The obtained data represent a first step in the knowledge about how mechanical stimuli can affect the age-dependent decrease in immunological competence, i.e., the immunosenescence.

Resolución estructural en 3D de electrocerámicas mediante microscopía Raman confocal

Las propiedades de los materiales cerámicos son una combinación entre las propiedades intrínsecas, definidas por los granos cristalinos, y las propiedades extrínsecas, como son bordes de grano y fases secundarias. La relación entre estos dos elementos produce en muchas ocasiones, la presencia de propiedades inusuales que son la base de muchos materiales electrocerámicos. Sirvan como ejemplo algunos materiales tipo como son: varistores cerámicos, termistores, materiales con coeficiente de resistividad positivo, sensores de borde de grano, etc. En un material electrocerámico con respuesta funcional la correlación entre estructura-microestructura -propiedades es una constante, tanto en la etapa de diseño en laboratorio como en la etapa de producción industrial. El empleo de Microscopía Raman Confocal (MRC) se propone como una metodología relevante para el estudio de los factores que afectan a dichas correlaciones en materiales electrocerámicos. La técnica de MRC constituye una potente herramienta que permite determinar no solo la estructura sino las interacciones entre los elementos microestructurales. La correlación entre estas variables con las propiedades funcionales y la posibilidad de determinar las mismas en condiciones de operación, abren unas posibilidades que hasta la fecha solo estaban en la imaginación de los científicos. En esta presentación se resumen brevemente algunos de los principios relacionados con la técnica de Microscopía Raman Confocal, que junto con ejemplos seleccionados permiten visualizar aspectos relacionados con: la orientación de cristales, identificación fases cristalinas; resolución de nanoestructuras e interfases; determinación y dinámica de dominios ferroeléctricos; presencia de tensiones mecánicas; fenómenos de conducción,... sobre diferentes materiales cerámicos. Los trabajos mostrados son ejemplos de alta resolución en 3D de materiales funcionales como son los materiales electrocerámicos.

Mejora de la segmentación de espinas en imágenes de microscopía confocal

La reconstrucción y caracterización de las espinas dendríticas es hoy en día un área de trabajo de gran interés en la investigación neurobiológica. Las dendritas son prolongaciones en forma de ramas de la neurona. Las espinas dendríticas se encuentran a lo largo de las dendritas y son las encargadas de transmitir los impulsos electroquímicos al cuerpo de la neurona. El objetivo de este trabajo es desarrollar un algoritmo con el objetivo de mejorar las reconstrucciones 3D de las espinas dendríticas. Se ha utilizado un algoritmo de segmentación basado en los contornos activos morfológicos para analizar las imágenes de partida y conseguir nuevas reconstrucciones 3D fieles a estas imágenes. En este documento presentamos todo el desarrollo necesario para llevar a cabo los objetivos del proyecto. Por último también se presentarán los resultados obtenidos con este método comparándolo con las reconstrucciones de partida. ABSTRACT The reconstruction and characterization of dendritic spines is a hot topic in modern neurobiology research. Dendrites are the branched ramifications of a neuron. Dendritic spines are found along the dendrites and are responsible for transmitting electrochemical signals to the neuron’s main body. The purpose of this work is to develop an algorithm to improve the 3D reconstruction of dendritic spines. We use a segmentation algorithm based on morphological active contours to analyze the images and get new faithful 3D reconstructions of these images. In this document we present all the development necessary to accomplish the project goals. Finally, we will compare present results obtained by this method with the starting reconstructions.

Desarrollo de un sistema de digitalización y análisis de imágenes de microscopía para el diagnóstico de tuberculosis mediante inteligencia colectiva y gamificación

En este Trabajo de Fin de Grado se diseña, implementa y evalúa un sistema se digitalización de muestras de esputo basado en telefonía móvil e integrable con TuberSpot. Además, se proponen técnicas de procesamiento de imagen para el control de calidad del análisis y se implementa un mecanismo para evaluar la eficiencia de la inteligencia colectiva y la gamificación en este contexto. El sistema de adquisición propuesto utiliza smartphones, adaptadores móvil-microscopio y una aplicación Android. El protocolo de adquisición se ha diseñado conforme a un estudio realizado con personal médico cualificado. El control de calidad se basa en la inserción de bacilos simulados en las imágenes. Para la evaluación de eficiencia de TuberSpot se crea, en colaboración con médicos especialistas, un repositorio de imágenes en las que posición y número de bacilos quedan registrados.

Caracterización geométrica de huellas de dureza Brinell mediante equipos ópticos. Modelo con microscopía confocal

En esta tesis se desarrolla una metodología alternativa para la determinación de la dureza Brinell a partir de imágenes obtenidas mediante microscopía confocal, que se ha mostrado robusta para mejorar los resultados de medición del diámetro en condiciones de reproducibilidad. Las validaciones realizadas evidencian su posibilidad real de implementación, especialmente para la certificación de patrones de dureza. Los estudios experimentales realizados ponen de manifiesto que la medición del diámetro de una huella de dureza Brinell, siguiendo la metodología tradicional, depende de la posición del patrón, de las características del equipo empleado y del propio operador. Dicha medida resulta crítica y las dificultades para identificar el borde de la huella incorporan a menudo una fuente adicional de incertidumbre difícil de soslayar. En esta investigación se han desarrollado dos modelos matemáticos que permiten identificar de forma unívoca el diámetro de la huella en el punto donde se produce el límite de contacto entre el indentador y el material de la probeta durante la realización del ensayo. Ambos modelos han sido implementados en Matlab® y se ha verificado su validez mediante datos sintéticos. Asimismo, se ha realizado una validación experimental sobre patrones de dureza certificados, empleando un microscopio confocal marca Leica, modelo DCM 3D disponible en el Laboratorio de Investigación de Materiales de Interés Tecnológico (LIMIT) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI – UPM). Dicha validación ha puesto de manifiesto la utilidad de esta nueva metodología por cuanto permite caracterizar las huellas, estimar las incertidumbres de medida y garantizar la trazabilidad metrológica de los resultados. ABSTRACT This PhD thesis presents an alternative methodology to determine the Brinell hardness from the images obtained by confocal microscopy that has proved to be robust to improve the results of indentation diameter measurements in reproducibility conditions. The validations carried out show the real possibility of its implementation, especially for calibration of hardness reference blocks. Experimental studies performed worldwide show that the measurement of the indentation diameter in a Brinell hardness test depends, when the traditional methodology is applied, on the position of the test block, the equipment characteristics and the operator. This measurement is critical and the difficulties to identify the edge of the indentation often bring an additional source of uncertainty with them that is hard to avoid. In this research two specific mathematical models have been developed to identify unambiguously the indentation diameter at the point where the edge of the boundary between the indenter and the test block is found during the test. Both models have been implemented on Matlab® and their validity has been verified by synthetic data An additional experimental validation with calibrated hardness reference blocks has been carried out using a Leica-brand confocal microscope, model DCM 3D, available in the Laboratory for Research on Materials of Technological Interest (LIMIT in its Spanish acronym) of the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI-UPM). This validation has shown the utility of this new methodology since it allows to characterize the indentation, to estimate the measurement uncertainties and to ensure the metrological traceability of the results.

Aplicación de recursos de investigación en la docencia: Técnicas de microscopía en Geociencias

Se presentan los resultados más significativos del proyecto de innovación docente enmarcado dentro de las redes de innovación docente de la Universidad de Alicante. En este trabajo se han examinado una serie de técnicas para la adquisición de microfotografías de utilidad en Geociencias. En particular, los materiales estudiados incluyen microfósiles marinos (foraminíferos) y sedimentos arenosos. Las técnicas analizadas abarcan los siguientes dispositivos: a) microscopio electrónico de barrido; b) microscopio trilocular con iluminación led de luz fría – cámara réflex; y c) estereomicroscopio (lupa binocular) – cámara IDS. El análisis de las distintas fotografías obtenidas ha permitido establecer las mejores condiciones e instrumental para aplicar estas técnicas como recurso de investigación aplicado a la didáctica de las geociencias.

Diagnóstico situacional de cuatro hemoparásitos en canes menores de un año, en cinco barrios del distrito VI-2 de Managua

Con el objetivo de conocer la presencia de agentes etiológicos causantes de las hemoparasitosis en canes, se realizó un estudio en cinco barrios del distrito VI- 2 de la ciudad de Managua , entre el 21 de Marzo al 01 de Abril del 2005, la localidad presentó una temperatura med ia 30.3 °C y una humedad relativa del 75% ± 5%. Se realizó un muestreo de 220 canes menores de un año, correspondiente al 20% del universo (1098 canes), en los cuales se les extrajo 2ml de sangre de la arteria radial y se realizaron dos frotis sanguíneos, mediante una punción del pabellón auricular (circulación periférica), ese mismo día, en el laboratorio, se obtuvo el hematocrito de la muestra de sangre y los frotis sanguíneos se tiñeron por el método de Giemsa, luego se observaron dos frotis sanguíneos por cada can muestreado, utilizando microscopía óptica de inmersi ón para identificar los hemoparásitos haciendo uso de parámetros morfológicos de clasificación taxonómica. Se encontraron 39 (17.7 %) canes hemoparasitados y una prevalencia para Haemobartonella canis de 2.5%, Babesia canis con 0.77 % y Ehrlichia canis con 0.19%; mientras, que en Hepatozoon canis no se encontró ningún caso positivo. Además se presento una asociación hemoparasitaria (Babesia-Haemobartonella) con una prevalencia de 0.29 %.

Microencapsulación de Biocidas

Los productos biocidas presentan una serie de limitaciones para su uso como son: -Perfil toxicológico que limita su utilización en todos lo ámbitos. -Solubilidad que imposibilita o dificulta la utilización del agua como vehículo de elección. -Estado físico que en algunos casos complica la manipulación del biocida por el operador. -Condiciones de almacenamiento que precisan protección frente a la luz y a la temperatura. En esta memoria se plantea como solución a esta problemática, la formación de microencapsulados (complejos de inclusión) de biocidas de tres familias diferentes (nicotinoides, piretroides y carbamatos) y del sinergista butóxido de piperonilo, con ciclodextrinas (oligosacáridos cíclicos). El objetivo de esta investigación es desarrollar las herramientas adecuadas que permitan obtener un producto medioambientalmente compatible, que sirva de base para la obtención de formulaciones eficaces aplicables al control de plagas de insectos voladores, concretamente enfocado a la mosca doméstica (Musca doméstica), tanto en el interior como en el exterior de entornos urbanos y ganaderos. Una vez obtenido el microencapsulado se lleva a cabo su caracterización mediante diversas técnicas analíticas instrumentales: -Electroforesis capilar de zona (ECZ). -Estudios de solubilidad de fase mediante espectroscopía uv-vis. -Estudios calorimétricos (DSC, TG y DTA). -Resonancia Magnética Nuclear (RMN-H1 y RMN-C13). -Análisis Elemental (AE). -Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). -Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FT-IR).

Efecto de la radiación visible sobre la supervivencia de Acinetobacter baumannii sobre soportes inertes

Acinetobacter baumannii es una bacteria de gran importancia clínica debido a las infecciones nosocomiales a las que se asocia. La amenaza que supone en el ámbito hospitalario está directamente relacionada con su capacidad para sobrevivir a condiciones hostiles tales como cambios de temperatura, estrés lumínico y sequedad. En este contexto, se ha estudiado el efecto de la radiación visible sobre poblaciones de A. baumannii (ATCC 19606) mantenidas a temperatura ambiente en medio líquido (condiciones de ayuno) y sobre soporte sólido (condiciones de ayuno y sequedad). Para determinar la posible pérdida de cultivabilidad y la entrada en estado viable no cultivable (VNC), las poblaciones de A. baumannii se inocularon en solución salina estéril o se fijaron a filtros de acetato de celulosa estériles y se incubaron a 20ºC en condiciones de oscuridad (control) o exposición a luz visible. A lo largo de la supervivencia, utilizando microscopía de epifluerescencia, se cuantificaron las células totales, viables y cultivables. Además, se determinó la capacidad de formar biofilms de estas poblaciones. Bajo condiciones de oscuridad, tanto en soportes sólidos como en medio líquido, no se detectó pérdida de cultivabilidad, actividad o integridad celular durante al menos 7 días. Sin embargo, la luz visible tuvo un efecto negativo sobre las poblaciones de A. baumannii expuestas tanto en medio líquido como sobre soporte sólidos. En medio líquido, si bien la radiación luminosa no afectó a la integridad celular, al finalizar el periodo de exposición (7 días) el número de células cultivables descendió 1,5 log y el 27% de la población se encontraba en estado VNC. En condiciones de sequedad, la pérdida de cultivabilidad se detectó ya desde el primer día de exposición, situándose por debajo del límite de detección tras 5 días; la densidad de células viable también disminuyó, de modo que tras 7 días de exposición el 4% de la población era VNC. Además, la capacidad de formar biofilms se vio negativamente afectada a lo largo de la permanencia tanto en luz como en oscuridad. El efecto negativo de la luz fue especialmente relevante en poblaciones mantenidas en soportes sólidos. Bajo condiciones de ayuno, A. baumannii es capaz de persistir durante periodos de tiempo de al menos una semana incluso en ausencia de humedad. Sin embargo, la exposición de radiación luminosa induce la entrada en estado VNC en estas mismas condiciones, siendo este efecto negativo más acusado en condiciones de ayuno y sequedad.

Estudio de la trabeculectomía experimental mediante implante de PLGA como dispositivo de liberación controlada de fármacos

225 p. : il.

Arquitectura subcelular del sistema endocannabinoide en el núcleo ventromedial del hipotálamo de ratón

356 p. : il., graf. Nota: Contiene versión resumida en inglés p.237-256 con el título “Subcellular architecture of the endocannabinoid system in the mouse ventromedial nucleus of the hypothalamus”

Algas verdes en el picoplancton y nanoplancton del estuario del río Nervión (Golfo de Vizcaya)

332 p. : il., gráf.

Avances analíticos en la datación forense de tintas y documentos

380 p. : il., gráf.