Fibronectin/phosphorylcholine coatings on fluorocarboned surfaces: a study upon adsorption and grafting processes

Depuis ces dernières décennies, le domaine des biomatériaux a connu un essor considérable, évoluant de simples prothèses aux dispositifs les plus complexes pouvant détenir une bioactivité spécifique. Outre, le progrès en science des matériaux et une meilleure compréhension des systèmes biologiques a offert la possibilité de créer des matériaux synthétiques pouvant moduler et stimuler une réponse biologique déterminée, tout en améliorant considérablement la performance clinique des biomatériaux. En ce qui concerne les dispositifs cardiovasculaires, divers recouvrements ont été développés et étudiés dans le but de modifier les propriétés de surface et d’améliorer l’efficacité clinique des tuteurs. En effet, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. Le recouvrement à la surface de biomatériaux par diverses molécules ayant des propriétés complémentaires constitue une approche intéressante pour atteindre différentes cibles biologiques et orienter la réponse de l’hôte. De ce fait, l’élucidation de l’interaction entre les différentes molécules composant les recouvrements est pertinente pour prédire la conservation de leurs propriétés biologiques spécifiques. Dans ce travail, des recouvrements pour des applications cardiovasculaires ont été créés, composés de deux molécules ayant des propriétés biologiques complémentaires : la fibronectine (FN) afin de promouvoir l’endothélialisation et la phosphorylcholine (PRC) pour favoriser l’hémocompatibilité. Des techniques d’adsorption et de greffage ont été appliquées pour créer différents recouvrements de ces deux biomolécules sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Dans un premier temps, des films de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés en tant que surface modèle afin d’explorer l’interaction de la PRC et de la FN avec les surfaces fluorocarbonées ainsi qu’avec des cellules endothéliales et du sang. La stabilité des recouvrements de FN sur l’acier inoxydable a été étudiée par déformation, mais également par des essais statiques et dynamiques sous-flux. Les recouvrements ont été caractérisés par Spectroscopie Photoéléctronique par Rayons X, immunomarquage, angle de contact, Microscopie Électronique de Balayage, Microscopie de Force Atomique et Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (imagerie et profilage en profondeur). Des tests d’hémocompatibilité ont été effectués et l’interaction des cellules endothéliales avec les recouvrements a également été évaluée. La FN greffée a présenté des recouvrements plus denses et homogènes alors que la PRC quant à elle, a montré une meilleure homogénéité lorsqu’elle était adsorbée. La caractérisation de la surface des échantillons contenant FN/PRC a été corrélée aux propriétés biologiques et les recouvrements pour lesquels la FN a été greffée suivie de l’adsorption de la PRC ont présenté les meilleurs résultats pour des applications cardiovasculaires : la promotion de l’endothélialisation et des propriétés d’hémocompatibilité. Concernant les tests de stabilité, les recouvrements de FN greffée ont présenté une plus grande stabilité et densité que dans le cas de l’adsorption. En effet, la pertinence de présenter des investigations des essais sous-flux versus des essais statiques ainsi que la comparaison des différentes stratégies pour créer des recouvrements a été mis en évidence. D’autres expériences sont nécessaires pour étudier la stabilité des recouvrements de PRC et de mieux prédire son interaction avec des tissus in vivo.

Renal Drug Transporters – Clinical Significance and Role in Drug-Drug Interactions

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

Predicting the metabolic energy costs of bipedalism using evolutionary robotics

To understand the evolution of bipedalism among the homnoids in an ecological context we need to be able to estimate theenerrgetic cost of locomotion in fossil forms. Ideally such an estimate would be based entirely on morphology since, except for the rare instances where footprints are preserved, this is hte only primary source of evidence available. In this paper we use evolutionary robotics techniques (genetic algoritms, pattern generators and mechanical modeling) to produce a biomimentic simulation of bipedalism based on human body dimensions. The mechnaical simulation is a seven-segment, two-dimensional model with motive force provided by tension generators representing the major muscle groups acting around the lower-limb joints. Metabolic energy costs are calculated from the muscel model, and bipedal gait is generated using a finite-state pattern generator whose parameters are produced using a genetic algorithm with locomotor economy (maximum distance for a fixed energy cost) as the fitness criterion. The model is validated by comparing the values it generates with those for modern humans. The result (maximum efficiency of 200 J m-1) is within 15% of the experimentally derived value, which is very encouraging and suggests that this is a useful analytic technique for investigating the locomotor behaviour of fossil forms. Initial work suggests that in the future this technique could be used to estimate other locomotor parameters such as top speed. In addition, the animations produced by this technique are qualitatively very convincing, which suggests that this may also be a useful technique for visualizing bipedal locomotion.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

DCA for bot detection

Ensuring the security of computers is a non-trivial task, with many techniques used by malicious users to compromise these systems. In recent years a new threat has emerged in the form of networks of hijacked zombie machines used to perform complex distributed attacks such as denial of service and to obtain sensitive data such as password information. These zombie machines are said to be infected with a dasiahotpsila - a malicious piece of software which is installed on a host machine and is controlled by a remote attacker, termed the dasiabotmaster of a botnetpsila. In this work, we use the biologically inspired dendritic cell algorithm (DCA) to detect the existence of a single hot on a compromised host machine. The DCA is an immune-inspired algorithm based on an abstract model of the behaviour of the dendritic cells of the human body. The basis of anomaly detection performed by the DCA is facilitated using the correlation of behavioural attributes such as keylogging and packet flooding behaviour. The results of the application of the DCA to the detection of a single hot show that the algorithm is a successful technique for the detection of such malicious software without responding to normally running programs.

X-ray vision: mental representation of the human body’s inner morphology

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SIMULATING LARGE DEFORMATION OF INTRANEURAL GANGLION CYST USING FINITE ELEMENT METHOD

Intraneural Ganglion Cyst is disorder observed in the nerve injury, it is still unknown and very difficult to predict its propagation in the human body so many times it is referred as an unsolved history. The treatments for this disorder are to remove the cystic substance from the nerve by a surgery. However these treatments may result in neuropathic pain and recurrence of the cyst. The articular theory proposed by Spinner et al., (Spinner et al. 2003) considers the neurological deficit in Common Peroneal Nerve (CPN) branch of the sciatic nerve and adds that in addition to the treatment, ligation of articular branch results into foolproof eradication of the deficit. Mechanical modeling of the affected nerve cross section will reinforce the articular theory (Spinner et al. 2003). As the cyst propagates, it compresses the neighboring fascicles and the nerve cross section appears like a signet ring. Hence, in order to mechanically model the affected nerve cross section; computational methods capable of modeling excessively large deformations are required. Traditional FEM produces distorted elements while modeling such deformations, resulting into inaccuracies and premature termination of the analysis. The methods described in research report have the capability to simulate large deformation. The results obtained from this research shows significant deformation as compared to the deformation observed in the conventional finite element models. The report elaborates the neurological deficit followed by detail explanation of the Smoothed Particle Hydrodynamic approach. Finally, the results show the large deformation in stages and also the successful implementation of the SPH method for the large deformation of the biological organ like the Intra-neural ganglion cyst.

Site Specifc Growth of Metal Catalyzed Silica Nanowires for Biological and Chemical Sensing

In this research the integration of nanostructures and micro-scale devices was investigated using silica nanowires to develop a simple yet robust nanomanufacturing technique for improving the detection parameters of chemical and biological sensors. This has been achieved with the use of a dielectric barrier layer, to restrict nanowire growth to site-specific locations which has removed the need for post growth processing, by making it possible to place nanostructures on pre-pattern substrates. Nanowires were synthesized using the Vapor-Liquid-Solid growth method. Process parameters (temperature and time) and manufacturing aspects (structural integrity and biocompatibility) were investigated. Silica nanowires were observed experimentally to determine how their physical and chemical properties could be tuned for integration into existing sensing structures. Growth kinetic experiments performed using gold and palladium catalysts at 1050 ˚C for 60 minutes in an open-tube furnace yielded dense and consistent silica nanowire growth. This consistent growth led to the development of growth model fitting, through use of the Maximum Likelihood Estimation (MLE) and Bayesian hierarchical modeling. Transmission electron microscopy studies revealed the nanowires to be amorphous and X-ray diffraction confirmed the composition to be SiO2 . Silica nanowires were monitored in epithelial breast cancer media using Impedance spectroscopy, to test biocompatibility, due to potential in vivo use as a diagnostic aid. It was found that palladium catalyzed silica nanowires were toxic to breast cancer cells, however, nanowires were inert at 1µg/mL concentrations. Additionally a method for direct nanowire integration was developed that allowed for silica nanowires to be grown directly into interdigitated sensing structures. This technique eliminates the need for physical nanowire transfer thus preserving nanowire structure and performance integrity and further reduces fabrication cost. Successful nanowire integration was physically verified using Scanning electron microscopy and confirmed electrically using Electrochemical Impedance Spectroscopy of immobilized Prostate Specific Antigens (PSA). The experiments performed above serve as a guideline to addressing the metallurgic challenges in nanoscale integration of materials with varying composition and to understanding the effects of nanomaterials on biological structures that come in contact with the human body.

Development of machine learning methods for multi-modal biomarkers detection and integration

In medicine, innovation depends on a better knowledge of the human body mechanism, which represents a complex system of multi-scale constituents. Unraveling the complexity underneath diseases proves to be challenging. A deep understanding of the inner workings comes with dealing with many heterogeneous information. Exploring the molecular status and the organization of genes, proteins, metabolites provides insights on what is driving a disease, from aggressiveness to curability. Molecular constituents, however, are only the building blocks of the human body and cannot currently tell the whole story of diseases. This is why nowadays attention is growing towards the contemporary exploitation of multi-scale information. Holistic methods are then drawing interest to address the problem of integrating heterogeneous data. The heterogeneity may derive from the diversity across data types and from the diversity within diseases. Here, four studies conducted data integration using customly designed workflows that implement novel methods and views to tackle the heterogeneous characterization of diseases. The first study devoted to determine shared gene regulatory signatures for onco-hematology and it showed partial co-regulation across blood-related diseases. The second study focused on Acute Myeloid Leukemia and refined the unsupervised integration of genomic alterations, which turned out to better resemble clinical practice. In the third study, network integration for artherosclerosis demonstrated, as a proof of concept, the impact of network intelligibility when it comes to model heterogeneous data, which showed to accelerate the identification of new potential pharmaceutical targets. Lastly, the fourth study introduced a new method to integrate multiple data types in a unique latent heterogeneous-representation that facilitated the selection of important data types to predict the tumour stage of invasive ductal carcinoma. The results of these four studies laid the groundwork to ease the detection of new biomarkers ultimately beneficial to medical practice and to the ever-growing field of Personalized Medicine.

Update On Ultraviolet A And B Radiation Generated By The Sun And Artificial Lamps And Their Effects On Skin.

Solar radiation, especially ultraviolet A (UVA) and ultraviolet B (UVB), can cause damage to the human body, and exposure to the radiation may vary according to the geographical location, time of year and other factors. The effects of UVA and UVB radiation on organisms range from erythema formation, through tanning and reduced synthesis of macromolecules such as collagen and elastin, to carcinogenic DNA mutations. Some studies suggest that, in addition to the radiation emitted by the sun, artificial sources of radiation, such as commercial lamps, can also generate small amounts of UVA and UVB radiation. Depending on the source intensity and on the distance from the source, this radiation can be harmful to photosensitive individuals. In healthy subjects, the evidence on the danger of this radiation is still far from conclusive.

Movimento humano em uma perspectiva psicossomática: estudos de Judith Kestenberg

This paper considers Judith Kestenberg's approach to the psychic contextualization of human body movements, presenting: 1) the main movement categories identified by Kestenberg and their meanings; 2) the relations (affinities and shocks) within these movement patterns; 3) the relations between the initial preferences of a child for certain rhythms of movements and his/her movement patterns in adult life. The aim of this research was to present Kestenberg's studies, which offer a necessary knowledge to those willing to comprehend human body movement in a therapeutic context.

Compreensão da sexualidade por jovens com diagnóstico de deficiência intelectual

The study describes the comprehension of concepts about sexuality by youths diagnosed with intellectual deficiency, during classes on sexual education. The analysis of selected episodes from video transcriptions of five classes (Human Body, Kiss, Flirting, Coitus, Condom/STD) showed: the appropriation and understanding of concepts, partial difficulties of comprehension, and inhibition. The analysis of the transcripts indicated that all students were attentive to the classes, participated in the proposed tasks, and answered the questions. The observed signs of inhibition and the expression of values were similar to those observed in other youngsters, indicating the appropriation of culturally established values. The obtained evidences contrast with mythical visions related to sexuality in these youngsters, and suggest more studies about their competences.

Metodologia para descrição da orientação do corpo humano

Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Educação Física