Chemical studies of viral entry mechanisms: I. Hydrophobic protein-lipid interactions during sendai virus membrane fusion. II. Kinetics of bacteriophage λ DNA injection.

Viruses possess very specific methods of targeting and entering cells. These methods would be extremely useful if they could also be applied to drug delivery, but little is known about the molecular mechanisms of the viral entry process. In order to gain further insight into mechanisms of viral entry, chemical and spectroscopic studies in two systems were conducted, examining hydrophobic protein-lipid interactions during Sendai virus membrane fusion, and the kinetics of bacteriophage λ DNA injection.

Sendai virus glycoprotein interactions with target membranes during the early stages of fusion were examined using time-resolved hydrophobic photoaffinity labeling with the lipid-soluble carbene generator3-(trifluoromethyl)-3-(m-^(125 )I] iodophenyl)diazirine (TID). The probe was incorporated in target membranes prior to virus addition and photolysis. During Sendai virus fusion with liposomes composed of cardiolipin (CL) or phosphatidylserine (PS), the viral fusion (F) protein is preferentially labeled at early time points, supporting the hypothesis that hydrophobic interaction of the fusion peptide at the N-terminus of the F_1 subunit with the target membrane is an initiating event in fusion. Correlation of the hydrophobic interactions with independently monitored fusion kinetics further supports this conclusion. Separation of proteins after labeling shows that the F_1 subunit, containing the putative hydrophobic fusion sequence, is exclusively labeled, and that the F_2 subunit does not participate in fusion. Labeling shows temperature and pH dependence consistent with a need for protein conformational mobility and fusion at neutral pH. Higher amounts of labeling during fusion with CL vesicles than during virus-PS vesicle fusion reflects membrane packing regulation of peptide insertion into target membranes. Labeling of the viral hemagglutinin/neuraminidase (HN) at low pH indicates that HN-mediated fusion is triggered by hydrophobic interactions, after titration of acidic amino acids. HN labeling under nonfusogenic conditions reveals that viral binding may involve hydrophobic as well as electrostatic interactions. Controls for diffusional labeling exclude a major contribution from this source. Labeling during reconstituted Sendai virus envelope-liposome fusion shows that functional reconstitution involves protein retention of the ability to undergo hydrophobic interactions.

Examination of Sendai virus fusion with erythrocyte membranes indicates that hydrophobic interactions also trigger fusion between biological membranes, and that HN binding may involve hydrophobic interactions as well. Labeling of the erythrocyte membranes revealed close membrane association of spectrin, which may play a role in regulating membrane fusion. The data show that hydrophobic fusion protein interaction with both artificial and biological membranes is a triggering event in fusion. Correlation of these results with earlier studies of membrane hydration and fusion kinetics provides a more detailed view of the mechanism of fusion.

The kinetics of DNA injection by bacteriophage λ. into liposomes bearing reconstituted receptors were measured using fluorescence spectroscopy. LamB, the bacteriophage receptor, was extracted from bacteria and reconstituted into liposomes by detergent removal dialysis. The DNA binding fluorophore ethidium bromide was encapsulated in the liposomes during dialysis. Enhanced fluorescence of ethidium bromide upon binding to injected DNA was monitored, and showed that injection is a rapid, one-step process. The bimolecular rate law, determined by the method of initial rates, revealed that injection occurs several times faster than indicated by earlier studies employing indirect assays.

It is hoped that these studies will increase the understanding of the mechanisms of virus entry into cells, and to facilitate the development of virus-mimetic drug delivery strategies.

Microelectrode Implants for Spinal Cord Stimulation in Rats

Paralysis is a debilitating condition afflicting millions of people across the globe, and is particularly deleterious to quality of life when motor function of the legs is severely impaired or completely absent. Fortunately, spinal cord stimulation has shown great potential for improving motor function after spinal cord injury and other pathological conditions. Many animal studies have shown stimulation of the neural networks in the spinal cord can improve motor ability so dramatically that the animals can even stand and step after a complete spinal cord transaction.

This thesis presents work to successfully provide a chronically implantable device for rats that greatly enhances the ability to control the site of spinal cord stimulation. This is achieved through the use of a parylene-C based microelectrode array, which enables a density of stimulation sites unattainable with conventional wire electrodes. While many microelectrode devices have been proposed in the past, the spinal cord is a particularly challenging environment due to the bending and movement it undergoes in a live animal. The developed microelectrode array is the first to have been implanted in vivo while retaining functionality for over a month. In doing so, different neural pathways can be selectively activated to facilitate standing and stepping in spinalized rats using various electrode combinations, and important differences in responses are observed.

An engineering challenge for the usability of any high density electrode array is connecting the numerous electrodes to a stimulation source. This thesis develops several technologies to address this challenge, beginning with a fully passive implant that uses one wire per electrode to connect to an external stimulation source. The number of wires passing through the body and the skin proved to be a hazard for the health of the animal, so a multiplexed implant was devised in which active electronics reduce the number of wires. Finally, a fully wireless implant was developed. As these implants are tested in vivo, encapsulation is of critical importance to retain functionality in a chronic experiment, especially for the active implants, and it was achieved without the use of costly ceramic or metallic hermetic packaging. Active implants were built that retained functionality 8 weeks after implantation, and achieved stepping in spinalized rats after just 8-10 days, which is far sooner than wire-based electrical stimulation has achieved in prior work.

Mario Pereira de Souza Lima: uma etapa de consolidação do pensamento gramatical brasileiro anterior à NGB

Este trabalho, estruturado em três capítulos, é uma análise crítica da Grammatica Expositiva da Língua Portuguesa de Mario Pereira de Souza Lima, publicada em 1937, pela Companhia Editora Nacional, em sua Bibliotheca Pedagógica Brasileira, Serie 2 Livros Didacticos Vol. 70, somente reeditada, em 1945, pela Livraria José Olympio Editora, sob o título de Gramática Portuguêsa. No primeiro capítulo, faz-se a contextualização histórica do surgimento da Grammatica Expositiva, com a apresentação de seus antecedentes e as correspondentes referências às linhas do pensamento gramatical e do pensamento pedagógico que norteavam as publicações dos compêndios didáticos de estudos gramaticais. Mostra-se a filiação teórica da obra compulsada, no segundo capítulo, no qual se examinam as influências incidentes sobre os procedimentos de interpretação adotados por Mario Pereira. A análise da estrutura da Grammatica Expositiva da Língua Portuguesa é feita, criticamente, no terceiro capítulo, com o intuito de aferir o caráter inovador da abordagem que efetua dos conteúdos gramaticais, explicitando-se as suas peculiaridades, quando confrontada com duas outras obras coexistentes: a Grammatica Expositiva (Curso Superior) de Eduardo Carlos Pereira e a Grammatica Secundaria de Manuel Said Ali, a partir dos critérios de conceituação dos fatos e categorias gramaticais, em especial as classes de palavras e as funções sintáticas. Quanto aos fins pedagógicos e ao perfil do corpus, caracteriza-se a obra, através do exame do conceito de uso padrão adotado, majoritariamente literário, com indícios, entretanto, de preocupação com a variação da língua, com alguns indicadores das diferenças entre o uso brasileiro e o português. Selecionam-se, também, temas acompanhados de comentários, com destaque para o novo, para o descritivamente mais consistente. Em conclusão, é assinalada a singularidade da obra, no contexto dos estudos gramaticais realizados, na época de sua publicação, tendo em vista a sua abordagem inovadora, particularmente, no que se refere à perspectiva morfossintática de exame pela qual se inicia

Natural cone formation for fast ignition of laser fusion

We propose to utilize the leading pulse of a petawatt class laser to create a conic plasma channel in the dense plasmas. This plasma channel could serve as a natural cone to guide the main pulse to the cone tip, as behaves similarly to the physical Au cone. We estimate that the leading pulse of a petawatt laser could create a natural cone with cone tip only about 100 mu m away from the edge of compressed core plasma. The natural cone formation should be compatible for a good uniform compression and efficient fast heating of the imploded fuel.

Spinal circuits can accommodate interaction torques during multijoint limb movements

The dynamic interaction of limb segments during movements that involve multiple joints creates torques in one joint due to motion about another. Evidence shows that such interaction torques are taken into account during the planning or control of movement in humans. Two alternative hypotheses could explain the compensation of these dynamic torques. One involves the use of internal models to centrally compute predicted interaction torques and their explicit compensation through anticipatory adjustment of descending motor commands. The alternative, based on the equilibrium-point hypothesis, claims that descending signals can be simple and related to the desired movement kinematics only, while spinal feedback mechanisms are responsible for the appropriate creation and coordination of dynamic muscle forces. Partial supporting evidence exists in each case. However, until now no model has explicitly shown, in the case of the second hypothesis, whether peripheral feedback is really sufficient on its own for coordinating the motion of several joints while at the same time accommodating intersegmental interaction torques. Here we propose a minimal computational model to examine this question. Using a biomechanics simulation of a two-joint arm controlled by spinal neural circuitry, we show for the first time that it is indeed possible for the neuromusculoskeletal system to transform simple descending control signals into muscle activation patterns that accommodate interaction forces depending on their direction and magnitude. This is achieved without the aid of any central predictive signal. Even though the model makes various simplifications and abstractions compared to the complexities involved in the control of human arm movements, the finding lends plausibility to the hypothesis that some multijoint movements can in principle be controlled even in the absence of internal models of intersegmental dynamics or learned compensatory motor signals.

Diseño de un programa de entrenamiento para la prevención de lesiones en el ligamento cruzado anterior en jugadores de baloncesto

El proyecto está encuadrado dentro de la temática de Entrenamiento deportivo, el primer objetivo de este trabajo es el de conocer el función del ligamento cruzado anterior dentro de la articulación de la rodilla. A continuación identificar los diferentes factores que influyen en la lesión del ligamento cruzado en jugadores de baloncesto. Y posteriormente, el trabajo se centra en el desarrollo de un posible programa de prevención de las lesiones que afectan a dicho ligamento y que sirva para reducir el riesgo lesivo en los jugadores de baloncesto. Por lo que la primera parte del proyecto es de carácter fundamentalmente teórico, para ello ha sido llevada a cabo una revisión bibliográfica del tema que nos compete, recopilando y tratando toda la información de manera que pueda ser usada para el posterior desarrollo de la propuesta de plan de entrenamiento. La segunda parte consiste en el desarrollo y presentación del plan de entrenamiento, basándonos en los datos científicos recabados anteriormente, utilizando como base dicha información para fundamentar la objetividad del programa de entrenamiento propuesto.

Low Effort L-i Nuclear Fusion Plasma Control Using Model Predictive Control Laws

One of the main problems of fusion energy is to achieve longer pulse duration by avoiding the premature reaction decay due to plasma instabilities. The control of the plasma inductance arises as an essential tool for the successful operation of tokamak fusion reactors in order to overcome stability issues as well as the new challenges specific to advanced scenarios operation. In this sense, given that advanced tokamaks will suffer from limited power available from noninductive current drive actuators, the transformer primary coil could assist in reducing the power requirements of the noninductive current drive sources needed for current profile control. Therefore, tokamak operation may benefit from advanced control laws beyond the traditionally used PID schemes by reducing instabilities while guaranteeing the tokamak integrity. In this paper, a novel model predictive control (MPC) scheme has been developed and successfully employed to optimize both current and internal inductance of the plasma, which influences the L-H transition timing, the density peaking, and pedestal pressure. Results show that the internal inductance and current profiles can be adequately controlled while maintaining the minimal control action required in tokamak operation.

Correlação entre a espessura da parede vesical e os achados urodinâmicos em pacientes com lesão medular traumática. Avaliação da influência das alterações morfológicas da bexiga nos resultados da injeção de toxina botulínica tipo-A no detrusor

Medir a espessura da parede vesical (EPV) através da ultrassonografia, correlacioná-la com os parâmetros urodinâmicos e avaliar o papel destes parâmetros para lesão do trato urinário superior. Avaliar também o papel das alterações da forma da bexiga nos resultados de injeção de toxina botulínica tipo-A (BTX-A) no detrusor em pacientes com lesão medular traumática (LMT). Trata-se de dois estudos. O primeiro é um estudo transversal de 272 pacientes com LMT submetidos à ultrassonografia renal e de bexiga e estudo urodinâmico. A parede anterior da bexiga foi medida e comparada com os dados urodinâmicos. A cistografia foi realizada em 57 pacientes. O segundo foi um estudo prospectivo avaliando os resultados da injeção de BTX-A no detrusor em 27 pacientes considerando os achados urodinâmicos (pré e pós procedimento) e as deformidades da bexiga (cistografia). A média da EPV foi de 3,94 mm e foi estatisticamente maior em pacientes com hiperatividade detrusora neurogênica associada à dissinergia vesicoesfincteriana (HDN/DVE), em comparação com aqueles sem DVE (p<0,001). Essa média também foi maior em pacientes com complacência < 20 mL/cmH2O, comparada aos pacientes com complacência ≥ 20 mL/cmH2O (p<0,001). A média da pressão detrusora máxima (Pdet Max) foi estatisticamente maior nos pacientes com refluxo vesicoureteral (RVU) em comparação com aqueles sem RVU (100,7 vs 61,2 cmH2O respectivamente, p=0,022). Pacientes com complacência < 20 mL/cmH2O apresentaram prevalência de hidronefrose 4,2 vezes maior, comparada aos pacientes com complacência ≥ 20 mL/cmH2O. Não houve associação estatística entre EPV e hidronefrose ou RVU. Vinte e sete pacientes foram submetidos à injeção de BTX-A no detrusor. A média de tempo de continência urinária foi de 8 meses. Nove pacientes (33,3%) tinham forma vesical alterada e 8 casos (29,6%) tinham divertículos. A capacidade cistométrica máxima, Pdet max, volume reflexo e complacência não apresentaram diferença significativa na presença de divertículos ou alteração da forma. O aumento da EPV está associado à complacência < 20 mL/cmH2O e HDN/DVE em pacientes com LMT. No entanto, não houve relação entre a EPV e hidronefrose ou RVU. Baixa complacência e HDN/DVE são os principais fatores de risco para dano ao trato urinário superior. A presença de divertículos ou alteração da forma vesical não influenciou nos resultados após injeção de BTX-A no detrusor.

Enterococcus faecium: caracterização molecular de amostras isoladas no período anterior e posterior a emergência da resistência à vancomicina no Estado do Rio de Janeiro

Nas últimas décadas, Enterococcus resistentes à vancomicina tem se destacado no cenário hospitalar em todo mundo. A emergência da resistência à vancomicina no Estado do Rio de Janeiro foi registrada em 2000, na espécie Enterococcus faecalis. Em seguida, Enterococcus faecium passou a ser prevalente. O objetivo deste estudo foi avaliar a diversidade genética das amostras de E. faecium sensíveis (VSEfm) e resistentes (VREfm) à vancomicina, isoladas em diferentes instituições de saúde do Estado do Rio de Janeiro no período de 1993 a 2008. As amostras bacterianas foram avaliadas por metodologia de eletroforese em campo pulsado (PFGE), após restrição com Smal, análise do polimorfismo numérico de segmentos repetitivos (MLVA) e tipagem por sequenciamento de múltiplos loci (MLST); além da detecção de marcadores fenotípicos, como a resistência à ampicilina e à ciprofloxacina, e genotípicos, como determinantes genéticos de virulência, que estão vinculados a um complexo clonal globalmente disperso (CC17). A diversidade de Tn1546 (que alberga o conjunto gênico vanA) foi determinada por amplificação e restrição com ClaI. Um grupo clonal prevalente foi observado pela metodologia de PFGE e agrupou amostras isoladas, principalmente, no período de 2004 a 2006, estando disseminado por diversas instituições de saúde do Estado, indicando transmissão inter- e intra-hospitalar. A avaliação por MLVA identificou dois MTs prevalentes dentre as amostras VREfm: MT12 relacionado à maioria das amostras dos principais grupos clonais identificados por PFGE e, o MT159 que apresentou frequência aumentada no ano de 2008. A análise por MLST destacou o ST78 associado aos principais grupos clonais definidos por PFGE, bem como, ao MT12. Também foi observada correlação entre o ST412 associado ao grupo clonal formado por apenas amostras de 2008 e o MT159. Foi notório por MLST que as amostras VREfm do Estado do Rio de Janeiro, no período do estudo, estiveram relacionadas CC17, juntamente com algumas amostras VSEfm. Entretanto, os principais marcadores de resistência e de virulência, característicos de CC17, estiveram mais relacionados as amostras VREfm do que as VSEfm, como resistência à ampicilina e à ciprofloxacina; e a presença do gene esp e do alelo purK1. A identificação de VSEfm pertencentes ao CC17 sugerem que amostras já adaptadas ao ambiente hospitalar, podem ter adquirdo o determinante de resistência vanA, facilitando a emergência de amostras de VREfm. Adicionalmente, nossos dados sugerem uma modificação no cenário de amostras VREfm no Rio de Janeiro. Pois a dominância de um grupo clonal prevalente (PFGE- X; MT12; ST78) pode estar sendo substituída pela possível emergência de um novo grupo clonal, que foi característico de amostras mais recentes (PFGE-XV; MT159; ST412), apontando assim, para um novo curso na epidemiologia dos E. faecium no Estado. Um perfil de restrição prevalente de Tn1546 idêntico ao protótipo foi observado, apontando que a disseminação da resistência à vancomicina ocorreu por também por transferência horizontal. Entretanto, alterações do tipo deleção e presença de elementos de inserção com aproximadamente 2 kb foram observadas em um número reduzido das amostras. A incongruência no genótipo vanA, em relação ao fenótipo, foi observado para uma amostra. Considera-se fundamental o acompanhamento da disseminação de VREfm, particularmente diante da elevada frequência de amostras pertencentes a um complexo clonal que conjuga multirresistência com virulência, com elevado potencial de adaptabilidade e disseminação.