The planarian flatworm: an in vivo model for stem cell biology and nervous system regeneration

Planarian flatworms are an exception among bilaterians in that they possess a large pool of adult stem cells that enables them to promptly regenerate any part of their body, including the brain. Although known for two centuries for their remarkable regenerative capabilities, planarians have only recently emerged as an attractive model for studying regeneration and stem cell biology. This revival is due in part to the availability of a sequenced genome and the development of new technologies, such as RNA interference and next-generation sequencing, which facilitate studies of planarian regeneration at the molecular level. Here, we highlight why planarians are an exciting tool in the study of regeneration and its underlying stem cell biology in vivo, and discuss the potential promises and current limitations of this model organism for stem cell research and regenerative medicine.

Systems biology of the human MHC class I immunopeptidome

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs.

Studies about the atomic capabilities concept for linear control systems in physical multi-agent environments

This paper shows the impact of the atomic capabilities concept to include control-oriented knowledge of linear control systems in the decisions making structure of physical agents. These agents operate in a real environment managing physical objects (e.g. their physical bodies) in coordinated tasks. This approach is presented using an introspective reasoning approach and control theory based on the specific tasks of passing a ball and executing the offside manoeuvre between physical agents in the robotic soccer testbed. Experimental results and conclusions are presented, emphasising the advantages of our approach that improve the multi-agent performance in cooperative systems

A formalization for multi-agent decision support in cooperative environments. A framework for situated agents

La tesis propone un marco de trabajo para el soporte de la toma de decisiones adecuado para soportar la ejecución distribuida de acciones cooperativas en entornos multi-agente dinámicos y complejos. Soporte para la toma de decisiones es un proceso que intenta mejorar la ejecución de la toma de decisiones en escenarios cooperativos. Este proceso ocurre continuamente en la vida diaria. Los humanos, por ejemplo, deben tomar decisiones acerca de que ropa usar, que comida comer, etc. En este sentido, un agente es definido como cualquier cosa que está situada en un entorno y que actúa, basado en su observación, su interpretación y su conocimiento acerca de su situación en tal entorno para lograr una acción en particular.Por lo tanto, para tomar decisiones, los agentes deben considerar el conocimiento que les permita ser consientes en que acciones pueden o no ejecutar. Aquí, tal proceso toma en cuenta tres parámetros de información con la intención de personificar a un agente en un entorno típicamente físico. Así, el mencionado conjunto de información es conocido como ejes de decisión, los cuales deben ser tomados por los agentes para decidir si pueden ejecutar correctamente una tarea propuesta por otro agente o humano. Los agentes, por lo tanto, pueden hacer mejores decisiones considerando y representando apropiadamente tal información. Los ejes de decisión, principalmente basados en: las condiciones ambientales, el conocimiento físico y el valor de confianza del agente, provee a los sistemas multi-agente un confiable razonamiento para alcanzar un factible y exitoso rendimiento cooperativo.Actualmente, muchos investigadores tienden a generar nuevos avances en la tecnología agente para incrementar la inteligencia, autonomía, comunicación y auto-adaptación en escenarios agentes típicamente abierto y distribuidos. En este sentido, esta investigación intenta contribuir en el desarrollo de un nuevo método que impacte tanto en las decisiones individuales como colectivas de los sistemas multi-agente. Por lo tanto, el marco de trabajo propuesto ha sido utilizado para implementar las acciones concretas involucradas en el campo de pruebas del fútbol robótico. Este campo emula los juegos de fútbol real, donde los agentes deben coordinarse, interactuar y cooperar entre ellos para solucionar tareas complejas dentro de un escenario dinámicamente cambiante y competitivo, tanto para manejar el diseño de los requerimientos involucrados en las tareas como para demostrar su efectividad en trabajos colectivos. Es así que los resultados obtenidos tanto en el simulador como en el campo real de experimentación, muestran que el marco de trabajo para el soporte de decisiones propuesto para agentes situados es capaz de mejorar la interacción y la comunicación, reflejando en un adecuad y confiable trabajo en equipo dentro de entornos impredecibles, dinámicos y competitivos. Además, los experimentos y resultados también muestran que la información seleccionada para generar los ejes de decisión para situar a los agentes, es útil cuando tales agentes deben ejecutar una acción o hacer un compromiso en cada momento con la intención de cumplir exitosamente un objetivo colectivo. Finalmente, algunas conclusiones enfatizando las ventajas y utilidades del trabajo propuesto en la mejora del rendimiento colectivo de los sistemas multi-agente en situaciones tales como tareas coordinadas y asignación de tareas son presentadas.

Dynamic task allocation and coordination in cooperative multi-agent environments

La coordinació i assignació de tasques en entorns distribuïts ha estat un punt important de la recerca en els últims anys i aquests temes són el cor dels sistemes multi-agent. Els agents en aquests sistemes necessiten cooperar i considerar els altres agents en les seves accions i decisions. A més a més, els agents han de coordinar-se ells mateixos per complir tasques complexes que necessiten més d'un agent per ser complerta. Aquestes tasques poden ser tan complexes que els agents poden no saber la ubicació de les tasques o el temps que resta abans de que les tasques quedin obsoletes. Els agents poden necessitar utilitzar la comunicació amb l'objectiu de conèixer la tasca en l'entorn, en cas contrari, poden perdre molt de temps per trobar la tasca dins de l'escenari. De forma similar, el procés de presa de decisions distribuït pot ser encara més complexa si l'entorn és dinàmic, amb incertesa i en temps real. En aquesta dissertació, considerem entorns amb sistemes multi-agent amb restriccions i cooperatius (dinàmics, amb incertesa i en temps real). En aquest sentit es proposen dues aproximacions que permeten la coordinació dels agents. La primera és un mecanisme semi-centralitzat basat en tècniques de subhastes combinatòries i la idea principal es minimitzar el cost de les tasques assignades des de l'agent central cap als equips d'agents. Aquest algoritme té en compte les preferències dels agents sobre les tasques. Aquestes preferències estan incloses en el bid enviat per l'agent. La segona és un aproximació d'scheduling totalment descentralitzat. Això permet als agents assignar les seves tasques tenint en compte les preferències temporals sobre les tasques dels agents. En aquest cas, el rendiment del sistema no només depèn de la maximització o del criteri d'optimització, sinó que també depèn de la capacitat dels agents per adaptar les seves assignacions eficientment. Addicionalment, en un entorn dinàmic, els errors d'execució poden succeir a qualsevol pla degut a la incertesa i error de accions individuals. A més, una part indispensable d'un sistema de planificació és la capacitat de re-planificar. Aquesta dissertació també proveeix una aproximació amb re-planificació amb l'objectiu de permetre als agent re-coordinar els seus plans quan els problemes en l'entorn no permeti la execució del pla. Totes aquestes aproximacions s'han portat a terme per permetre als agents assignar i coordinar de forma eficient totes les tasques complexes en un entorn multi-agent cooperatiu, dinàmic i amb incertesa. Totes aquestes aproximacions han demostrat la seva eficiència en experiments duts a terme en l'entorn de simulació RoboCup Rescue.

A multi-agent architect for CSCW systems: from organisational semiotics perspective

This paper describes a multi-agent architecture to support CSCW systems modelling. Since CSCW involves different organizations, it can be seen as a social model. From this point of view, we investigate the possibility of modelling CSCW by agent technology, and then based on organizational semiotics method a multi-agent architecture is proposed via using EDA agent model. We explain the components of this multi-agent architecture and design process. It is argued that this approach provides a new perspective for modelling CSCW systems.

A normative approach to multi-agent systems for intelligent buildings

Building Management Systems (BMS) are widely adopted in modern buildings around the world in order to provide high-quality building services, and reduce the running cost of the building. However, most BMS are functionality-oriented and do not consider user personalization. The aim of this research is to capture and represent building management rules using organizational semiotics methods. We implement Semantic Analysis, which determines semantic units in building management and their relationship patterns of behaviour, and Norm Analysis, which extracts and specifies the norms that establish how and when these management actions occur. Finally, we propose a multi-agent framework for norm based building management. This framework contributes to the design domain of intelligent building management system by defining a set of behaviour patterns, and the norms that govern the real-time behaviour in a building.

Multi-agent based modeling and simulation of complex system in hospital

This study puts forward a method to model and simulate the complex system of hospital on the basis of multi-agent technology. The formation of the agents of hospitals with intelligent and coordinative characteristics was designed, the message object was defined, and the model operating mechanism of autonomous activities and coordination mechanism was also designed. In addition, the Ontology library and Norm library etc. were introduced using semiotic method and theory, to enlarge the method of system modelling. Swarm was used to develop the multi-agent based simulation system, which is favorable for making guidelines for hospital's improving it's organization and management, optimizing the working procedure, improving the quality of medical care as well as reducing medical charge costs.

Human Stem Cell Cultures from Cleft Lip/Palate Patients Show Enrichment of Transcripts Involved in Extracellular Matrix Modeling By Comparison to Controls

Nonsyndromic cleft lip and palate (NSCL/P) is a complex disease resulting from failure of fusion of facial primordia, a complex developmental process that includes the epithelial-mesenchymal transition (EMT). Detection of differential gene transcription between NSCL/P patients and control individuals offers an interesting alternative for investigating pathways involved in disease manifestation. Here we compared the transcriptome of 6 dental pulp stem cell (DPSC) cultures from NSCL/P patients and 6 controls. Eighty-seven differentially expressed genes (DEGs) were identified. The most significant putative gene network comprised 13 out of 87 DEGs of which 8 encode extracellular proteins: ACAN, COL4A1, COL4A2, GDF15, IGF2, MMP1, MMP3 and PDGFa. Through clustering analyses we also observed that MMP3, ACAN, COL4A1 and COL4A2 exhibit co-regulated expression. Interestingly, it is known that MMP3 cleavages a wide range of extracellular proteins, including the collagens IV, V, IX, X, proteoglycans, fibronectin and laminin. It is also capable of activating other MMPs. Moreover, MMP3 had previously been associated with NSCL/P. The same general pattern was observed in a further sample, confirming involvement of synchronized gene expression patterns which differed between NSCL/P patients and controls. These results show the robustness of our methodology for the detection of differentially expressed genes using the RankProd method. In conclusion, DPSCs from NSCL/P patients exhibit gene expression signatures involving genes associated with mechanisms of extracellular matrix modeling and palate EMT processes which differ from those observed in controls. This comparative approach should lead to a more rapid identification of gene networks predisposing to this complex malformation syndrome than conventional gene mapping technologies.