alpha-Smooth muscle actin and proliferating cell nuclear antigen expression in focal segmental glomerulosclerosis: functional and structural parameters of renal disease progression

The aim of the present study was to investigate the expression of alpha-smooth muscle actin (alpha-SM-actin) and proliferating cell nuclear antigen (PCNA) in renal cortex from patients with focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) and their correlations with parameters of renal disease progression. We analyzed renal biopsies from 41 patients with idiopathic FSGS and from 14 control individuals. The alpha-SM-actin immunoreaction was evaluated using a score that reflected the changes in the extent and intensity of staining in the glomerular or cortical area. The PCNA reaction was quantified by counting the labeled cells of the glomeruli or renal cortex. The results, reported as median ± percentile (25th; 75th), showed that the alpha-SM-actin scores in the glomeruli and tubulointerstitium from the renal cortex were 2.0 (2.0; 4.0) and 3.0 (3.0; 4.0), respectively, in patients with FSGS, and 0.5 (0.0; 1.0) and 0.0 (0.0; 0.5) in the controls. The number of PCNA-positive cells per glomerulus and graded field of tubulointerstitium from the renal cortex was 0.2 (0.0; 0.4) and 1.1 (0.3; 2.2), respectively, for patients with FSGS, and 0.0 (0.0; 0.5) and 0.0 (0.0; 0.0) for controls. The present data showed an increase of alpha-SM-actin and PCNA expression in glomeruli and renal cortex from FSGS patients. The extent of immunoreaction for alpha-SM-actin in the tubulointerstitial area was correlated with the intensity of proteinuria. However, there was no correlation between the kidney expression of these proteins and the reciprocal of plasma creatinine level or renal fibrosis. These findings suggest that the immunohistochemical alterations may be reversible.

A method for multiple sequential analyses of macrophage functions using a small single cell sample

Microbial pathogens such as bacillus Calmette-Guérin (BCG) induce the activation of macrophages. Activated macrophages can be characterized by the increased production of reactive oxygen and nitrogen metabolites, generated via NADPH oxidase and inducible nitric oxide synthase, respectively, and by the increased expression of major histocompatibility complex class II molecules (MHC II). Multiple microassays have been developed to measure these parameters. Usually each assay requires 2-5 x 10(5) cells per well. In some experimental conditions the number of cells is the limiting factor for the phenotypic characterization of macrophages. Here we describe a method whereby this limitation can be circumvented. Using a single 96-well microassay and a very small number of peritoneal cells obtained from C3H/HePas mice, containing as little as <=2 x 10(5) macrophages per well, we determined sequentially the oxidative burst (H2O2), nitric oxide production and MHC II (IAk) expression of BCG-activated macrophages. More specifically, with 100 µl of cell suspension it was possible to quantify H2O2 release and nitric oxide production after 1 and 48 h, respectively, and IAk expression after 48 h of cell culture. In addition, this microassay is easy to perform, highly reproducible and more economical.

To divide or differentiate? : nestin-mediated regulation of Cdk5 in cell fate decisions

The molecular functions of the non-cell cycle-related Cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) have been of primary interest within the neuroscience field, but novel undertakings are constantly emerging for the kinase in tissue homeostasis, as well as in diseases such as diabetes and cancer. Although Cdk5 activation is predominantly regulated by specific non-cyclin activator protein binding, additional mechanisms have proved to orchestrate Cdk5 signaling in cells. For example, the interaction between the intermediate filament protein nestin and Cdk5 has been proposed to determine cellular fate during neuronal apoptosis through nestin-dependent adjustment of the sensitive balance and turnover of Cdk5 activators. While nestin constitutes a crucial regulatory scaffold for appropriate Cdk5 activation in apoptosis, Cdk5 itself phosphorylates nestin with the consequence of filament reorganization in both neuronal progenitors and differentiating muscle cells. Interestingly, the two proteins are often found coexpressed in various tissues and cell types, proposing that nestin-mediated scaffolding of Cdk5 and its activators may be applicable to other tissue systems as well. In the literature, the molecular functions of nestin have remained in the shade, as it is mostly exploited as a marker protein for progenitor cells. In light of these studies, the aim of this thesis was to assess the importance of the nestin scaffold in regulation of Cdk5 actions in cell fate decisions. This thesis can be subdivided into two major projects: one that studied the nature of the Cdk5-nestin interplay in muscle, and one that assessed their role in prostate cancer. During differentiation of a myoblast cell line, the filament formation properties of nestin was found to be crucial in directing Cdk5 activity, with direct consequences on the process of differentiation. Also the genetic knockout of nestin was found to influence Cdk5 activity, although differentiation per se was not affected. Instead, the genetic ablation of nestin had broad consequences on muscle homeostasis and regeneration. While the nestin-mediated regulation of Cdk5 in muscle was found to act in multiple ways, the connection remained more elusive in cancer models. Cdk5 was, however, established as a significant determinant of prostate cancer proliferation; a behavior uncharacteristic for this differentiation-associated kinase. Through complex and simultaneous regulation of two major prostate cancer pathways, Cdk5 was placed upstream of both Akt kinase and the androgen receptor. Its action on proliferation was nonetheless mainly exerted through the Akt signaling pathway in various cancer models. In summary, this thesis contributed to the knowledge of Cdk5 regulation and functions in two atypical settings; proliferation (in a cancer framework) and muscle differentiation, which is a poorly understood model system in the Cdk5 field. This balance between proliferation and differentiation implemented by Cdk5 is ultimately regulated (where present) by the dynamics of the cytoskeletal nestin scaffold.

Paullinia cupana Mart var. sorbilis, guaraná, reduces cell proliferation and increases apoptosis of B16/F10 melanoma lung metastases in mice

We showed that guaraná (Paullinia cupana Mart var. sorbilis) had a chemopreventive effect on mouse hepatocarcinogenesis and reduced diethylnitrosamine-induced DNA damage. In the present experiment, we evaluated the effects of guaraná in an experimental metastasis model. Cultured B16/F10 melanoma cells (5 x 10(5) cells/animal) were injected into the tail vein of mice on the 7th day of guaraná treatment (2.0 mg P. cupana/g body weight, per gavage) and the animals were treated with guaraná daily up to 14 days until euthanasia (total treatment time: 21 days). Lung sections were obtained for morphometric analysis, apoptotic bodies were counted to calculate the apoptotic index and proliferating cell nuclear antigen-positive cells were counted to determine the proliferation index. Guaraná-treated (GUA) animals presented a 68.6% reduction in tumor burden area compared to control (CO) animals which were not treated with guaraná (CO: 0.84 ± 0.26, N = 6; GUA: 0.27 ± 0.24, N = 6; P = 0.0043), a 57.9% reduction in tumor proliferation index (CO: 23.75 ± 20.54, N = 6; GUA: 9.99 ± 3.93, N = 6; P = 0.026) and a 4.85-fold increase in apoptotic index (CO: 66.95 ± 22.95, N = 6; GUA: 324.37 ± 266.74 AB/mm², N = 6; P = 0.0152). In this mouse model, guaraná treatment decreased proliferation and increased apoptosis of tumor cells, consequently reducing the tumor burden area. We are currently investigating the molecular pathways of the effects of guaraná in cultured melanoma cells, regarding principally the cell cycle inhibitors and cyclins.

Successful scale-up of human embryonic stem cell production in a stirred microcarrier culture system

Future clinical applications of human embryonic stem (hES) cells will require high-yield culture protocols. Currently, hES cells are mainly cultured in static tissue plates, which offer a limited surface and require repeated sub-culturing. Here we describe a stirred system with commercial dextran-based microcarriers coated with denatured collagen to scale-up hES cell production. Maintenance of pluripotency in the microcarrier-based stirred system was shown by immunocytochemical and flow cytometry analyses for pluripotency-associated markers. The formation of cavitated embryoid bodies expressing markers of endoderm, ectoderm and mesoderm was further evidence of maintenance of differentiation capability. Cell yield per volume of medium spent was more than 2-fold higher than in static plates, resulting in a significant decrease in cultivation costs. A total of 10(8) karyotypically stable hES cells were obtained from a unitary small vessel that needed virtually no manipulation during cell proliferation, decreasing risks of contamination. Spinner flasks are available up to working volumes in the range of several liters. If desired, samples from the homogenous suspension can be withdrawn to allow process validation needed in the last expansion steps prior to transplantation. Especially when thinking about clinical trials involving from dozens to hundreds of patients, the use of a small number of larger spinners instead of hundreds of plates or flasks will be beneficial. To our knowledge, this is the first description of successful scale-up of feeder- and Matrigel™-free production of undifferentiated hES cells under continuous agitation, which makes this system a promising alternative for both therapy and research needs.

Protein-energy malnutrition halts hemopoietic progenitor cells in the G0/G1 cell cycle stage, thereby altering cell production rates

Protein energy malnutrition (PEM) is a syndrome that often results in immunodeficiency coupled with pancytopenia. Hemopoietic tissue requires a high nutrient supply and the proliferation, differentiation and maturation of cells occur in a constant and balanced manner, sensitive to the demands of specific cell lineages and dependent on the stem cell population. In the present study, we evaluated the effect of PEM on some aspects of hemopoiesis, analyzing the cell cycle of bone marrow cells and the percentage of progenitor cells in the bone marrow. Two-month-old male Swiss mice (N = 7-9 per group) were submitted to PEM with a low-protein diet (4%) or were fed a control diet (20% protein) ad libitum. When the experimental group had lost about 20% of their original body weight after 14 days, we collected blood and bone marrow cells to determine the percentage of progenitor cells and the number of cells in each phase of the cell cycle. Animals of both groups were stimulated with 5-fluorouracil. Blood analysis, bone marrow cell composition and cell cycle evaluation was performed after 10 days. Malnourished animals presented anemia, reticulocytopenia and leukopenia. Their bone marrow was hypocellular and depleted of progenitor cells. Malnourished animals also presented more cells than normal in phases G0 and G1 of the cell cycle. Thus, we conclude that PEM leads to the depletion of progenitor hemopoietic populations and changes in cellular development. We suggest that these changes are some of the primary causes of pancytopenia in cases of PEM.

Reduced pancreatic β-cell mass is associated with decreased FoxO1 and Erk1/2 protein phosphorylation in low-protein malnourished rats

A low-protein diet leads to functional and structural pancreatic islet alterations, including islet hypotrophy. Insulin-signaling pathways are involved in several adaptive responses by pancreatic islets. We determined the levels of some insulin-signaling proteins related to pancreatic islet function and growth in malnourished rats. Adult male Wistar rats (N = 20 per group) were fed a 17% protein (normal-protein diet; NP) or 6% protein (low-protein diet; LP), for 8 weeks. At the end of this period, blood glucose and serum insulin and albumin levels were measured. The morphometric parameters of the endocrine pancreas and the content of some proteins in islet lysates were determined. The β-cell mass was significantly reduced (≅65%) in normoglycemic but hypoinsulinemic LP rats compared to NP rats. Associated with these alterations, a significant 30% reduction in insulin receptor substrate-1 and a 70% increase in insulin receptor substrate-2 protein content were observed in LP islets compared to NP islets. The phosphorylated serine-threonine protein kinase (pAkt)/Akt protein ratio was similar in LP and NP islets. The phosphorylated forkhead-O1 (pFoxO1)/FoxO1 protein ratio was decreased by 43% in LP islets compared to NP islets (P < 0.05). Finally, the ratio of phosphorylated-extracellular signal-related kinase 1/2 (pErk1/2) to total Erk1/2 protein levels was decreased by 71% in LP islets compared to NP islets (P < 0.05). Therefore, the reduced β-cell mass observed in LP rats is associated with the reduction of phosphorylation in mitogenic-related signals, FoxO1 and Erk proteins. The cause/effect basis of this association remains to be determined.

In vitro modulation of Bcl-2 levels in small cell lung cancer cells: effects on cell viability

Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive disease, representing 15% of all cases of lung cancer, has high metastatic potential and low prognosis that urgently demands the development of novel therapeutic approaches. One of the proposed approaches has been the down-regulation of BCL2, with poorly clarified and controversial therapeutic value regarding SCLC. The use of anti-BCL2 small interfering RNA (siRNA) in SCLC has never been reported. The aim of the present study was to select and test the in vitro efficacy of anti-BCL2 siRNA sequences against the protein and mRNA levels of SCLC cells, and their effects on cytotoxicity and chemosensitization. Two anti-BCL2 siRNAs and the anti-BCL2 G3139 oligodeoxynucleotide (ODN) were evaluated in SCLC cells by the simultaneous determination of Bcl-2 and viability using a flow cytometry method recently developed by us in addition to Western blot, real-time reverse-transcription PCR, and cell growth after single and combined treatment with cisplatin. In contrast to previous reports about the use of ODN, a heterogeneous and up to 80% sequence-specific Bcl-2 protein knockdown was observed in the SW2, H2171 and H69 SCLC cell lines, although without significant sequence-specific reduction of cell viability, cell growth, or sensitization to cisplatin. Our results question previous data generated with antisense ODN and supporting the present concept of the therapeutic interest in BCL2 silencing per se in SCLC, and support the growing notion of the necessity of a multitargeting molecular approach for the treatment of cancer.

Evidence for eosinophil recruitment, leukotriene B4 production and mast cell hyperplasia following Toxocara canis infection in rats

It is well known that eosinophilia is a key pathogenetic component of toxocariasis. The objective of the present study was to determine if there is an association between peritoneal and blood eosinophil influx, mast cell hyperplasia and leukotriene B4 (LTB4) production after Toxocara canis infection. Oral inoculation of 56-day-old Wistar rats (N = 5-7 per group) with 1000 embryonated eggs containing third-stage (L3) T. canis larvae led to a robust accumulation of total leukocytes in blood beginning on day 3 and peaking on day 18, mainly characterized by eosinophils and accompanied by higher serum LTB4 levels. At that time, we also noted increased eosinophil numbers in the peritoneal cavity. In addition, we observed increased peritoneal mast cell number in the peritoneal cavity, which correlated with the time course of eosinophilia during toxocariasis. We also demonstrated that mast cell hyperplasia in the intestines and lungs began soon after the T. canis larvae migrated to these compartments, reaching maximal levels on day 24, which correlated with the complete elimination of the parasite. Therefore, mast cells appear to be involved in peritoneal and blood eosinophil infiltration through an LTB4-dependent mechanism following T. canis infection in rats. Our data also demonstrate a tight association between larval migratory stages and intestinal and pulmonary mast cell hyperplasia in the toxocariasis model.

Computational prediction of neural progenitor cell fates

Understanding how stem and progenitor cells choose between alternative cell fates is a major challenge in developmental biology. Efforts to tackle this problem have been hampered by the scarcity of markers that can be used to predict cell division outcomes. Here we present a computational method, based on algorithmic information theory, to analyze dynamic features of living cells over time. Using this method, we asked whether rat retinal progenitor cells (RPCs) display characteristic phenotypes before undergoing mitosis that could foretell their fate. We predicted whether RPCs will undergo a self-renewing or terminal division with 99% accuracy, or whether they will produce two photoreceptors or another combination of offspring with 87% accuracy. Our implementation can segment, track and generate predictions for 40 cells simultaneously on a standard computer at 5 min per frame. This method could be used to isolate cell populations with specific developmental potential, enabling previously impossible investigations.

Exploring Rac GTPase regulation : the molecular mechanisms governing the DOCK180 and ELMO interaction and the role of this complex in Rac-mediated cell migration

Les protéines DOCK180 et ELMO coopèrent ensemble biochimiquement et génétiquement afin d’activer la GTPase Rac1 lors de plusieurs évènements biologiques. Toutefois, le rôle que jouent ces protéines dans la signalisation par Rac est encore mal compris. Nous émettons l’hypothèse que Dock180 agit comme activateur de Rac, alors que ELMO est requis pour l’intégration de la signalisation de Rac plutôt que son activation per se. Nous postulons que ELMO agit comme signal de localisation intracellulaire afin de restreindre de façon spatio-temporelle la signalisation de Rac en aval de Dock180, et/ou que ELMO agit comme protéine d’échafaudage entre Rac et ses effecteurs pour amplifier la migration cellulaire. Dans l’objectif nº 1, nous démontrons que le domaine PH atypique de ELMO1 est le site d’interaction principal entre cette protéine et DOCK180. De plus, nous démontrons que la liaison entre ELMO et DOCK180 n’est pas nécessaire pour l’activation de Rac, mais est plutôt essentielle pour faciliter la réorganisation du cytosquelette induite par l’activation de Rac en aval de Dock180. Ces résultats impliquent que ELMO pourrait jouer des rôles additionnels dans la signalisation par Rac. Dans l’objectif nº 2, nous avons découvert l’existence d’une homologie structurelle entre ELMO et un module d’autorégulation de la formine Dia1, et avons identifié trois nouveaux domaines dans la protéine ELMO : les domaines RBD, EID et EAD. De façon analogue à Dia1, nous avons découvert que ELMO à l’état basal est autoinhibé grâce à des intéractions intramoléculaires. Nous proposons que l’état d’activation des protéines ELMO est régulé de façon similaire aux formines de la famille Dia, c’est-à-dire grâce à des interactions avec d’autres protéines. Dans l’objectif nº 3, nous identifions un domaine RBD polyvalent chez ELMO. Ce domaine possède une double spécificité pour les GTPases de la famille Rho et Arf. Nous avons découvert que Arl4A agit comme signal de recrutement membranaire pour le module ELMO/DOCK180/Rac. Nos résultats nous permettent de supposer que d’autres GTPases pourraient être impliquées dans l’activation et la localisation de cette voie de signalisation. Nous concluons qu’à l’état basal, ELMO et DOCK180 forment un complexe dans lequel ELMO est dans sa conformation autoinhibée. Bien que le mécanisme d’activation de ELMO ne soit pas encore bien compris, nous avons découvert que, lorsqu’il y a stimulation cellulaire, certaines GTPases liées au GTP peuvent intéragir avec le domaine RBD de ELMO pour relâcher les contacts intramoléculaires et/ou localiser le complexe à la membrane. Ainsi, les GTPases peuvent servir d’ancrage au complexe ELMO/DOCK180 pour assurer une regulation spatiotemporelle adequate de l’activation et de la signalisation de Rac.

Effect of rosemary (Rosmarinus officinalis) extract on weight, hematology and cell-mediated immune response of newborn goat kids

This study aimed at evaluating the effects of different levels of rosemary (Rosmarinus officinalis) extract on growth rate, hematology and cell-mediated immune response in Markhoz newborn goat kids. Twenty four goat kids (aged 7 +/- 3 days) were randomly allotted to four groups with six replicates. The groups included: control, T1, T2 and T3 groups which received supplemented-milk with 0, 100, 200 and 400mg aqueous rosemary extract per kg of live body weight per day for 42 days. Body weights of kids were measured weekly until the end of the experiment. On day 42, 10 ml blood samples were collected from each kid through the jugular vein. Cell-mediated immune response was assessed through the double skin thickness after intradermal injection of phyto-hematoglutinin (PHA) at day 21 and 42. No significant differences were seen in initial body weight, average daily gain (ADG) and total gain. However, significant differences in globulin (P <0.05), and white blood cells (WBC) (P <0.001) were observed. There were no significant differences in haemoglobin (Hb), packed cell volume (PCV), red blood cells (RBC), lymphocytes and neutrophils between the treatments. Skin thickness in response to intra dermal injection of PHA significantly increased in the treated groups as compared to the control group at day 42 (P< 0.01) with the T3 group showing the highest response to PHA injection. In conclusion, the results indicated that aqueous rosemary extract supplemented-milk had a positive effect on immunity and skin thickness of newborn goat kids.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Estudi fonamental i aplicat de l'etapa d'eliminació de tinta per flotació

La tesi realitza un estudi detallat dels principals processos que tenen lloc durant l'eliminació de tinta tòner per flotació. L'estudi del procés d'adhesió de tinta a la superfície de bombolles d'aire s'ha realitzat mitjançant visió artificial. Els resultats obtinguts han mostrat que un excés de tensioactiu provoca una disminució de la quantitat de tinta unida a la bombolla d'aire i per tant una disminució de l'eficàcia del procés de flotació. La caracterització de les bombolles d'aire presents en una cel·la de flotació ha posat de manifest que tant el cabal d'aire com la velocitat de l'agitador configuren la distribució de diàmetres final. L'estudi del procés d'eliminació de tinta per flotació en absència de fibres cel·lulòsiques ha mostrat que les variables físico-químiques estudiades són les que tenen una major influència en el procés d'eliminació de tinta tòner per flotació. Finalment s'han addicionat fibres cel·lulòsiques a la suspensió. S'ha pogut comprovar que s'aconsegueix una bona eliminació de tinta sempre i quan les condicions hidrodinàmiques siguin les adequades.

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.