A network approach to brain aging through multimodal neuroimaging

Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde.

Formação continuada de professores para o uso das tecnologias educativas: um estudo de caso sobre o discurso e a prática

Tese de Doutoramento em Ciências da Educação (Especialidade de Tecnologia Educativa)

Metabolic engineering with multi-objective optimization of kinetic models

Kinetic models have a great potential for metabolic engineering applications. They can be used for testing which genetic and regulatory modifications can increase the production of metabolites of interest, while simultaneously monitoring other key functions of the host organism. This work presents a methodology for increasing productivity in biotechnological processes exploiting dynamic models. It uses multi-objective dynamic optimization to identify the combination of targets (enzymatic modifications) and the degree of up- or down-regulation that must be performed in order to optimize a set of pre-defined performance metrics subject to process constraints. The capabilities of the approach are demonstrated on a realistic and computationally challenging application: a large-scale metabolic model of Chinese Hamster Ovary cells (CHO), which are used for antibody production in a fed-batch process. The proposed methodology manages to provide a sustained and robust growth in CHO cells, increasing productivity while simultaneously increasing biomass production, product titer, and keeping the concentrations of lactate and ammonia at low values. The approach presented here can be used for optimizing metabolic models by finding the best combination of targets and their optimal level of up/down-regulation. Furthermore, it can accommodate additional trade-offs and constraints with great flexibility.

Flow updating: fault-tolerant aggregation for dynamic networks

Documento submetido para revisão pelos pares. A publicar em Journal of Parallel and Distributed Computing. ISSN 0743-7315

Dynamic wet etching of silicon through isopropanol alcohol evaporation

In this paper, Isopropanol (IPA) availability during the anisotropic etching of silicon in Potassium Hydroxide (KOH) solutions was investigated. Squares of 8 to 40 m were patterned to (100) oriented silicon wafers through DWL (Direct Writing Laser) photolithography. The wet etching process was performed inside an open HDPE (High Density Polyethylene) flask with ultrasonic agitation. IPA volume and evaporation was studied in a dynamic etching process, and subsequent influence on the silicon etching was inspected. For the tested conditions, evaporation rates for water vapor and IPA were determined as approximately 0.0417 mL/min and 0.175 mL/min, respectively. Results demonstrate that IPA availability, and not concentration, plays an important role in the definition of the final structure. Transversal SEM (Scanning Electron Microscopy) analysis demonstrates a correlation between microloading effects (as a consequence of structure spacing) and the angle formed towards the (100) plane.

Design of bio-based supramolecular structures through self-assembly of α-lactalbumin and lysozyme

Bovine α-lactalbumin (α-La) and lysozyme (Lys), two globular proteins with highly homologous tertiary structures and opposite isoelectric points, were used to produce bio-based supramolecular structures under various pH values (3, 7 and 11), temperatures (25, 50 and 75 °C) and times (15, 25 and 35 min) of heating. Isothermal titration calorimetry experiments showed protein interactions and demonstrated that structures were obtained from the mixture of α-La/Lys in molar ratio of 0.546. Structures were characterized in terms of morphology by transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS), conformational structure by circular dichroism and intrinsic fluorescence spectroscopy and stability by DLS. Results have shown that protein conformational structure and intermolecular interactions are controlled by the physicochemical conditions applied. The increase of heating temperature led to a significant decrease in size and polydispersity (PDI) of α-La–Lys supramolecular structures, while the increase of heating time, particularly at temperatures above 50 °C, promoted a significant increase in size and PDI. At pH 7 supramolecular structures were obtained at microscale – confirmed by optical microscopy – displaying also a high PDI (i.e. > 0.4). The minimum size and PDI (61 ± 2.3 nm and 0.14 ± 0.03, respectively) were produced at pH 11 for a heating treatment of 75 °C for 15 min, thus suggesting that these conditions could be considered as critical for supramolecular structure formation. Its size and morphology were confirmed by TEM showing a well-defined spherical form. Structures at these conditions showed to be stable at least for 30 or 90 days, when stored at 25 or 4 °C, respectively. Hence, α-La–Lys supramolecular structures showed properties that indicate that they are a promising delivery system for food and pharmaceutical applications.

Cognitive processes affect the gait of subjects with Parkinson’s and Alzheimer’s disease in dual tasks

Objective To investigate the relation between gait parameters and cognitive impairments in subjects with Parkinson’s disease (PD) and Alzheimer’s disease (AD) during the performance of dual tasks. Methods This was a cross-sectional study involving 126 subjects divided into three groups: Parkinson group (n = 43), Alzheimer group (n = 38), and control group (n = 45). The subjects were evaluated using the Timed Up and Go test administered with motor and cognitive distracters. Gait analyses consisted of cadence and speed measurements, with cognitive functions being assessed by the Brief Cognitive Screening Battery and the Clock Drawing Test. Statistical procedures included mixed-design analyses of variance to observe the gait patterns between groups and tasks and the linear regression model to investigate the influence of cognitive functions in this process. A 5% significant level was adopted. Results Regarding the subjects’ speed, the data show a significant difference between group vs task interaction (p = 0.009), with worse performance of subjects with PD in motor dual task and of subjects with AD in cognitive dual task. With respect to cadence, no statistical differences was seen between group vs task interaction (p = 0.105), showing low interference of the clinical conditions on such parameter. The linear regression model showed that up to 45.79%, of the variance in gait can be explained by the interference of cognitive processes. Conclusion Dual task activities affect gait pattern in subjects with PD and AD. Differences between groups reflect peculiarities of each disease and show a direct interference of cognitive processes on complex tasks.

Macroscopic and histopathological study of the placenta: an essential resource in litigation processes

The pathological study of the placenta is of upmost importance in cases of unexplained fetal/perinatal loss and often these carry litigation implications. Integrating pathological findings and the underlying pathophysiological processes, leading to placental lesions, is fundamental for the evaluation of poor fetal and perinatal outcomes and to distinguish from cases of true negligence.

Integration methods in dynamic analysis

"Series title: Springerbriefs in applied sciences and technology, ISSN 2191-530X"

Dynamic three-dimensional reconstruction of the heart by transesophageal echocardiography

OBJECTIVE: To evaluate echocardiography accuracy in performing and obtaining images for dynamical three-dimensional (3D) reconstruction. METHODS: Three-dimensional (3D) image reconstruction was obtained in 20 consecutive patients who underwent transesophageal echocardiography. A multiplanar 5 MHz transducer was used for 3D reconstruction. RESULTS: Twenty patients were studied consecutively. The following cardiac diseases were present: valvar prostheses-6 (2 mitral, 2 aortic and 2 mitral and aortic); mitral valve prolapse- 3; mitral and aortic disease - 2; aortic valve disease- 5; congenital heart disease- 3 (2 atrial septal defect- ASD - and 1 transposition of the great arteries -TGA); arteriovenous fistula- 1. In 7 patients, color Doppler was also obtained and used for 3D flow reconstruction. Twenty five cardiac structures were acquired and 60 reconstructions generated (28 of mitral valves, 14 of aortic valves, 4 of mitral prostheses, 7 of aortic prostheses and 7 of the ASD). Fifty five of 60 (91.6%) reconstructions were considered of good quality by 2 independent observers. The 11 reconstructed mitral valves/prostheses and the 2 reconstructed ASDs provided more anatomical information than two dimensional echocardiography (2DE) alone. CONCLUSION: 3D echocardiography using a transesophageal transducer is a feasible technique, which improves detection of anatomical details of cardiac structures, particularly of the mitral valve and atrial septum.

The state of art of biological processes in paternal care

This review of the state of art aimed to present the most recent data on neuronal, neurochemical, hormonal and genetic bases of paternal care using MEDLINE and PsycInfo databases (1970-2013). An integrated model of biological substrates that assist men in the transition to fatherhood is presented. Guided by a genetic background, hypothalamic-midbrain-limbic-paralimbic-cortical circuits were found to be activated in fathers when infant stimuli are presented. A set of specifi c neuropeptides and steroid hormones are produced and seem to be related to brain activation, potentiating the paternal phenotype. Together, genetic, brain and hormonal processes suggest the existence of biological bases of paternal care in humans, activated and enhanced by infant stimuli and responsive to variations in the father-infant relationship.

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Procesos de cambio en la cultura jurídica: análisis desde la experiencia del juicio por jurados. Processes of change in the Legal Culture: Analysis from the Experience of Jury Trials.

El presente proyecto de investigación se orienta a analizar la institución del juicio por jurados, considerada como un punto estratégico para la observación de los procesos de cambio que recorren la cultura jurídica en Argentina. Frente a las múltiples transformaciones y a los intensos procesos de reestructuración de las relaciones sociales observados en el contexto latinoamericano y especialmente en Argentina, la necesidad de reconstruir la legitimidad de los jueces ante la opinión pública se ha vuelto impostergable, y el recurso a la participación popular en el campo judicial aparece como un instrumento útil para ello. Analizar la efectividad de esta estrategia para la legitimación del poder judicial es uno de los objetivos del presente proyecto de investigación. Abordar dicho objetivo implica, indagar en la relación entre la administración de justicia y diferentes actores sociales, especialmente los miembros de la profesión jurídica y la opinión pública.Se explora igualmente la contradicción entre el hecho de que esta institución, nacida para atenuar la dureza de los castigos, se ha implementado recientemente en la provincia de Córdoba en la situación inversa. El modo en que la tensión entre el espíritu garantista de los jueces y la demanda de castigos de los ciudadanos comunes se manejará en la práctica de los juicios por jurado, y su incidencia en el éxito de las estrategias legitimadoras del poder judicial, aparece como una cuestión relevante para el análisis que se propone. Con la utilización de diferentes fuentes de información cuantitativas y cualitativas, se espera que el análisis de la implementación del juicio penal con jurados populares en la provincia de Córdoba propuesto en el presente proyecto, contribuya a documentar los niveles de articulación entre la cultura jurídica interna y externa.

Patrones dinámicos de abundancia y dispersión de una plaga en un paisaje heterogéneo. Dynamic patterns of abundance and dispersion of a pest in a heterogeneous landscape.

El desarrollo de conocimiento empírico sobre cómo la heterogeneidad espacial de un paisaje afecta los patrones de movimiento de una especie animal es considerado una prioridad para el manejo y la conservación de las especies y sus hábitats. En el caso de los insectos plaga, estos estudios resultan importantes ya que aportan las bases teóricas y empíricas fundamentales para su manejo. La persistencia de éstas especies en un paisaje modificado depende de la interrelación entre procesos ecológicos y la estructura del paisaje, tales como la interacción entre especies, la disponibilidad de parches hábitat y la influencia de las prácticas de manejo. El análisis de éstos procesos en un agroecosistema permite simplificar los modelos de heterogeneidad espacial, debido a que los lotes de cultivo son internamente homogéneos y los disturbios antropogénicos generalmente ocurren a la escala de parche, permitiendo determinar las respuestas de los insectos a dicha escala. La alfalfa (Medicago sativa) es un recurso fundamental para la producción agropecuaria y en Argentina, es el recurso forrajero más importante, constituyendo la base de la producción ganadera del país. Actualmente se cultivan alrededor de 5 millones de hectáreas, de las cuales un millón se siembran en la provincia de Córdoba. Además, cumple un rol importante en la sustentabilidad de los sistemas de producción por su función de recuperación de la fertilidad y estabilidad edáfica. La isoca de la alfalfa (Colias lesbia) es la plaga principal del cultivo, produciendo en promedio la pérdida de un corte por año. La hipótesis principal de nuestro trabajo es que los patrones de abundancia y movilidad de la isoca de la alfalfa son afectados por la estructura del paisaje y las prácticas de manejo. Los objetivos específicos del proyecto son: (a) Establecer el efecto de la estructura del paisaje y y el manejo del cultivo en la abundancia de los distintos estadios de Colias lesbia. (b) Determinar los patrones de dispersión de Colias lesbia en relación a la heterogeneidad espacial del paisaje (c) Generar un modelo predictivo de la abundancia de Colias lesbia según la estructura espacial del paisaje, el clima y el manejo del cultivo. (d) Desarrollar un conjunto de recomendaciones de manejo a escala regional para el control de la isoca de la alfalfa. Para ello se elegirán lotes de alfalfa en la región este de la provincia de Córdoba, en el departamento de San Justo, donde se realizará un relevamiento inicial del área de estudio y se dialogará con los productores. Paralelamente, se realizará una clasificación supervisada del área de estudio a partir de escenas de imágenes Landsat TM. En los parches seleccionados, durante 3 años y durante los meses de verano, se muestrearán quincenalmente los distintos estadios de Colias lesbia. Se realizarán análisis de correlación y regresión entre las variables independientes (métricas de la configuración y dinámica del paisaje) y las variables dependientes, (abundancia media de los diferentes estadios de las poblaciones). Asimismo, se realizarán experimentos de marcado-liberación-recaptura para determinar cómo el movimiento de la especie depende de la estructura del paisaje. Para modelar el movimiento inherente de la especie se combinará la información obtenida en el campo con un modelo de difusión utilizando métodos bayesianos. Se espera obtener modelos que permitan comprender los mecanismos que generan los patrones observados. Con esta información se propondrán lineamientos generales y específicos para un manejo de la isoca de la alfalfa a escala regional. En tal sentido, se espera aportar información para restringir la dispersión de la plaga, y reducir los costos y perjuicios del control químico que podrían evitarse con la aplicación de prácticas de manejo integrado y de "manejo de área" que minimicen el impacto de la plaga como también contribuir al conocimiento general de la ecología de insectos.

Transformacion de Productos Regionales mediante procesos catalíticos. Transformation of Regional products by catalytic processes.

En este proyecto se plantea la posibilidad de aumentar el valor agregado de compuestos abundantes en nuestro país (terpenos y glicerol) mediante reacciones de oxidación y transesterificación, reemplazando los procesos homogéneos existentes por procesos heterogéneos eco-compatibles. Para ello se desarrollarán catalizadores heterogéneos del tipo MCM-41 e hidroxidos de doble capa (HDC) que posean la función activa específica para estas reacciones bajo estudio.El limoneno, principal componente del aceite esencial de limón y los alfa- y beta- pinenos, presentes en el aceite de trementina, son materiales base ampliamente disponibles. Su oxifuncionalización catalítica, mediante reacciones de epoxidación u oxidación alilica, permite producir una gran variedad de productos como fragancias, agroquímicos, medicinas, etc. En tanto, se espera un marcado incremento en la disponibilidad de glicerol, subproducto de la producción de biodiesel. Mediante su transesterificación catalítica heterogénea es posible obtener selectivamente monoésteres, los cuales tienen importantes aplicaciones como emulsionantes o agentes de estabilización en la producción de fármacos, cosméticos y alimentos. El diseño y síntesis de los materiales catalíticos mencionados permitirá la obtención de productos químicos finos por métodos limpios con bajo impacto ambiental, atendiendo a los altos niveles de contaminación ambiental generados por los procesos homogéneos tradicionales.