Tissue engineering active biological machines : bio-inspired design, directed self-assembly, and characterization of muscular pumps simulating the embryonic heart

Biological machines are active devices that are comprised of cells and other biological components. These functional devices are best suited for physiological environments that support cellular function and survival. Biological machines have the potential to revolutionize the engineering of biomedical devices intended for implantation, where the human body can provide the required physiological environment. For engineering such cell-based machines, bio-inspired design can serve as a guiding platform as it provides functionally proven designs that are attainable by living cells. In the present work, a systematic approach was used to tissue engineer one such machine by exclusively using biological building blocks and by employing a bio-inspired design. Valveless impedance pumps were constructed based on the working principles of the embryonic vertebrate heart and by using cells and tissue derived from rats. The function of these tissue-engineered muscular pumps was characterized by exploring their spatiotemporal and flow behavior in order to better understand the capabilities and limitations of cells when used as the engines of biological machines.

Análise de fadiga em pontes rodoviárias de concreto armado

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.

Análise da composição da matriz extracelular das camadas urotelial e muscular da bexiga de mulheres em diferentes idades

A complacência da bexiga depende de músculos lisos, fibras colágenas, fibras elásiticas e suas relações. O objetivo deste trabalho é determinar a composição da matriz extracelular em amostras de bexigas normais através de análise bioquímica de colágeno e glicosaminoglicanos em amostras obtidas de mulheres em diferentes grupos de idade, analisando separadamente as camadas urotelial e muscular. Avaliamos 17 amostras de bexiga divididas em três grupos: infância (N=5), menacme (N=6) e pós-menopausa (N=6). As bexigas foram analisadas para concentração de GAG total e colágeno e para análise qualitativa de GAG por eletroforese em gel de agarose. Na camada muscular, não houve diferença entre os grupos tanto para GAG quanto para colágeno. Na camada urotelial, a análise da concentração de colágeno não mostrou diferença entre os grupos, mas a concentração de GAG no grupo da pós-menopausa (0.21 0.12 μg de ácido hexurônico/mg de tecido seco) apresentou diferença em relação aos grupos do menacme (1.78 1.62 μg de ácido hexurônico/mg de tecido seco) e da infância ( 2.29 1.32 μg de ácido hexurônico/mg de tecido seco).Nosso trabalho concluiu que a concentração de GAG está substancialmente diminuída na camada urotelial da bexiga de mulheres na pós-menopausa.

Verificação à fadiga de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto)

As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto).

Análisis nutricional y su relación con el estrés psico-físico y el daño muscular en jugadoras profesionales de voleibol a lo largo de una temporada

261 p.

Avaliação da fadiga em pacientes com artrite reumatoide e sua relação com qualidade de vida, capacidade funcional, sintomas de ansiedade e depressão e atividade de doença

Fadiga é um sintoma subjetivo de difícil definição. Extremamente comum em pacientes com Artrite Reumatoide. O objetivo deste estudo é estudar a fadiga numa amostra de pacientes brasileiros de dois hospitais de grande porte na cidade do Rio de Janeiro e analisar sua correlação com outras variáveis freqüentes da doença como a Qualidade de Vida, Capacidade Funcional, Ansiedade, Depressão e atividade inflamatória da doença.Um protocolo padrão foi prospectivamente aplicado a 371 pacientes como diagnóstico de AR de acordo com os critérios de classificação do American College of Rheumatology de 1987. Achados clínicos, demograficos e laboratoriais foram coletados.Os dados laboratoriais incluíram a velocidade de sedimentação das hemácias e dosagem da proteína C reativa. O número de juntas dolorosas foi obtido atraves do terceiro item do questionário de atividade inflamatória da doença DAS 28. Idade, gênero, índice de massa corporal, tempo de doença, qualidade de vida avaliada pelos domínios físico e mental do questionário Medical Outcomes Study Short-Form 36-item Health Survey (SF-36P e SF-36M), a capacidade funcional avaliada pelo Health Assessment Questionaire - Disability Index (HAQ DI). A ansiedade e a depressão foi mensurada pelo Hospital Anxiety and Depression Scale (HAD a/d). A fadiga foi avaliada pela utilização da subscalaprópria para mensuração das queixas de fadiga do questionário Fatigue Assessment of Chronic Illness Therapy (Facit FS). Foi aplicado o intervalo de confiança de 95% como medida de precisão. O valor médio de fadiga mensurado pelo Facit FS foi 39.88 8.64. O escore da fadiga correlacionou-se com capacidade funcional mensurada pelo HAQ DI (-0.507; p < 0.0000), a ansiedade e depressão mensurada pelo HAD a/d (-0.542 e -0.545; p < 0.0000 respectivamente) e com a qualidade de vida mensuradapor ambos domínios do SF-36, porém predominantemente com o seu domínio físico (SF-36P: 0.584; p < 0.0000 e 0.405; p < 0,05 respectivamente).Não encontramos associação com a velocidade de sedimentação das hemácias (-0.118; p < 0.05), da proteína C reativa (-0.089), da atividade de doença mensurada pelo DAS 28 (-0.250; p < 0.0000) ou com o número de juntas dolorosas (-0.135; p < 0.009). Nesta amostra de pacientes com Artrite reumatoide, sugerimos um novo significado para a fadiga, como um parâmetro independente, não relacionado a atividade inflamatória da doença ou ao número de juntas dolorosas. A fadiga mostrou-se associada principalmente a incapacidade funcional e a sintomas de ansiedade. Estudos adicionais e a adoção de métodos padronizados para seu monitoramento e manejo clínico são necessáriospara melhor compreensão da fadiga. A fadiga mostrou ser uma queixa importante em pelo menos 1/3 dos pacientes de AR da amostra.

Transgene expressions in seabass (Lates calcarifer) following muscular injection of plasmid DNA: a strategy for vaccine development?

Muscular injection has become one of the direct methods for transferring foreign DNA into organisms. The technique has been recently introduced in the development of vaccines and gene therapy. Vaccine development, in particular, would be desirable in managing viral diseases in farmed fish. In this study, the technique was performed on seabass (Lates calcarifer) and was found that the foreign gene could be transferred successfully through injection into the muscles.

Verificação à fadiga estrutural de ponte em concreto armado.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas à ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas nem sempre são corretamente consideradas pelos projetistas. Deste modo, a correta consideração destes aspectos mostra-se de fundamental importância, de forma a se avaliar os esforços dinâmicos oriundos do tráfego de veículos sobre o tabuleiro. De acordo com este contexto, a ponte rodoviária investigada nesta dissertação é constituída por duas vigas longitudinais, três transversinas, sendo uma central e duas sobre os apoios, e por um tabuleiro em concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Os veículos são representados a partir de sistemas do tipo "massa-mola-amortecedor". O tráfego destes veículos é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As técnicas para a contagem de ciclos de tensões e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas e recomendações internacionais vigentes que versam sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa se referem à análise da resposta dinâmica bem como da vida útil de serviço da obra de arte rodoviária de concreto armado investigada, quando submetida às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.

Análise dinâmica e verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias mistas (aço-concreto) submetidas ao tráfego de veículos sobre o pavimento irregular.

As pontes rodoviárias metálicas e mistas (aço-concreto) são submetidas a um grande número de carregamentos repetitivos de diferentes magnitudes, ao longo do tempo. Estas ações dinâmicas podem causar a nucleação de fraturas ou mesmo a propagação destas sobre o sistema estrutural. A depender da magnitude, estes efeitos podem comprometer o sistema estrutural e a sua confiabilidade, além de reduzir a vida útil das pontes. Assim sendo, neste trabalho de pesquisa foi investigada a resposta dinâmica de uma ponte mista (aço-concreto), simplesmente apoiada, com vão de 40,0 m, submetida ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Para tal um modelo numérico representativo do sistema estrutural foi desenvolvido com base no emprego do programa ANSYS, por meio do uso de técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos. Um estudo paramétrico foi desenvolvido para identificar, de forma qualitativa e quantitativa, o efeito das irregularidades do pavimento sobre o comportamento dinâmico da ponte mista investigada. Em seguida, a verificação do projeto à fadiga do sistema misto foi realizada, com base no emprego do algoritmo de contagem de ciclos Rainflow e em curvas S-N associadas às principais normas de projeto sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa alertam aos engenheiros estruturais para a possibilidade concreta acerca do aumento do dano por fadiga, relacionado às ações dinâmicas de veículos trafegando sobre o tabuleiro de pontes em aço e mistas (aço-concreto).

Modelagem do comportamento dinâmico e análise de fadiga de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto).

Considerando-se os diversos carregamentos que solicitam a estrutura de uma ponte rodoviária, ao longo de sua vida útil, alguns possuem um comportamento essencialmente dinâmico, ou seja, variam com o tempo, diferentemente do que é considerado na prática corrente de projeto desse tipo de obra de arte. Em geral, os projetistas desse tipo de estrutura têm tratado carregamentos como o de vento, tráfego de veículos e de pedestres como ações de natureza estática, ignorando seu perfil cíclico. Tal consideração, em diversas situações de projeto, tende a minorar os efeitos das ações dinâmicas sobre o sistema estrutural. Além disso, estruturas submetidas a solicitações cíclicas, sob uma carga inferior à caga máxima suportada pelo material, estão sujeitas ao fenômeno da fadiga. A consideração adequada de todos estes aspectos mostra-se fundamentalmente importante para correta avaliação dos níveis de esforços solicitantes do sistema estrutural e, bem como, para a identificação de fenômenos importantes como o da fadiga que pode vir a provocar, por exemplo, a ruptura de componentes estruturais sem aviso prévio ou motivo aparente. Para tal, nesta dissertação as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por seis vigas de aço longitudinais com enrijecedores transversais, oito transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi elaborado com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. As mesas e almas das vigas, assim como os enrijecedores , foram modelados por elementos de casca e laje de concreto armado, por elementos sólidos. O carregamento dinâmico avaliado no presente estudo diz respeito ao tráfego de veículos, cuja representação se dá a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". Os comboios formados são adotados como sendo semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto).

Estudo da sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo de ratos submetidos à desnutrição materna no início da lactação

Vários estudos sugerem que a desnutrição materna no período pós-natal poderia causar alterações na homeostase glicêmica da prole na vida adulta. Neste trabalho objetivamos investigar a interferência da programação metabólica induzida pela desnutrição protéica materna durante o início da lactação sobre a homeostase glicêmica e a sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo. Animais desnutridos (D-dieta da mãe contendo 0% de proteína nos primeiros 10 dias de lactação) ou controle (C-dieta da mãe contendo 22% de proteína) foram estudados do nascimento até a vida adulta. Em resumo, observamos uma diminuição na insulina plasmática acompanhada de normoglicemia nos animais adultos desnutridos. A ativação do receptor de insulina (IR), após a estimulação com o hormônio apresentou-se diminuída durante o período de restrição protéica em músculo isolado destes animais experimentais. Durante o período da lactação, observamos uma diminuição na captação de glicose, na fosforilação do substrato para o receptor de insulina (IRS 1) e na translocação do GLUT 4 no tecido muscular. Na idade adulta, entretanto, houve aumento significativo na captação de glicose e translocação do GLUT 4 no músculo, associado com o aumento na expressão da PI3 quinase associada ao IRS 1. No tecido adiposo de ratos desnutridos adultos observamos menor fosforilação em tirosina tanto do IR quanto do IRS 1, que foi compensada pela maior ativação do IRS 2 e da PI3 quinase. Os níveis basais de pAkt e de GLUT 4 na membrana estavam aumentados, culminando em um aumento na captação de glicose. Observamos também uma redistribuição do citoesqueleto de actina e maior resistência aos efeitos da Ltrunculina B nos adipócitos dos ratos desnutridos. Em conclusão, este estudo demonstrou que a desnutrição materna no início da lactação é capaz de causar alterações na prole na vida adulta, o que parece estar relacionado com a expressão e ativação de proteínas chave na cascata da sinalização da insulina nos tecidos periféricos, importantes na regulação do metabolismo da glicose.

Análise estereológica e bioquímica do tecido conjuntivo e muscular no corpo cavernoso adjacente à placa fibrosa da doença de Peyronie

Os estudos sobre a doença de Peyronie geralmente estão centrados em analises da placa fibrosa que se forma na túnica albugínea. Devido a esta reação fibrótica mediada por vários fatores solúveis inflamatórios o tecido conjuntivo adjacente também pode ser afetado. Este efeito secundário pode, por exemplo, explicar a disfunção erétil que ocorre na doença. Foram obtidas biopsias do corpo cavernoso adjacente a placa fibrótica e parte da própria placa de 7 pacientes com a doença de Peyronie (média de idade 48.3 anos). As amostras do grupo controle foram obtidas de forma semelhante durante a autopsia de 5 indivíduos (média de idade 52,3 anos). O material foi submetido a técnicas histoquímicas: H&E, Van Gieson, técnicas imunohistoquímicas: Anti-alfa actina, Anti-elastina e métodos bioquímicos para a dosagem do colágeno total. A quantificação foi feita através de métodos estereológicos. No corpo cavernoso foi observada uma redução estatisticamente significativa de fibras do sistema elástico de pacientes com a doença de Peyronie (19,49% 3,27% vs 23,56% 1,87%; p < 0,05), O colágeno e o músculo liso não apresentaram variação quantitativa quando comparado ao grupo controle. No músculo liso (34,46% 2,06% vs 38,38% 3,17%) e tecido conjuntivo (35,39% 6,15% vs 38,02% 5,03%). A densidade volumétrica das fibras do sistema elástico na placa fibrótica foi diminuída em 38,3% comparada a túnica albugínea normal (20,25% 5,49% vs 32,81% 4,75%; p<0,02) e a concentração de colágeno no corpo cavernoso do grupo controle (77,94 24,26 μg/mg) e doença de Peyronie (66,57 19,39 μg/mg) não diferem significativamente. Os cortes corados com Vermelho de Picrosirius revelaram que no corpo cavernoso normal cores associadas ao colágeno encontravam-se homogeneamente distribuídas. Na doença de Peyronie o colágeno apresentava uma desorientação. A análise quantitativa indicou que o colágeno do corpo cavernoso adjacente à placa fibrótica não estava afetado, embora sua organização estivesse notoriamente alterada. As fibras do sistema elástico do corpo cavernoso estavam reduzidas e uma modificação similar foi encontrada na placa fibrótica da túnica albugínea. Estes resultados sugerem que, embora ocorram primariamente na túnica albugínea, a placa fibrótica da doença de Peyronie pode induzir mudanças no corpo cavernoso adjacente.

'Psyching-up' and muscular force production

Tod, D. A., Iredale, F., Gill, N. (2003). 'Psyching-up' and muscular force production. Sports Medicine, 33 (1), 47-58. RAE2008

Método DeLorme versus Electroestimulação no fortalecimento muscular do quadricípete

Monografia apresentada à Universidade Fernando Pessoa para obtenção do grau de Licenciada em Fisioterapia