Avenços en l'estudi de la litiasi renal: mètodes de chemical imaging i intel·ligencia artificial (ANN) per la caracterització de càlculs renals

La litiasi urinària és un trastorn que implica la formació de precipitats en qualsevol part del tracte urinari. Aquest és un desordre comú que afecta aproximadament a una desena part de la població de la Unió Europea al llarg de la seva vida. A més, durant els cinc anys posteriors a un episodi litiàsic el percentatge de recurrència dels pacients és del 45 al 75%. Aquest trastorn urinari està influït per una gran quantitat de variables, d’origen fisiològic, psicològic i ambiental. Els episodis litiàsics, es poden solucionar espontàniament, amb l’expulsió del càlcul renal, o bé a través de diverses intervencions mèdiques. Els tractaments mèdics derivats de la litiasi urinària; és a dir, la fragmentació del càlcul, intervencions quirúrgiques i tractaments posteriors generen unes grans despeses als sistemes mèdics. Pels motius exposats, la identificació del desordre que ha originat l’episodi litiàsic és de radical importància, per tal de minimitzar el risc de reincidència. Els mètodes més usuals per determinar les causes que desencadenen la formació del càlcul renal són les anàlisis d’orina i l’estudi del càlcul generat. La correcta descripció de la composició i, especialment, l’estructura del càlcul renal pot aportar informació clau sobre les possibles causes de la seva formació, tant de l’inici de nucleació del càlcul com de les successives etapes de creixement cristal·lí. Tenint en compte aquest darrer aspecte, el present estudi s’ha dirigit a la caracterització de càlculs urinaris mitjançant l’aplicació de metodologies d’imatge química (Hyperspectral Imaging), el que va contribuir a determinar les principals característiques espectrals de cada compost majoritari als càlculs renals. D’altra banda, la utilització de mostres de composició coneguda ha possibilitat la creació d’un model amb Xarxes Neuronals Artificials, que permet la classificació de noves mostres de composició desconeguda, de manera més ràpida que el procediment actual. Aquest treball constitueix una nova contribució a la comprensió de l’estructura de les pedres de ronyó, així com les condicions de la seva formació. Els resultats obtinguts destaquen les possibilitats que presenten les tècniques emprades al camp de la litiasi renal, que permeten complementar els coneixements existents enfocats a millorar la qualitat de vida dels pacients.

Interacció de metalls pesants sobre els càlculs renals. Àrea d’estudi: Flix

La litiasi renal (pedres de ronyó) és un desordre molt comú en països industrialitzats, als que aproximadament un 12% de la població desenvoluparà un càlcul renal al llarg de la seva vida. Aquestes xifres, però, varien molt en funció de diferents factors, com ara la zona geogràfica, el clima o l’alimentació. A Espanya, la urolitiasi té una prevalença al voltant del 4% amb una taxa d’incidència del 0,27%, i es produeixen uns 105.000 nous casos cada any. D’aquests, aproximadament una quarta part necessitarà una actuació urològica. L’índex d’incidència més gran es dóna entre els 30 i 60 anys, amb un clar predomini en els homes. A més, s’ha vist una correlació en l’augment de la freqüència de pedres en països desenvolupats amb l’increment de la riquesa i de la despesa en aliments per càpita. En el present estudi, es vol determinar una possible correlació entre els metalls pesants i la formació de pedres de ronyó. Els metalls pesants que s’investiguen són: zinc (Zn), plom (Pb) i coure (Cu). Tots ells poden introduir-se al cos humà per la ingesta d’aliments que, al seu torn, poden incorporar-los a través de l’aigua o del sòl, factors directament dependents de la qualitat del medi ambient on es conreen.

Tratamiento de la litiasis urinaria en pacientes pediátricos mediante litotricia extracorpórea

La patologia litiàsica urinaria infantil afecta a un 5 –10% d’aquesta població. El tractament de la litiasi en edat infantil inclou desde tractament mínimament invasiu com la litotrípsia extracorpòria per ones de xoc (LEOX) a tractament quirúrgic (endourològic o obert). Es va realitzar un estudi retrospectiu amb un total de 82 pacients en edat pediàtrica amb patologia litiàsica tractada mitjançant litotrípsia per ones de xoc. Es van analitzar de forma descriptiva els resultats sobre aquest grup de pacients. Dels 82 pacients estudiats, el 54% van ser nens i el 46% nenes, amb una edat mitjana de 8.6 anys. Es va analitzar la resposta a litotrípsia segons tamany i grups d’edat per estrats observant que no hi havia diferències significatives respecte al número de sessions necessàries por grups d’edat però amb tendència a la significació en el grup de menor edat (de 0 a 3 anys). Tanmateix, aquest grup de pacients presentaven comparativamente litiasi de major tamany que el grup de més edat (de 16 a 20 anys). Les complicacions es van presentar en només 10 pacients (8%) considerant com a tals la presència de fragments obstructius, dolor lumbar o carrer litiàsic. Després d’analitzar els resultats es pot concloure que la litotrícia per ones de xoc constitueix un tractament eficaç pel tractament de la litiasi independentment de la seva localització, no trobant diferències per grups d’edat i aconseguint bones tases de “stone free” inclús per litiasi coraliformes en pacients en edat infantil i amb escasses complicacions.

Càlculs en xarxes elèctriques

Les xarxes elèctriques subministren als seus usuaris energia elèctrica generada en centrals nuclears, hidroelèctriques, tèrmiques, eòliques... Aquestes xarxes són controlades per les companyies elèctriques mitjancant aplicacions informàtiques que requereixen de càlculs de diversos tipus. Amb aquest material es vol fer patent i destacar la importància de la matemàtica computacional en la posada a punt d"aplicacions informàtiques de control per regulació de xarxes elèctriques.

Viabilitat i rendiment d'un sistema d'informació geogràfica en dispositius mòbils per realitzar càlculs LCP en zona de muntanya sense connexió de xarxa

The aim of this research paper is to present a macroscopic study about the feasibility and the efficiency of mobile devices in computing Least-Cost Path (LCP). This kind of artifact must work in off-line mode and must allow to load data from a mountain zone like digital terrain models and meteorological data.The research strategy has two steps:- First of all, we need to identify the set of software components in order to implement them inside the IT artifact. This set of components should have to be able to do LCP calculations, visualize results and present a well adapted human interface. The main goal of this first steep is to demonstrate the feasibility of a mobile geographic information system by following the ¿Design & Creation¿ research strategy.- In a second time, the goal is to evaluate the reliability and usability of this IT artifact by an ¿Experiments¿ research approach. In this step we want to characterize the behavior of the artifact in terms of fidelity and LCP process speed. This evaluation will be carried out by some external users.During the reading of this paper, we will see that this kind of geographic information system (the IT artifact) has the minimal requirements needed to carry out LCP calculations in mobile devices although it has several limitations and constraints in terms of useability and reliability. We will point out qualitative and quantitative elements related to the IT artifact performances while doing this kind of computations.

Viabilitat i rendiment d'un sistema d'informació geogràfica en dispositius mòbils per realitzar càlculs LCP en zona de muntanya sense connexió de xarxa

The aim of this research paper is to present a macroscopic study about the feasibility and the efficiency of mobile devices in computing least-cost path (LCP). This kind of artifact must work in off-line mode and must allow to load data from a mountain zone like digital terrain models and meteorological data.

Matemàtica i música amb ADN

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2005. Estudi sobre l’ADN que té com a finalitat conèixer introductòriament l’utilització del càlcul matemàtic computacional en les investigacions sobre aquest. Els objectius de l’estudi són per una part, conèixer què és l'ADN i quins són els seus mecanismes de duplicació i de transmissió de la informació genètica, així com el paper d'altres molècules que intervenen en aquest procés ; també s’estudia quins han estat els processos de la cèl·lula que l'ésser humà ha estat capaç de copiar o imitar. A partir d’aquesta introducció, es vol conèixer què s'entén concretament per computació amb ADN i alguns dels problemes matemàtics que s'han resolt, així com algunes aplicacions de l'ADN en altres camps. La recerca ha permès arribar a diverses conclusions. Primerament que l'ADN és un excel·lent candidat per poder fer càlculs matemàtics. En segon lloc, tot i que en el present treball no se solucionen problemes computacionalment difícils es mostra la capacitat de les molècules d'ADN per resoldre problemes. En tercer lloc, l'interès mostrat per importants empreses dedicades a la informàtica fa més esperançador que en un futur hi pugui haver ordinadors que funcionin amb molècules d'ADN. Finalment, es demostra que les matemàtiques, la informàtica i la biologia són tres camps que estan interrelacionats. Per tal de trencar una mica amb la serietat del treball, s'acaba descrivint una manera de posar música a les cadenes d'ADN, i es mostren alguns resultats com són les músiques associades als 24 cromosomes humans, així com les corresponents a 29 proteïnes.

Càlcul distribuït en BOINC per el trencament de l'algorisme RC5

Aquest projecte té com a objectiu participar en el desafiament d'RSA Laboratories corresponent a trencar el criptosistema RC5-32-12-9 proposat. Per realitzar-ho s'ha triat realitzar un atac per força bruta, mitjançant el càlcul distribuït i, més concretament, utilitzant la Public Resource Computing. La plataforma escollida és la Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC), coneguda per la seva utilització en grans projectes com ara SETI@home. En aquest projecte es posa en funcionament la infraestructura i es desenvolupen les aplicacions necessàries per iniciar els càlculs que haurien de permetre el trencament del criptosistema.

Regulació del factor de transcripció NFAT5 per les quinases WNK1, SPAK i OSR1 i cerca de quinases activadores de la pròpia WNK1 en resposta a estrés osmòtic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la School of Life Sciences de la University of Dundee, Gran Bretanya, entre gener i març del 2007.L'estrès osmòtic causa rà pidament l'activació de la quinasa WNK1, que fosforila i activa a continuació les quinases SPAK i OSR1, que alhora regulen canals i transportadors d’ions preexistents a la membrana cel•lular. El factor de transcripció NFAT5 és el principal regulador de la resposta cel•lular transcripcional secundà ria a hipertonicitat i s’ha descrit que les quinases p38, Fyn, PKA, ERK/MEK i ATM estan involucrades en la seva regulació post-traduccional. No obstant, com que la funció d’aquestes quinases no explica totalment els mecanismes d'activació de NFAT5, s’ha estudiat si l’activitat transcripcional de NFAT5 pot estar regulada per WNK1, SPAK o OSR1. Així doncs, es va observar que l’activitat d’un reporter dependent de NFAT5 no es veu afectada per la presència de cap de les quinases anteriors, en la seva forma wild-type o dominant negatiu. D’altra banda, es va estudiar quin domini de WNK1 és necessari per a que pugui respondre a hipertonicitat i quines quinases poden estar involucrades en la fosforilació de la serina 382 de WNK1. En conclusió, les dades obtingudes apunten que l’activació de WNK1 en resposta a estrès osmòtic requereix la seva fosforilació en la serina 382 per quinases upstream com PAK2 o RSK i que també és necessari un dels seus dominis coiled-coil, almenys els aminoà cids 558 i 561. Aquests processos, però, semblen ser independents de l’activació de NFAT5 en resposta a hipertonicitat.   

Química de l'espín prohibit: la importància dels intermedis a capa oberta en l'activació d'enllaços C-H

Estudi realitzat a partir d’una estada a la School of Chemistry de la University of Bristol, Gran Bretanya, entre 2006 i 2008. La reacció d’activació del pre-catalitzador CH3-Fe(P(iPr)2CH2)3B-Ph, que es dóna en presència de H2 i P(CH3)3, és una reacció spin-prohibida ja que els reactius i els productes tenen diferents estat d’espín en el seu estat fonamental: el pre-catalitzador és quintet, mentre que el producte format després de l’eliminació de metà, PMe3(H3)-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph, és singlet. Un dels intermedis d’aquesta reacció és d’especial interès ja que catalitza la hidrogenació d’olefines. Intermedi que experimentalment s’ha proposat com a H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] o el Hx-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph]. Aquestes espècies han estat estudiades computacionalment, mitjançant la combinació de mètodes del funcional de la densitat calibrats mitjançant càlculs ab initio. Els resultats obtinguts mostren que les superfícies d’energia potencial singlet, triplet i quintet es creuen al llarg de les reaccions descrites. La reacció d’activació del pre-catalitzador és una reacció multi spin-prohibida (més d’un canvi d’espín), en la que el mecanisme preferit addiciona primer hidrogen i després la fosfina, el pas determinant de la velocitat és el creuament de la superfície d’energia potencial quintet a la triplet a la geometria del reactiu, que es produeix amb una barrera d’aproximadament 18 kcal/mol. La reacció d’hidrogenació d’olefines en canvi pot ser o no una reacció espín prohibida depenent de les condicions en que es dugui a terme. En cas de que la reacció es dugui a terme en un excés d’hidrogen, en el mecanisme principal l’espècie activa seria el (H2)H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] singlet en el seu estat fonamental que hidrogenaria l’olefina sense cap pas espín prohibit. Aquest mecanisme és el de barrera més baixa però s’espera que estigui més desafavorit entropicament. Si les condicions no són d’un important excés d’hidrogen, llavors l’espècie activa s’espera que sigui H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph], la reacció llavors seria multi espín prohibida amb una barrera de unes 13 kcal/mol corresponents al creuament entre la superfície quintet i triplet a la geometria del H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph].

Codis no lineals en MAGMA: construcció de codis perfectes

La finalitat d'aquest projecte és aconseguir construir codis binaris perfectes no lineals de manera eficient. Per a fer-ho, hem desenvolupat un paquet de software per a l'intèrpret MAGMA que conté funcions per a la construcció de codis perfectes, càlcul d'invariants de codis i altres funcions complementàries per a fer càlculs sobre les paraules d'un codi.

Estudi GPGPU dedicat al processament de neuroimatges

La tecnologia GPGPU permet paral∙lelitzar càlculs executant operacions aritmètiques en els múltiples processadors de que disposen els xips gràfics. S'ha fet servir l'entorn de desenvolupament CUDA de la companyia NVIDIA, que actualment és la solució GPGPU més avançada del mercat. L'algorisme de neuroimatge implementat pertany a un estudi VBM desenvolupat amb l'eina SPM. Es tracta concretament del procés de segmentació d'imatges de ressonància magnètica cerebrals, en els diferents teixits dels quals es composa el cervell: matèria blanca, matèria grisa i líquid cefaloraquidi. S'han implementat models en els llenguatges Matlab, C i CUDA, i s'ha fet un estudi comparatiu per plataformes hardware diferents.

L'albedo lunar i els satèl·lits: Recerca sobre els efectes de l'albedo lunar en les plaques solars d'un satèl·lit artificial que orbita al voltant de la Lluna

Treball de recerca realitzat per una alumna d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. L’albedo lunar i els satèl•lits és un treball que relaciona l’enginyeria aeroespacial amb l’astronomia. El seu objectiu principal investigar si l’albedo lunar, els rajos de sol reflectits a la superfície lunar, pot modificar significativament la temperatura de les plaques solars d’un satèl•lit artificial que orbiti la Lluna i, en conseqüència, afectar-ne el rendiment. El segon objectiu del treball és calcular si seria possible fer un mapa d’albedo lunar, a partir de la temperatura d’un satèl•lit en òrbita al voltant de la Lluna, que permetria conèixer amb més precisió la composició de la superfície lunar. Després d’adquirir els fonaments teòrics necessaris per a realitzar el treball, del procés per a trobar la manera de dur a terme els càlculs i d’efectuar els càlculs en si, les conclusions del treball són que l’albedo lunar causa un augment de temperatura en els satèl•lits prou significatiu per afectar-ne el rendiment; i que amb les temperatures enregistrades per un satèl•lit en òrbita al voltant de la Lluna es podria crear un mapa d’albedo. Aquesta recerca ha estat feta per suggeriment i sota la supervisió del CTAE (Centre de Tecnologia Aeroespacial) per analitzar si els resultats són aplicables al satèl•lit que s’enviarà a la Lluna, Lunar Mission BW1.

Planta de producció de paracetamol

L’objectiu d’aquest projecte es basa en el disseny d’una planta química en la qual es durà a terme la producció del paracetamol a partir de la nitració del fenol. Per a realitzar aquest projecte s’haurà de tenir en compte que la planta compleixi les normatives i legislacions vigents. Aquest projecte inclou els càlculs realitzats per a obtenir el disseny dels equips necessaris per a dur a terme el procés, els diagrames corresponents al procés com ara plànols d’enginyeria, implantació, etc., la posada en marxa de la planta i d’altres especificacions necessàries per a poder tenir una visió més acurada del procés de construcció per a una planta química d’aquestes característiques.