Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Exposure and Health Effects of Microplastics in Humans
No full textPrograma de Doctorat en Química Analítica i Medi Ambient[eng] Microplastic (MP) refers to plastic particles having diameter of 5 mm along their longest dimension. In the last decade, extensive research efforts have taken to identify and quantify MP in different environmental compartments and recently also in human samples as blood, urine, stool, lung, and placentae tissue proving human intake of MP.
Because of our exposure to MP via inhalation and ingestion, this Thesis focuses in applying different analytical methods, both spectroscopic and thermal, to identify and quantify MP in air as well as bottled water to carry out a human exposure assessment through these pathways of exposure. Moreover, a migration study was done to assess the potential release of MP from face masks into water after potential incorrect waste disposal, finding that PP, PA, PES, and cellulose fibres shred from the masks.
Air samples were collected both indoors from private and public settings, and outdoors using active sampling for 3 hours until 1.8 m3 of air were filtered and the particles were analysed with micro-Fourier Transform Infrared (μ-FTIR) spectroscopy to identify the presence of plastic polymers and to assess any potential differences in the concentration of MP between the areas considered and their potential sources. The areas considered were a urban area (Barcelona, Spain) and a rural area (Sassari, Italy). Indoor air samples (n=10) were collected from private houses, whilst outdoor air samples (n=11) were collected during rush hours in the main roads. Results reveal that indoor levels were higher in Sassari, while outdoor concentrations were greater in Barcelona. In Barcelona, MP comprised 2-15% indoors and 0-20% outdoors of the total particulate count (TPC), while Sassari showed 0-10% indoors and 8-18% outdoors. The predominant indoor polymers were polyacrylonitrile and nylon 6,6, used as fiber in clothing, home furnishing, while outdoor samples included PAN, nylon 6,6, and various polyethylene copolymers all used in clothing as well as automobile industry.
The same technique was applied to assess the potential release of MP from face masks (n=4) into water during a migration study to mimic their behaviour when their disposal is mismanaged, or they are directly discarded in the environment. Results showed that MP can release polypropylene, polyamide, and polyester into the aquatic environment.
Despite the advantages in using μ-FTIR, the major drawback is that it is size dependent and can be used to analyse particles having diameter >20 μm. Therefore, a pyrolysis-GC/MS method was developed to overcome the size-limitation and analyse MP in air and water samples with high degree of accuracy and precision in a rapid manner. This method enabled the target analysis of the several plastic polymers including polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyvinyl chloride, nylon 6,6, polyethylene terephthalate, polymethylmethacrylate, nitrile rubber, acrylonitrile butadiene styrene. Air samples collected from public libraries (n=14) in the urban area of Barcelona showed that high-density polyethylene was the only plastic polymer present, probably released from textiles, containers, and appliances. Bottled water samples (n=40) from 5 different European countries (Spain, Italy, France, Portugal, and Greece) were also studied and it was shown that high-density polyethylene was present in 33 out of 40 samples. The presence of polyethylene can be reconducted to the mechanical abrasion of the bottle cup. An in vitro toxicological test on human hepatocellular carcinoma (HepG2) cells was performed to assess the potential hepatotoxicity of leachates from high density polyethylene using both medium and organic solvent to extract the chemicals. HepG2 cells were exposed to both extractions at concentration of 1 μg μl-1 and no toxicity was observed when using cell viability and reactive oxygen species (ROS) generation as toxicological endpoints.
Moreover, literature review concerning MP exposure through air (indoors and outdoors), bottled water, soft drinks, alcoholic beverages, and food was done to estimate the total daily intake of MP for adults, children and toddler. Additionally, bibliographic research about human biomonitoring and presence of MP in different samples including blood, urine, stool, placentae and lung tissues among others is presented to highlight that the widespread of MP has led to human intake.
To conclude, the Thesis served (i) to verify that face masks could represent a potential source of MP in water bodies, (ii) to develop analytical methods to identify and quantify different MP polymers in air and water samples, (iii) to apply the results to assess human exposure through inhalation and ingestion and (iv) to investigate in vitro hepatotoxicity of HDPE leachates.[cat] El terme "microplàstic" (MP) es va encunyar l'any 2004 per referir-se a partícules de plàstic amb una mida igual o inferior a 5 mm en la seva dimensió més llarga. Des d'aleshores, s'han realitzat nombrosos estudis per analitzar la seva presència en diferents medis ambientals i avaluar els seus possibles efectes tant en els ecosistemes com en la salut humana. El present treball s'ha centrat en avaluar l'exposició humana als MP a través de la inhalació i la ingestió. Per fer-ho, s'han utilitzat tècniques analítiques avançades, tant espectroscòpiques com tèrmiques, que permeten identificar i quantificar amb precisió aquests contaminants en mostres d'aire i aigua embotellada. A més, s'ha dut a terme un estudi específic per analitzar l'alliberament de MP a partir de màscares facials quan aquestes es gestionen incorrectament com a residus, amb resultats que demostren com aquests productes poden alliberar fibres de polipropilè, poliamida, polièster i cel·lulosa al medi ambient. Pel que fa a l'anàlisi de l'aire, es van recollir mostres tant en entorns interiors com exteriors, comparant una zona urbana (Barcelona) amb una àrea rural (Sassari). Els resultats van revelar diferències en la concentració de MP entre ambdós entorns. A l'interior, les concentracions eren més elevades a Sassari, amb valors que oscil·laven entre el 0% i el 10% del total de partícules, mentre que a Barcelona aquestes xifres es situaven entre el 2% i el 15%. En canvi, a l'exterior, Barcelona presentava nivells més alts, amb un màxim del 20% de MP respecte al total de partícules, enfront del 8% al 18% observat a Sassari. Els polímers més freqüents a l'interior van ser el poliacrilonitril i el niló 6,6, associats a tèxtils i mobiliari, mentre que a l'exterior, a més d'aquests, també es van detectar diversos copolímers de polietilè, relacionats tant amb la indústria tèxtil com amb la automobilística. Una limitació important de la tècnica μ-FTIR utilitzada és que només permet detectar partícules superiors a 20 μm. Per superar aquest obstacle, es va desenvolupar un mètode alternatiu basat en piròlisi acoblada a espectrometria de masses (Pyr-GC/MS), que no només permet analitzar partícules més petites sinó que també ofereix una major precisió i rapidesa en la identificació dels polímers. Aplicant aquesta tècnica, es van analitzar mostres d'aire recollides en biblioteques de Barcelona, on es va detectar predominantment polietilè d'alta densitat, probablement procedent de tèxtils i envasos. Paral·lelament, en l'estudi d'aigua embotellada procedent de cinc països europeus, es va trobar que el polietilè d'alta densitat estava present en 33 de les 40 mostres analitzades, un fet que es pot atribuir a l'abrasió mecànica de les pròpies ampolles durant el seu ús i transport. Per avaluar els possibles efectes sobre la salut humana, es van realitzar assajos in vitro amb cèl·lules HepG2 exposades a lixiviats de polietilè d'alta densitat. Els resultats no van mostrar efectes tòxics significatius en termes de viabilitat cel·lular o generació d'espècies reactives d'oxigen en les condicions d'estudi, tot i que aquests resultats no descarten la necessitat d'investigar més profundament els possibles efectes a llarg termini o en altres models cel·lulars. Com a complement a aquests estudis experimentals, es va dur a terme una revisió de la literatura científica sobre l'exposició humana als MP, analitzant tant les principals vies d'exposició com la presència d'aquests contaminants en mostres biològiques humanes. Aquesta revisió no només confirma la ingesta i absorció de MP per part de la població, sinó que també posa en relleu com aquest fenomen s'ha generalitzat a escala global. En conclusió, aquesta tesi ha permès avançar en la comprensió de la problemàtica dels microplàstics des de múltiples perspectives. D'una banda, ha confirmat el paper de les màscares facials com a font potencial de contaminació quan no es gestionen adequadament. D'altra banda, ha contribuït al desenvolupament de mètodes analítics més precisos per a la detecció i quantificació d'aquests contaminants. Finalment, els resultats obtinguts han permès avaluar amb major precisió l'exposició humana als MPs i els seus possibles efectes.El terme "microplàstic" (MP) es va encunyar l'any 2004 per referir-se a partícules de plàstic amb una mida igual o inferior a 5 mm en la seva dimensió més llarga. Des d'aleshores, s'han realitzat nombrosos estudis per analitzar la seva presència en diferents medis ambientals i avaluar els seus possibles efectes tant en els ecosistemes com en la salut humana. El present treball s'ha centrat en avaluar l'exposició humana als MP a través de la inhalació i la ingestió. Per fer-ho, s'han utilitzat tècniques analítiques avançades, tant espectroscòpiques com tèrmiques, que permeten identificar i quantificar amb precisió aquests contaminants en mostres d'aire i aigua embotellada. A més, s'ha dut a terme un estudi específic per analitzar l'alliberament de MP a partir de màscares facials quan aquestes es gestionen incorrectament com a residus, amb resultats que demostren com aquests productes poden alliberar fibres de polipropilè, poliamida, polièster i cel·lulosa al medi ambient. Pel que fa a l'anàlisi de l'aire, es van recollir mostres tant en entorns interiors com exteriors, comparant una zona urbana (Barcelona) amb una àrea rural (Sassari). Els resultats van revelar diferències en la concentració de MP entre ambdós entorns. A l'interior, les concentracions eren més elevades a Sassari, amb valors que oscil·laven entre el 0% i el 10% del total de partícules, mentre que a Barcelona aquestes xifres es situaven entre el 2% i el 15%. En canvi, a l'exterior, Barcelona presentava nivells més alts, amb un màxim del 20% de MP respecte al total de partícules, enfront del 8% al 18% observat a Sassari. Els polímers més freqüents a l'interior van ser el poliacrilonitril i el niló 6,6, associats a tèxtils i mobiliari, mentre que a l'exterior, a més d'aquests, també es van detectar diversos copolímers de polietilè, relacionats tant amb la indústria tèxtil com amb la automobilística. Una limitació important de la tècnica μ-FTIR utilitzada és que només permet detectar partícules superiors a 20 μm. Per superar aquest obstacle, es va desenvolupar un mètode alternatiu basat en piròlisi acoblada a espectrometria de masses (Pyr-GC/MS), que no només permet analitzar partícules més petites sinó que també ofereix una major precisió i rapidesa en la identificació dels polímers. Aplicant aquesta tècnica, es van analitzar mostres d'aire recollides en biblioteques de Barcelona, on es va detectar predominantment polietilè d'alta densitat, probablement procedent de tèxtils i envasos. Paral·lelament, en l'estudi d'aigua embotellada procedent de cinc països europeus, es va trobar que el polietilè d'alta densitat estava present en 33 de les 40 mostres analitzades, un fet que es pot atribuir a l'abrasió mecànica de les pròpies ampolles durant el seu ús i transport. Per avaluar els possibles efectes sobre la salut humana, es van realitzar assajos in vitro amb cèl·lules HepG2 exposades a lixiviats de polietilè d'alta densitat. Els resultats no van mostrar efectes tòxics significatius en termes de viabilitat cel·lular o generació d'espècies reactives d'oxigen en les condicions d'estudi, tot i que aquests resultats no descarten la necessitat d'investigar més profundament els possibles efectes a llarg termini o en altres models cel·lulars. Com a complement a aquests estudis experimentals, es va dur a terme una revisió de la literatura científica sobre l'exposició humana als MP, analitzant tant les principals vies d'exposició com la presència d'aquests contaminants en mostres biològiques humanes. Aquesta revisió no només confirma la ingesta i absorció de MP per part de la població, sinó que també posa en relleu com aquest fenomen s'ha generalitzat a escala global. En conclusió, aquesta tesi ha permès avançar en la comprensió de la problemàtica dels microplàstics des de múltiples perspectives. D'una banda, ha confirmat el paper de les màscares facials com a font potencial de contaminació quan no es gestionen adequadament. D'altra banda, ha contribuït al desenvolupament de mètodes analítics més precisos per a la detecció i quantificació d'aquests contaminants. Finalment, els resultats obtinguts han permès avaluar amb major precisió l'exposició humana als MPs i els seus possibles efectes
Estudio de los efectos antrópicos sobre la migración y la dinámica poblacional de la codorniz común (Coturnix coturnix) en Europa durante los siglos XX-XXI
No full textEn aquesta tesi s’ha estudiat la migració i la dinàmica poblacional de la guatlla comuna (Coturnix coturnix), una espècie migradora de gran valor ecològic, cinegètic i alimentari a Europa i a l’Àfrica. El seu declivi poblacional, vinculat als canvis en l’ús del sòl i a la pressió antròpica, ha motivat la seva inclusió a la Llista Vermella Europea i al Llibre Vermell dels Ocells d’Espanya. Des de l’enfocament “One Health”, s’adverteix que aquesta situació, juntament amb el contacte amb humans, pot afavorir la transmissió de malalties, agreujada pel canvi climàtic. A partir de bases de dades espanyoles i italianes, s’han analitzat les rutes migratòries, l’evolució històrica de l’espècie i la relació entre urbanització i risc sanitari. També s’ha avaluat la variabilitat espacial de les seves poblacions a Espanya en relació amb factors ecològics i climàtics. La tesi planteja mesures de gestió i cooperació transfronterera per preservar l’espècie i la biodiversitat.En esta tesis se ha estudiado la migración y dinámica poblacional de la codorniz común (Coturnix coturnix), una especie migratoria de gran valor ecológico, cinegético y alimentario en Europa y África. Su declive poblacional, vinculado a los cambios de uso del suelo y a la presión antrópica, ha motivado su inclusión en la Lista Roja Europea y el Libro Rojo de las Aves de España. Desde el enfoque “One Health”, se advierte que esta situación, junto con el contacto con humanos, puede favorecer la transmisión de enfermedades, agravada por el cambio climático. A partir de bases de datos españolas e italianas, se han analizado rutas migratorias, la evolución histórica de la especie y la relación entre urbanización y riesgo sanitario. También se ha evaluado la variabilidad espacial de sus poblaciones en España en relación con factores ecológicos y climáticos. La tesis plantea medidas de gestión y cooperación transfronteriza para preservar la especie y la biodiversidad.This thesis examines the migration and population dynamics of the common quail (Coturnix coturnix), a migratory species of high ecological, hunting, and nutritional value in Europe and Africa. Its population decline, linked to land-use changes and anthropogenic pressure, has led to its inclusion in the European Red List and Spain’s Red Book of Birds. From a “One Health” perspective, this situation—combined with increased human contact—may facilitate the transmission of diseases, aggravated by climate change. Using Spanish and Italian databases, migratory routes, the historical evolution of the species, and the relationship between urbanization and health risks have been analysed. Spatial variability in the species' populations in Spain has also been assessed in relation to ecological and climatic factors. The thesis proposes management measures and cross-border cooperation to ensure the conservation of the species and biodiversity
La poesia de Joan Basset: estudi i edició crítica
No full textPrograma de Doctorat en Estudis Lingüísitics, Literaris i Culturals[cat] Aquesta tesi doctoral està dedicada a l’estudi i a l’edició de l’obra de fra Joan Basset, poeta del Cançoner Vega-Aguiló (VeAg). Especialment prolífic, Basset se situa a la cruïlla de diverses tradicions líriques i és representatiu d’algunes de les tendències poètiques en voga durant els regnats de Ferran d’Antequera i del jove Alfons el Magnànim.
La tesi es divideix en quatre parts. La primera recull la informació històrica conservada sobre el poeta i reconstrueix part de la seva biografia. A la vegada, emmarca l’obra del frare en el seu context històric, social i cultural. La segona presenta un estudi lingüístic de la seva poesia que se serveix d’eines digitals innovadores. Aquesta metodologia permet una aproximació precisa a la llengua del frare i un tractament sistemàtic de les dades. La tercera analitza exhaustivament la poesia de Joan Basset des d’una perspectiva literària i històrica: se centra, d’una banda, en els tres grans temes de la poesia del frare (la lloança religiosa, el comentari polític i la sàtira misògina) i, de l’altra, en els nou gèneres literaris que cultiva. La quarta part ofereix l’edició crítica de la poesia completa de Joan Basset, i la seva traducció al català actual.
Aquest treball pretén actualitzar i completar els estudis existents sobre Joan Basset i, alhora, contribuir a la descripció del panorama líric català dels segles XIV i XV.[eng] This doctoral thesis is devoted to the study and critical edition of the works of Joan Basset, a Catalan poet whose corpus has been preserved in the Cançoner Vega-Aguiló (VeAg). Particularly prolific, Basset stands at the crossroads of several lyrical traditions and embodies
some of the poetic trends that emerged during the reigns of Ferdinand of Antequera and the young Alfonso the Magnanimous.
The thesis is divided into four parts. The first gathers the available historical information to reconstruct some aspects of the poet’s biography. At the same time, it situates Basset’s work within its historical, social and cultural context. The second part offers a linguistic analysis of his poetry, employing innovative digital tools. This methodology enables a high degree of precision and a systematic treatment of the data. The third part explores Basset’s poetry from a literary and historical perspective. It focuses on the three main themes of his work (religious praise, political commentary and misogynist satire) and on the nine literary genres he cultivates. The fourth part provides a critical edition of the complete poetry of Joan Basset, accompanied by a modern Catalan translation.
The aim of this work is to update and expand existing studies on Joan Basset, while also contributing to the description of the Catalan lyrical landscape of the 14th and 15th centuries.[fra] Cette thèse doctorale est consacrée à l’étude et à l’édition de l’œuvre poétique de Joan Basset, conservée dans le Cançoner Vega-Aguiló (VeAg). Particulièrement prolifique, Basset se situe au carrefour de plusieurs traditions lyriques et représente également certaines des tendances poétiques en vogue sous les règnes de Ferdinand d’Antequera et du jeune Alphonse le Magnanime.
La thèse est divisée en quatre parties. La première systématise les données historiques conservées sur le poète et reconstruit une partie de sa biographie. Elle situe également l’œuvre de Basset dans son contexte historique, social et culturel. La deuxième partie
présente une étude linguistique de sa poésie en utilisant des outils numériques. Cette méthodologie permet un haut niveau de précision et un traitement systématique des données. La troisième partie analyse en profondeur la poésie de Joan Basset sous une perspective littéraire et historique : elle se concentre sur les trois thèmes majeurs de son œuvre — la louange religieuse, le commentaire politique et la satire misogyne —, ainsi que sur les neuf genres littéraires qu’il cultive. La quatrième partie propose une édition critique de la poésie complète de Joan Basset, accompagnée d’une traduction en catalan moderne.
Ce travail vise à actualiser et à compléter les recherches antérieures consacrées à Joan Basset, tout en contribuant à la description du panorama lyrique catalan des XIVe et XVe siècles.[fra] Cette thèse doctorale est consacrée à l’étude et à l’édition de l’œuvre poétique de Joan Basset, conservée dans le Cançoner Vega-Aguiló (VeAg). Particulièrement prolifique, Basset se situe au carrefour de plusieurs traditions lyriques et représente également certaines des tendances poétiques en vogue sous les règnes de Ferdinand d’Antequera et du jeune Alphonse le Magnanime.
La thèse est divisée en quatre parties. La première systématise les données historiques conservées sur le poète et reconstruit une partie de sa biographie. Elle situe également l’œuvre de Basset dans son contexte historique, social et culturel. La deuxième partie
présente une étude linguistique de sa poésie en utilisant des outils numériques. Cette méthodologie permet un haut niveau de précision et un traitement systématique des données. La troisième partie analyse en profondeur la poésie de Joan Basset sous une perspective littéraire et historique : elle se concentre sur les trois thèmes majeurs de son œuvre — la louange religieuse, le commentaire politique et la satire misogyne —, ainsi que sur les neuf genres littéraires qu’il cultive. La quatrième partie propose une édition critique de la poésie complète de Joan Basset, accompagnée d’une traduction en catalan moderne.
Ce travail vise à actualiser et à compléter les recherches antérieures consacrées à Joan Basset, tout en contribuant à la description du panorama lyrique catalan des XIVe et XVe siècles
Illuminating cAMP signalling in neurodegenerative diseases: from synaptic plasticity mechanisms to therapeutic opportunities
Get PDFPrograma de Doctorat en Biomedicina[eng] With the ageing of the population, neurodegenerative diseases represent a growing public health problem, which could lead to an unsustainable social and economic burden if current trends persist. Surprisingly, most of these diseases have no cure and not even an effective treatment that improves the quality of life of those affected. A distinctive feature of neurodegenerative disorders is synaptic dysfunction, which appears despite the absence of neuronal loss, and is caused by the accumulation of misfolded proteins, which leads to molecular, circuit, and functional alterations (Palop 2006). However, the exact mechanisms that cause these specific alterations are not yet fully understood. This highlights the need to deepen the understanding of these diseases and, even more importantly, the urgent need to develop new therapeutic strategies, potentially based on the modulation of brain plasticity. In this thesis, we have focused on two neurodegenerative diseases: Huntington's disease (HD) and Alzheimer's disease (AD). HD is an autosomal dominant genetic neurodegenerative disorder, characterized by progressive degeneration of the striatal and cortical regions of the brain (Huntington, 2003; Walker, 2007). The disease manifests itself with motor deficits such as chorea, dystonia and lack of coordination, as well as cognitive impairment and psychiatric disorders. HD is caused by a mutation in the huntingtin gene (HTT), with an expanded repetition of the CAG triplet resulting in a mutated form of the huntingtin protein (mHTT), which leads to neurodegeneration (The Huntington's Disease Collaborative Research Group, 1993a). HD is characterized by selective neuronal loss and impaired synaptic plasticity, especially in the cerebral cortex and striatum, where the middle spinous neurons are especially vulnerable (Vonsattel & DiFiglia, 1998). Disruption of the cortex-striatum pathway, which plays a fundamental role in motor and cognitive functions, contributes to the symptoms of the disease (Cepeda et al., 2007). AD, on the other hand, is the main cause of dementia and is characterized by progressive memory impairment, as well as alterations in language, executive function, and visuospatial skills (Scheltens et al., 2021; Stelzmann et al., 1995). AD is classified as familial, caused by mutations in genes such as APP, PSEN1 and PSEN2, with an early onset that accounts for less than 0.5% of cases, and sporadic AD, which accounts for 99.5% of cases and is influenced by genetic, environmental, and lifestyle factors (Bateman et al., 2011; Bertram et al., 2010). AD is characterized by the presence of amyloid plaques, neurofibrillary buds, and neuroinflammation. Synaptic dysfunction, especially in the hippocampus, is directly correlated with the cognitive impairment observed in AD (Querfurth & LaFerla, 2010). Therefore, synaptic plasticity constitutes an early alteration in both diseases, which highlights the need to develop therapeutic strategies that specifically focus on these initial changes. Synaptic plasticity is the mechanism by which synaptic connections in the brain are strengthened or weakened in response to various stimuli. Alterations in this process constitute one of the main characteristics of HD and AD, contributing significantly to the functional deficits observed in these pathologies (J. Y. Li et al., 2003; Selkoe, 2002). In long-term synaptic plasticity, the activation of receptors by neurotransmitters triggers signaling pathways that favor synaptic strengthening, often associated with calcium input. A key component of this strengthening is the insertion of new receptors into the postsynaptic membrane, a process that requires the activity of protein kinases and local protein synthesis. Beyond calcium, another signaling molecule that is fundamental for maintaining plasticity is cyclic adenosine monophosphate (cAMP). cAMP is modulated by the activity of metabotropic receptors and, among multiple targets, activates protein kinase A (PKA), which phosphorylates transcription factors such as CREB, thus initiating the gene expression necessary for long-term synaptic modifications (Benito & Barco, 2010). In addition, the cAMP-PKA signaling pathway is essential for establishing structural changes at synapses, and its activation has been associated with enhanced synaptic plasticity in several brain regions (C. C. Huang & Hsu, 2006; Nguyen & Kandel, 1997). At the same time, astrocytes also contribute to synaptic plasticity. However, the mechanisms by which cAMP participates in synaptic plasticity have not yet been fully understood, nor their specific role in neurons or astrocytes. In fact, alterations in cAMP signaling are increasingly related to aging and neurodegenerative diseases such as HD and HD (Kelly, 2018). Both the cortex-striatum pathway in HD and the hippocampus in HD show disruptions in the cAMP-PKA signaling pathway. In the case of HD, a decrease in cAMP signaling in the cortex and striatum, and an increase in the hippocampus, have been described, although these results remain controversial. On the other hand, in HD it is better established that cAMP signaling decreases in the hippocampus, contributing in a key way to the development of the pathology associated with dementia. In view of the controversies about the role of cAMP in HD, and considering the great importance of the cortex in this disease, our first objective is to characterize the alterations in cAMP signaling and the behavior associated with the cortex of the R6/1 mouse model for the disease. Therefore, strategies aimed at enhancing synaptic plasticity by modulating cAMP signaling could have great potential to mitigate or delay neural network dysfunction associated with neurodegenerative disorders such as HD and AD. In this sense, optogenetic tools allow precise control of biological mechanisms using light-sensitive proteins. In particular, photoactivated adenylate cyclades (PACs) are enzymes that increase cAMP levels in response to light, through an adenylate cyclase domain coupled to a photoreceptor module (Iseki & Park, 2021). Among these, DdPAC is a newly optimized CAP that regulates cAMP levels in response to red light (Stüven et al., 2018). Initially developed in bacteria, DdPAC has demonstrated a more potent light response compared to other red light-sensitive PACs. However, its application in brain cells and in vivo has not yet been explored. Considering the ability of red light to penetrate tissues with minimal dispersion, DdPAC represents a promising tool for non-invasive applications. Therefore, our second objective is to establish the use of DdPAC as an optogenetic tool to modulate synaptic plasticity in vivo, in a non-invasive way. On the other hand, given the regional vulnerability and pathophysiological differences observed between HD and AD, which can affect cAMP modulation and synaptic plasticity, our third objective is to restore physiological function through light stimulation of DdPAC in mouse models of both diseases. In this case, attention will be focused on the regions most affected by each pathology: the striatum and cortex in the case of HD, and the hippocampus in AD. Taking this information into account, the main objective of this thesis is to restore physiological function in neurodegenerative diseases by modulating brain plasticity through light activation of cAMP signaling, mediated by DdPAC, in specific brain circuits To achieve our first objective and characterize alterations in cAMP signaling and cortex-related behavior in the R6/1 mouse model of Huntington's disease, we first evaluated cAMP alterations in the cortex during behavioral tasks related to the cortex-striatum pathway in R6/1 mice. To investigate the dynamics of cAMP, we performed fibre photometry recordings using the GFlamp-1 sensor, a novel cAMP sensor, on neurons in the M2 cortex of 14- and 20-week-old WT and female WT and R6/1 mice, during beetle-mania (BMT) and rotarod accelerator (ARR) tasks. We first evaluated the dynamics of cAMP during BMT, observing an increase in cAMP levels in both WT and R6/1 mice after beetle introduction. Although the R6/1 mice already showed altered behaviour during the test, no differences in cAMP levels were detected between the genotypes. These data reveal the involvement of neuronal cAMP signaling during BMT, with minimal alterations in R6/1 mice. Subsequently, to better understand the contribution of cAMP in tasks related to the M2 cortex, we explored the dynamics of cAMP during ARR. Our results were in line with those observed during BMT, as neuronal cAMP levels in both WT and R6/1 mice increased with the onset of the task. Unlike the results obtained with BMT, in this case we observed an aberrant over-activation of the M2 cortex in R6/1 mice. Finally, to find out if alterations in cAMP activity during M2-related tasks are more evident in more advanced stages of the disease, we repeated BMT in the same cohort of mice at 20 weeks, when the animals are fully symptomatic. At this age, we could still observe an increase in neuronal cAMP in WT and R6/1 after the introduction of the beetle. However, this increase was significantly smaller in R6/1 mice. Overall, these results highlight the involvement of neuronal cAMP in tasks related to the M2 cortex and show alterations in the context of HD. Given the critical importance of the M2 cortex in the pathophysiology of HD, we also wanted to determine whether additional symptoms associated with cortex-striatum dysfunction arise in the early stages of the disease in the R6/1 model. To do this, we selected two behavioral tests, the adhesive removal test and the marble-burying test, both related to the M2 cortex and the cortex-striated pathway, and carried them out longitudinally from 4 to 16 weeks of age. In the adhesive removal test, related to the M2–somatosensory cortex–striatum pathway, we observed motor deficits from 8 weeks, while somatosensory deficits appeared at 16 weeks. In the marble-burying test, related to the M2–orbitofrontal–striated cortex pathway, we observed a similar behaviour to anhedonia from 8 weeks onwards. These data indicate that the dysfunction of the cortex-striatum pathway arises in very early stages, highlighting the potential of early therapeutic interventions. Overall, the results of this first objective indicate that crust-striatum pathway dysfunction related to the M2 cortex emerges in the early stages of the disease, highlighting the potential of therapeutic interventions in early stages. Since neuronal cAMP signaling remains functional in mice with altered behavior, it is unlikely to be directly responsible for M2-related behavioral deficits, suggesting that other mechanisms could be involved. To achieve the second objective and implement DdPAC as a new optogenetic tool to modulate synaptic plasticity in a non-invasive way through cAMP signaling, we first wanted to establish a minimally invasive method for its administration to the brain through AAV vectors. For this reason, we designed viral constructs with GFP under three different promoters (CAG, CamKIIa and FLEXon), and administered them using two AAV serotypes (AAV9 and PHP.eB), in two different mouse strains (C57BL/6J and B6CBA), and through three routes of administration, from more to less invasive (intra-cranial, retro-orbital and intra-nasal). In summary, GFP expression was detected in several brain regions and in specific cell types after retro-orbital injection of the PHP.eB and AAV9 vectors, showing the PHP.eB serotype a wider infection. In addition, we managed to express the viral constructs of PHP.eB in two murine strains and specifically in our R6/1 model. In addition, retro-orbital injection into A2a-Cre mice resulted in specific regional transduction, demonstrating its potential to direct specific circuits. However, no GFP fluorescence was observed after intra-nasal administration in any of the cases. These results highlight retro-orbital injection as a minimally invasive pathway to reach brain regions efficiently and in different cell types and mouse strains, offering an alternative to stereotactic surgery. However, further research is needed on viral capsid modification to facilitate neural cell infection via intranasal administration. To continue with this objective, we characterized the effects of DdPAC activation on specific cell types in the brain. First, we investigated whether cAMP modulation by DdPAC was able to promote synaptic plasticity. Therefore, we injected DdPAC under the CamKIIa or GFAP promoters into the cortex to selectively express it in neurons and astrocytes, respectively, and subsequently made recordings with multiple electrode arrays (MEAs). Red light illumination succeeded in enhancing neuronal activity in both neuronal and astroglial activation of DdPAC, although the effect was more pronounced when it was activated in astrocytes. For this reason, subsequent experiments with this objective focused on investigating the activation of DdPAC in cortical astrocytes. Thus, we characterized the underlying mechanism of this potentiation, demonstrating that the DdPAC-induced cAMP increase is PKA and NMDAR dependent, but calcium-independent, requires synaptic activity, and induces glutamate gliotransmission. To delve into the in vivo effects of astroglial activation of DdPAC, we performed phosphoproteomics and proteomics analyses. The omics data validated the involvement of the cAMP-PKA pathway in the astroglial effects of DdPAC, supporting its central role in synaptic plasticity, while revealing a broad brain effect derived from astrocyte activation. Overall, the data from the second objective position DdPAC as a powerful tool to modulate synaptic plasticity in the brain through targeted manipulation of the cAMP-PKA pathway in astrocytes, while establishing a robust and minimally invasive method for its application in vivo. Finally, we addressed our third objective: to restore physiological function through light stimulation of DdPAC in mouse models of HD and AD. First, we investigated the functional effects of astrocytic activation of DdPAC in two of the most affected regions in HD: the cerebral cortex and striatum. To do this, we injected DdPAC into cortical or striatal astrocytes of the R6/1 mouse model to evaluate their ability to modulate brain function. In cortical stimulation experiments, hemodynamic changes were analyzed using an imaging technique based on light scattering and, subsequently, motor behavior was evaluated. Hemodynamic analysis revealed an over-activation of the cortex after acute activation of DdPAC in astrocytes in the cortex of R6/1 mice, a response that was not observed in control mice. In addition, repeated stimulation of DdPAC in astrocytes in the cortex impaired coordination in R6/1 mice, as evidenced in the vertical pole test, while motor learning improved in WT mice, assessed by the accelerated rotarrod test. In addition, post-mortem analysis revealed an increase in GFAP expression only in WT mice after repeated stimulation and behavioral testing. Next, we examined motor behavior after stimulation of DdPAC in striatal astrocytes. In this case, the modulation of cAMP by DdPAC in astrocytes impaired coordination in both WT and R6/1 mice, while motor learning remained preserved. In addition, GFAP expression increased in both groups. Taken together, these results suggest that astrocytic modulation of DdPAC produces differentiated effects according to brain region and molecular context, with diverse results in the cortex and striatum in WT and R6/1 mice. In addition, our data suggest that increased cAMP levels in astrocytes may be detrimental in the context of HD, so strategies aimed at specifically reducing astrocytic cAMP could have more therapeutic potential. In parallel, we investigated the effects of cAMP signaling by DdPAC on neurons and astrocytes of the hippocampus, the most affected region in AD. To do this, we injected DdPAC into neurons and astrocytes in the hippocampus of WT and 5xFAD mice, followed by histological and proteomic analyses. Notably, histological analyses revealed a reduction in GFAP expression and amyloid-β deposits in the hippocampus where DdPAC had been activated in astrocytes, but not in regions with neuronal activation. Proteomic analysis of DdPAC-activated astrocytes revealed a response mainly associated with glial activation and immune response processes, as well as synaptic plasticity, while neuronal activation mostly influenced synaptic plasticity. In both cases, cytoskeletal regulation emerged as a key function, although the proteins involved differed between neurons and astrocytes. In addition, the effects of DdPAC activation, both in neurons and astrocytes, varied between WT and 5xFAD mice, indicating a differential effect depending on the molecular context. These results reinforce the idea that the effects of modulation by DdPAC depend on the brain region, molecular context and cell specificity. In summary, this thesis provides new knowledge about the cAMP pathway in synaptic plasticity and neurodegenerative diseases. First, our data demonstrate the participation of neuronal cAMP in behaviors related to the M2 cortex and reveal alterations in the dynamics of neuronal cAMP in mice with HD. In addition, we identify early motor and psychiatric deficits associated with the M2 cortex, highlighting the potential for therapeutic interventions in the early stages. To facilitate the application of therapies in the brain, we established a minimally invasive method for the administration of AAV that allows effective expression of the transgene in specific cell types and murine strains. Notably, we have demonstrated the ability of cAMP modulation by DdPAC to enhance synaptic plasticity in the cortex, especially when activated in astrocytes. In the context of neurodegeneration, the activation of DdPAC in HD and AD models produces differential effects: in HD, the activation of cortical astrocytes improves motor learning in WT mice but impairs coordination in mice with HD, while the activation of striatal astrocytes negatively affects coordination in both. In AD, increased cAMP in hippocampal astrocytes reduces astrogliosis and amyloid-β deposits, while neuronal activation reduces microglial reactivity. Proteomic analysis of hippocampal samples reveals differential changes induced by DdPAC in neurons and astrocytes, as well as between WT and AD mice, linking the activation of the cAMP-PKA pathway to synaptic plasticity and immune responses. In conclusion, this thesis reveals new functions of cAMP signaling and proposes it as a promising therapeutic target in neurodegenerative diseases. Our results demonstrate that the modulation of cAMP by DdPAC in neurons and astrocytes has a profound impact on neuronal plasticity, with the modulation of cAMP-PKA in astrocytes producing the broadest effects. In addition, we highlight the importance of the brain region and the molecular context in the results of cAMP modulation, since the activation of DdPAC produces differentiated effects in the cortex, striatum and hippocampus, and according to the pathological state. Ultimately, we provide strong evidence that positions DdPAC as a versatile tool to modulate cAMP-PKA signaling, with potential applications in both neuroscience research and therapeutic development.[cat] Amb l’envelliment de la població, les malalties neurodegeneratives representen un problema creixent de salut pública, que podria derivar en una càrrega social i econòmica insostenible si les tendències actuals persisteixen. Sorprenentment, la majoria d’aquestes malalties no tenen cura i ni tan sols un tractament efectiu que millori la qualitat de vida de les persones afectades. Una característica distintiva dels trastorns neurodegeneratius és la disfunció sinàptica, que apareix tot i l’absència de pèrdua neuronal, i està provocada per l’acumulació de proteïnes mal plegades, la qual cosa condueix a alteracions moleculars, de circuits i funcionals (Palop 2006). No obstant això, els mecanismes exactes que provoquen aquestes alteracions específiques encara no es comprenen del tot. Això posa de manifest la necessitat d’aprofundir en la comprensió d’aquestes malalties i, encara més important, la necessitat urgent de desenvolupar noves estratègies terapèutiques, potencialment basades en la modulació de la plasticitat cerebral. En aquesta tesi, ens hem centrat en dues malalties neurodegeneratives: la malaltia de Huntington (MH) i la malaltia d’Alzheimer (MA). La MH és un trastorn neurodegeneratiu genètic autosòmic dominant, caracteritzat per una degeneració progressiva de les regions estriatals i corticals del cervell (Huntington, 2003; Walker, 2007). La malaltia es manifesta amb dèficits motors com la corea, la distonia i la descoordinació, així com amb deteriorament cognitiu i alteracions psiquiàtriques. La MH està causada per una mutació en el gen de la huntingtina (HTT), amb una repetició expandida del triplet CAG que dona lloc a una forma mutada de la proteïna huntingtina (mHTT), la qual condueix a la neurodegeneració (The Huntington’s Disease Collaborative Research Group, 1993a). La MH es caracteritza per una pèrdua neuronal selectiva i una plasticitat sinàptica deteriorada, especialment en l’escorça cerebral i l’estriat, on les neurones espinoses mitjanes són especialment vulnerables (Vonsattel & DiFiglia, 1998). La disrupció de la via escorça-estriat, que té un paper fonamental en les funcions motores i cognitives, contribueix als símptomes de la malaltia (Cepeda et al., 2007). L’MA, per la seva banda, és la causa principal de demència i es caracteritza per un deteriorament progressiu de la memòria, així com per alteracions del llenguat
Caracterización clínica y molecular de la Amiloidosis por Transtirretina en el foco endémico de Mallorca
No full text[spa] La amiloidosis por transtirretina variante (A-ATTRv) es una enfermedad infrecuente y muy heterogénea. Debido a su naturaleza hereditaria, existen algunos focos endémicos de la enfermedad donde se concentra una mayor prevalencia, como es el caso de Mallorca. Se trata de una enfermedad sistémica, que puede afectar prácticamente a cualquier órgano, si bien las manifestaciones neurológicas y cardiacas son predominantes. Además, el cuadro clínico difiere según la variante concreta de la transtirretina. A pesar de que en los últimos años el avance en el conocimiento y terapéutica de la enfermedad ha sido exponencial, todavía quedan muchos aspectos tanto clínicos como moleculares por describir, que permitirían tanto mejorar el entendimiento de la fisiopatología como optimizar el manejo de los pacientes en la práctica clínica. Esta tesis representa tan solo una pequeña aproximación al esfuerzo que realizamos desde la unidad de amiloidosis ATTR del Hospital Universitario Son Llàtzer para mejorar la descripción de nuestra cohorte y profundizar en el conocimiento de la patología. El documento se ha dividido en tres apartados. En el primer apartado se introduce la enfermedad desde los principios más básicos de su fisiopatología, haciendo hincapié en el rol de la transtirretina, la proteína precursora de esta amiloidosis. En el segundo apartado, y cuerpo principal de la tesis, se describen los principales aspectos clínicos y moleculares de la enfermedad. Es en este apartado en el que se incluyen los artículos originales y el poster. En el primer artículo original, describimos la epidemiología de la amiloidosis ATTR en España mediante el análisis de los pacientes incluidos en el registro THAOS (Transthyretin Amyloidosis Outcomes Survey). Al carecer de un registro nacional, este análisis representa la primera aproximación a la epidemiología de la enfermedad en nuestro medio. Observamos que, en nuestro medio, la variante V30M es, como en otros países, la más frecuente. Además, vemos que existe una amplia variedad fenotípica y genotípica en nuestro país. En el segundo y tercer artículos originales describimos dos características clínicas peculiares de la amiloidosis por ATTRv. En primer lugar, analizamos el riesgo de enfermedad, de los portadores de la variante V30M en Mallorca, que se sitúa en un 75% a los 90 años aproximadamente. En segundo lugar, analizamos la anticipación genética en nuestra cohorte, que es frecuente, y puede ser de hasta más de 15 años. Ambas características han sido previamente descritas en la literatura, si bien tanto el riesgo de enfermedad como la anticipación genética parecen variar incluso para una misma variante según la localización geográfica. Es por ello que resulta fundamental el conocimiento de ambas en nuestro medio. En el tercer artículo original, realizamos un análisis de la utilidad de la determinación de neurofilamentos para el diagnóstico precoz de la A-ATTRv, obteniendo resultados similares a los previamente recogidos en la literatura, los cuales demuestran las diferencias significativas en los niveles de estas proteínas entre portadores asintomáticos y enfermos incluso en estadios muy iniciales de la enfermedad. Además, este artículo tiene el valor añadido que dicho análisis lo realizamos con una técnica más asequible, el ELISA, que la considerada patrón oro. Finalmente, en el poster incluido en la tesis, profundizamos en el conocimiento molecular de la patología mediante la introducción de una nueva técnica con potencial utilidad para el diagnóstico de la amiloidosis ATTRv, la espectometría de masas mediante MALDI-TOF. Mediante esta técnica, y ayudados por análisis de machine-learning, podemos clasificar a portadores asintomáticos y enfermos mediante el análisis de su proteoma. Estos hallazgos permiten pensar que el análisis proteómico de los pacientes con A-ATTRv puede ser de gran utilidad para aclarar la fisiopatología de la enfermedad.[eng] Transthyretin variant amyloidosis (A-ATTRv) is an uncommon and very heterogeneous disease. Due to its hereditary nature, there are some endemic foci of the disease where a higher prevalence is concentrated, as is the case of Mallorca. It is a systemic disease, which can affect practically any organ, although neurological and cardiac manifestations are predominant. Furthermore, the clinical picture differs according to the specific transthyretin variant.
Despite the fact that in recent years the progress in the knowledge and therapeutics of the disease has been exponential, there are still many clinical and molecular aspects to be described, which would allow both to improve the understanding of the pathophysiology and to optimize the management of patients in clinical practice.
This thesis represents only a small approximation to the effort we are making at the ATTRv amyloidosis unit of the Hospital Universitario Son Llàtzer to improve the description of our cohort and to deepen our knowledge of the pathology.
The document has been divided into three sections. The first section introduces the disease from the most basic principles of its pathophysiology, emphasizing the role of transthyretin, the precursor protein of this amyloidosis.
In the second section, and main body of the thesis, the main clinical and molecular aspects of the disease are described. It is in this section that the original articles and the poster are included.
In the first original article, we describe the epidemiology of ATTRv amyloidosis in Spain by analyzing the patients included in THAOS (Transthyretin Amyloidosis Outcomes Survey). In the absence of a national registry, this analysis represents the first approximation to the epidemiology of the disease in our setting. We observed that, in our setting, the V30M variant is, as in other countries, the most frequent. In addition, we see that there is a wide phenotypic and genotypic variety in our country.
In the second and third original articles we describe two peculiar clinical features of ATTRv amyloidosis. First, we analyze the risk of disease in carriers of the V30M variant in Mallorca, which is about 75% at the age of 90 years. Secondly, we analyzed the genetic anticipation in our cohort, which is frequent, and can be up to more than 15 years. Both characteristics have been previously described in the literature, although both disease risk and genetic anticipation seem to vary even for the same variant according to geographic location. This is why it is essential to know both in our environment.
In the third original article, we performed an analysis of the usefulness of the determination of neurofilaments for the early diagnosis of A-ATTRv, obtaining results similar to those previously reported in the literature, which demonstrate significant differences in the levels of these proteins between asymptomatic carriers and patients even in very early stages of the disease. In addition, this article has the added value that this analysis was carried out with a more affordable technique, ELISA, than the one considered the gold standard.
Finally, in the poster included in the thesis, we deepen our molecular knowledge of the pathology by introducing a new technique with potential usefulness for the diagnosis of ATTRv amyloidosis, mass spectrometry by MALDI-TOF. Using this technique, and aided by machine-learning analysis, we can classify asymptomatic and diseased carriers by analyzing their proteome. These findings suggest that the proteomic analysis of patients with A-ATTRv may be of great use in clarifying the pathophysiology of the disease.[cat] L'amiloïdosi per transtirretina variant (A-ATTRv) és una malaltia infreqüent i molt heterogènia. A causa de la seva naturalesa hereditària, hi ha alguns focus endèmics de la malaltia on es concentra una major prevalença, com és el cas de Mallorca. És una malaltia sistèmica, que pot afectar pràcticament qualsevol òrgan, si bé les manifestacions neurològiques i cardíaques són predominants. A més, el quadre clínic difereix segons la variant concreta de la transtirretina.
Tot i que en els darrers anys l'avenç en el coneixement i la terapèutica de la malaltia ha estat exponencial, encara queden molts aspectes tant clínics com moleculars per descriure, que permetrien tant millorar l'enteniment de la fisiopatologia com optimitzar el maneig dels pacients en la pràctica clínica.
Aquesta tesi només representa una petita aproximació a l'esforç que fem des de la unitat d'amiloïdosi ATTR de l'Hospital Universitari Son Llàtzer per millorar la descripció de la nostra cohort i aprofundir en el coneixement de la patologia.
El document ha estat dividit en tres apartats. Al primer apartat s'introdueix la malaltia des dels principis més bàsics de la seva fisiopatologia, posant èmfasi en el rol de la transtirretina, la proteïna precursora d'aquesta amiloïdosi.
Al segon apartat, i cos principal de la tesi, es descriuen els principals aspectes clínics i moleculars de la malaltia. És en aquest apartat on s'inclouen els articles originals i el pòster.
Al primer article original, descrivim l'epidemiologia de l'amiloïdosi ATTR a Espanya mitjançant l'anàlisi dels pacients inclosos al registre THAOS (Transthyretin Amyloidosis Outcomes Survey). En no tenir un registre nacional, aquesta anàlisi representa la primera aproximació a l'epidemiologia de la malaltia al nostre medi. Observem que, al nostre medi, la variant V30 és, com en altres països, la més freqüent. A més, veiem que hi ha una àmplia varietat fenotípica i genotípica al nostre país.
Al segon i tercer articles originals descrivim dues característiques clíniques peculiars de l'amiloïdosi per ATTRv. En primer lloc, analitzem el risc de malaltia, dels portadors de la variant V30M a Mallorca, que se situa en un 75% als 90 anys aproximadament. En segon lloc, analitzem l'anticipació genètica a la nostra cohort, que és freqüent, i pot ser de fins a més de 15 anys. Ambdues característiques han estat prèviament descrites a la literatura, si bé tant el risc de malaltia com l'anticipació genètica sembla variar fins i tot per a una mateixa variant segons la localització geogràfica. És per això que resulta fonamental el coneixement de totes dues al nostre medi.
Al tercer article original, realitzem una anàlisi de la utilitat de la determinació de neurofilaments per al diagnòstic precoç de l'A-ATTRv, obtenint resultats similars als prèviament recollits a la literatura, els quals demostren les diferències significatives en els nivells d'aquestes proteïnes entre portadors asimptomàtics i malalts fins i tot en estadis molt inicials de la malaltia. A més, aquest article té el valor afegit que aquesta anàlisi la fem amb una tècnica més assequible, l'ELISA, que la considerada patró or.
Finalment, al pòster inclòs a la tesi, aprofundim en el coneixement molecular de la patologia mitjançant la introducció d'una nova tècnica amb potencial utilitat per al diagnòstic de l'amiloïdosi ATTRv, l'espectometria de masses mitjançant MALDI-TOF. Mitjançant aquesta tècnica, i ajudats per anàlisi de machine-learning, podem classificar portadors asimptomàtics i malalts mitjançant l'anàlisi del seu proteoma. Aquestes troballes permeten pensar que l'anàlisi proteòmica dels pacients amb A-ATTRv pot ser molt útil per aclarir la fisiopatologia de la malaltia.Doctorat en Biotecnologia Biomèdica i Evolutiv
(Bio)Electrochemical Tools for Integration of Biological Systems and Electronic Components (BIONIC)
No full textAquesta tesi desenvolupa interfícies biocompatibles per a plataformes de detecció basades en cèl·lules, utilitzant
microalgues i cèl·lules neuronals, amb focus en la comunicació electroquímica directa i indirecta per a la detecció de
toxines i el monitoratge ambiental. El Capítol 1 revisa bioelèctrodes d’avantguarda, destacant mecanismes de
transferència electrònica extracel·lular directa (DEET) i mediada, i la necessitat de sistemes de detecció de toxines
portàtils i econòmics en comparació amb mètodes de laboratori com el patch clamping. Es descriuen els requisits per
a la immobilització cel·lular i la transferència eficient d’electrons amb materials biocompatibles.per polímers
redox, va detectar TTX de 6–300 nM, oferint una alternativa portàtil i econòmica.
Aquest treball avança en interfícies bioelectroquímiques per a la detecció sensible i en temps real de toxines, donant
suport a aplicacions en monitoratge ambiental i avaluació de riscos sanitaris.
Esta tesis desarrolla interfaces biocompatibles para plataformas de detección basadas en células, utilizando
microalgas y células neuronales, enfocándose en la comunicación electroquímica directa e indirecta para la detección
de toxinas y monitoreo ambiental. El Capítulo 1 revisa bioelectrodos de vanguardia, destacando mecanismos de
transferencia electrónica extracelular directa (DEET) y mediada, y la necesidad de sistemas de detección de toxinas
portátiles y rentables en comparación con métodos de laboratorio como el patch clamping. Se describen los requisitos
para la inmovilización celular y la transferencia eficiente de electrones usando materiales biocompatiblesThis thesis develops biocompatible interfaces for cell-based sensing platforms using microalgae and neuronal cells,
focusing on direct and indirect electrochemical communication for toxin detection and environmental monitoring.
Chapter 1 reviews state-of-the-art bioelectrodes, highlighting direct extracellular electron transfer (DEET) and
mediated electron transfer mechanisms, and the need for cost-effective, portable toxin detection systems compared to
lab-based methods like patch clamping. It outlines requirements for cell immobilization and efficient electron transfer
using biocompatible materials."Universitat Rovira i Virgili. Programa de doctorat en Nanociència, Materials i Enginyeria Química
Efectividad de una intervención de Terapia Ocupacional Comunitaria en Salud Mental basada en el Modelo de Ocupación Humana para personas con Daño Cerebral Adquirido
No full textEl dany cerebral adquirit (DCA) és aquell que es produeix posterior al naixement, que no està relacionat amb un trastorn degeneratiu neurològic, congènit o del desenvolupament, i que és resultant de l'efecte d'una força externa (com el traumatisme cranioencefàlic) o a causa de processos no traumàtics (ictus, anòxies, etc.). El DCA és una de les causes principals de discapacitat crònica en el món, amb una perspectiva cada vegada major de supervivència. Les conseqüències clíniques i socials de DCA moderat o greu comporten una sèrie de dèficits físics, cognitius i afectius que mostren un ampli espectre de simptomatologia neuropsicològica, psicològica i psiquiàtrica, provocant un impacte en la participació, integració comunitària i en la major part de les àrees de la vida diària. L'aparició de trastorns de salut mental posteriors al DCA té una àmplia prevalença, destacant els trastorns neurocognitius, conductuals, emocionals i de l'ànim. Altres aspectes rellevants són el trastorn orgànic de la personalitat, l'apatia i les dificultats en autoconsciència, a més de la incidència de conducta suïcida i el consum de tòxics.
Les dificultats de salut mental incrementen el risc de cronicitat i discapacitat després del DCA, afectant dominis crucials en la vida diària i situant a les persones en una situació d'especial vulnerabilitat i risc d'exclusió. El DCA, per tant, produeix canvis i detriment de la participació ocupacional i comunitària, ocasionant una disminució de la qualitat de vida relacionada amb la salut i, en general, de la satisfacció amb la vida. Així mateix, la integració comunitària es veu greument afectada, destacant les dificultats ocasionades per l'aïllament i l'estigma social, atès que es tracta d'un diagnòstic amb poc recorregut social i cultural.
D'altra banda, es constata que el DCA afecta, no sols a la persona que ha sofert la lesió, sinó també a les seves famílies, que es veuen obligades a reestructurar de
manera radical els seus hàbits i rutines, mentre gestionen la complexitat de l'acompanyament i la simptomatologia de salut mental, exposant-se a una important sobrecàrrega, física, mental i econòmica en l'administració de les cures.
Donades les característiques que presenten les necessitats de les persones amb el perfil DCA-SM, la rehabilitació i el suport en fase crònica haurien d'estar orientats des de la rehabilitació comunitària. En aquest sentit, s'evidencia un buit assistencial que abasta des de la possibilitat de rehabilitació dels aspectes físics i cognitius, a la qualitat i qualitat del suport especialitzat, en molts casos inexistent.
La teràpia ocupacional, des de la consideració i el valor que proposa en la relació entre ocupació i salut, aprofita les capacitats, tant de la pròpia persona com del seu entorn, per a aportar solucions que puguin cobrir les necessitats de les persones amb DCA-SM en fase crònica. Per a això, un dels models més utilitzats en teràpia ocupacional, el Model d'Ocupació Humana (MOHO), aprofita al màxim la volició de la persona —això és, l'elecció i motivació de la persona cap a una elecció ocupacional—respecte a la seva participació en activitats significatives, emmarcades dins del seu context ambiental.
En DCA-SM, s'evidencia que els dèficits i simptomatologia associada produeixen afectacions en factors ocupacionals claus per a la participació, integració i benestar com són la volició, la identitat ocupacional o l'acompliment de rols. D'aquesta manera, una intervenció de teràpia ocupacional, implementada des d'una perspectiva de salut mental comunitària, podria atendre les necessitats d'aquest perfil de població.
Objectius
Aquesta tesi té dos objectius principals. D'una banda, dissenyar un protocol d'intervenció implementada des d'un programa de teràpia ocupacional amb un enfocament de salut mental comunitària, domiciliària i basada en el MOHO per a persones amb DCA. Per un altre, realitzar un estudi per a avaluar i analitzar l'efectivitat i viabilitat de la implementació d'aquest protocol en la millora de la qualitat de vida, l'acompliment ocupacional autopercebut i la integració comunitària. D'aquest últim objectiu, deriven tres objectius secundaris que tenen a veure amb l'anàlisi de la viabilitat, de l'efectivitat i, finalment, amb l'anàlisi de la
contribució de la satisfacció amb l'acompliment de les activitats a la qualitat de vida.
Metodologia
La present tesi es va estructurar en diferents fases entorn de la intervenció implementada des de l'equip EASE (Equip d’Avaluació i Suport Especialitzat) de l'Hospital de Neurorrehabilitación Institut Guttmann de Badalona. La primera d'aquestes fases va correspondre al disseny del protocol d'intervenció COT-MHABI, que consistia en una intervenció de teràpia ocupacional comunitària en salut mental i dirigida a persones amb DCA-SM en fase crònica. A continuació, es va dur a terme un estudi pilot de viabilitat i efectivitat, no aleatoritzat, on van participar 30 persones, 15 per cada grup. Les persones participants del grup experimental van rebre una intervenció d'un any de durada de teràpia ocupacional comunitària en salut mental desenvolupada a partir del procés de remotivació propi del Model d'ocupació Humana. Durant l'estudi es van dur a terme avaluacions en tres temps, després de determinar les variables principals qualitat de vida, acompliment ocupacional autopercebut i satisfacció amb el mateix i integració comunitària. Com a variables secundàries es van establir el nivell de participació i la satisfacció amb l'ocupació diària i la satisfacció amb els rols exercits i nivell de participació en rols desitjats. Es va realitzar una mesura final d'independència funcional a l'efecte d'anàlisi.
Resultats
L'estudi de viabilitat va determinar que la intervenció era viable i factible, destacant la satisfacció i utilitat determinada per les pròpies persones participants. La taxa d'adherència va ser del 100%. L'assaig clínic no aleatoritzat va demostrar efectivitat del protocol COT-MHABI a partir de les comparacions intergrup, on el grup experimental mostrava un efecte positiu significatiu en les variables principals acompliment ocupacional autopercebut i satisfacció amb l'acompliment i integració comunitària (p<0.001, p<0.001 i p=0.002, respectivament) i en les variables secundàries satisfacció amb els rols exercits (p=0.004). A més, s'evidencien diferències significatives intragrup del grup experimental enfront del grup control en totes les variables (principals i
secundàries) excepte en la secundària participació en rols exercits, on un efecte sostre no va permetre observar diferències significatives. D'altra banda, l'anàlisi va mostrar que la satisfacció amb l'ocupació pot explicar fins a un 52% la millora en la qualitat de vida.
Conclusions
La intervenció proposada en aquest estudi de tesi compleix els factors de viabilitat proposats, aportant des del propi discurs de les persones participants un valor a l'experiència del procés d'intervenció. La implementació del protocol COT-MHABI mostra, a partir de les comparacions intergrup, una millora estadísticament significativa del grup experimental enfront del grup control en les següents variables de resultat: acompliment ocupacional autopercebut i satisfacció amb l'acompliment, integració comunitària i satisfacció amb els rols exercits. A més, les dades intragrup per al grup experimental reflecteixen una millora significativa en totes les variables excepte en participació en rols. Així, podem afirmar que, dins dels paràmetres establerts per a aquest estudi d'efectivitat i viabilitat, la intervenció COT-MHABI és efectiva en la millora de variables crucials per a la participació ocupacional. D'altra banda, la satisfacció amb l'ocupació i les activitats realitzades, poden explicar en més del 50% aspectes relacionats amb la qualitat de vida de la persona amb DCA-SM. Des del punt de vista d'aquesta tesi, l'ús d'un model propi de teràpia ocupacional proporciona una aproximació adequada i eficaç per a intervenir en l'acompanyament als objectius de participació i integració comunitària de les persones amb DCA-SM en fase crònica. A més, la metodologia implementada permet adaptar-se als condicionants que imposen els diferents dèficits neuropsicològics, neuropsiquiàtrics i psicològics propis del DCA-SM.Cures integrals i Serveis de salu
Dissecting the mechanisms of social indirect genetic effects in outbred laboratory mice
No full textCada cop hi ha més evidència que el fenotip d’un individu pot estar influenciat tant pels seus propis genotips (efectes genètics directes, DGE) com pels genotips dels seus companys socials (efectes genètics indirectes, IGE). S’han detectat IGE en ratolins de laboratori, però els trets dels companys de gàbia que hi estan implicats encara es coneixen poc. Tot i que sovint els efectes socials s’atribueixen només a trets de comportament, resultats previs sobre fenotips immunològics i metabòlics suggereixen que altres tipus de trets també hi podrien contribuir.
Vaig analitzar trets de comportament, trets fisiològics i trets morfològics per entendre quins medien els IGE. Per això, vaig utilitzar dades de fenotips i genotips provinents de dos grups grans de ratolins, i vaig estimar correlacions genètiques entre DGE i IGE. Els resultats impliquen no només trets de comportament (p. ex. estrès) sinó també trets immunitaris i metabòlics com a trets dels companys de gàbia implicats en IGE.
Així, es desafia la visió que els IGE són deguts principalment al comportament i es proposa un marc més ampli per comprendre els mecanismes biològics dels IGE. L'estratègia i el programari desenvolupats són aplicables a altres espècies i conjunts de dades, i ofereixen noves vies per explorar l’arquitectura genètica i social dels trets complexos.Increasing evidence shows that an individual’s phenotype can be influenced by the genotypes of their social partners—so-called indirect genetic effects (IGE)—as well as direct genetic effects (DGE) from the individual’s own genotypes. IGE have been detected between cage mates in outbred laboratory mice, but the traits in social partners that mediate these effects remain largely unknown. Social effects are often attributed to behaviour, but prior findings of IGE on immune and metabolic phenotypes, for example, are difficult to explain from the behaviour only of social partners. Hence, motivating this thesis was the hypothesis that a diversity of traits of social partners may, a priori, underlie IGE.
Using phenome-wide data from two outbred mouse populations, I examined multiple behavioural, physiological, and morphological traits to identify cage mate phenotypes that are good proxies for the traits mediating IGE. To do so, I identified phenotypes that share a genetic basis with the phenotypes underlying IGE, through the estimation of DGE-IGE correlations.
I found significant DGE-IGE genetic correlations that suggest immune activation, stress-related traits, metabolic measures, and blood electrolyte levels underlie IGE. Thus, these results challenge the view that IGE are driven mainly by behaviour, instead they support a role for other traits in IGE and social effects, and offer a framework for formulating testable hypotheses about the biological mechanisms of IGE. The new approach that I developed, leveraging biobanks and DGE-IGE genetic correlations, and the software that I implemented to fit the corresponding DGE + IGE models, are applicable to other species and datasets and will help gain new insights into the genetic and social architecture of complex traits.Universitat Pompeu Fabra. Doctorat en Biomedicin
Novel molecular mechanisms involved in neuronal migration during cortical development
No full textPrograma de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut de Neurociències[eng] The cerebral cortex is an evolutionarily advanced brain structure that processes sensory, motor and cognitive information. Its complex organization reflects the differentiation patterns and cell migration that take place during embryogenesis. During embryonic development, newly formed neurons travel from their place of origin in the ventricular zone, where neuronal stem cells are located, to their final positions in the cortical plate, where they form synaptic connections with other neurons. This process is essential for establishing the laminar and functional organization of the cortex, and any alteration in it can have a significant impact in the proper function of the brain. Cortical migration relies on the delicate balance of intercellular adhesive and repulsive signaling that takes place between neurons interacting with different substrates and guidance cues. Here, we attempt to provide a comprehensive understanding of some novel molecular interactions of guidance receptors that act in early development to regulate cortical migration. For this purpose, we used well-established migration assays and microfluidic systems, as well as profiling experiments (transcriptomic and proteomic) and gain- and loss-of-function experiments to study the role of some synaptic proteins that act as guidance receptors at these early developmental stages. We also coupled structure-based protein engineering to in vivo gene editing and fluorescence shadow imaging to probe the importance of these interactions in cortical migration. First, we have defined the role of GPC3-Unc5 receptor complex in cell migration. The results demonstrate a conserved structural mechanism of cell guidance in different biological contexts. Second, we have described the impact of LRRTM4 and GPC4 on cortical migration by a contact repulsion-dependent mechanism. Moreover, by taking advantage of artificial intelligence systems we were able to predict the 3D structures and the interaction model. Third, we have shown how Teneurin directs neuronal migration switching between homophilic and Latrophilin binding. Our results showcase how a single receptor employs mutually exclusive structural mechanisms to finely tune neuronal migration. In summary, these findings can now lead to a better understanding of the molecular mechanisms controlling neural migration. Studying how cortex is formed and expanded during development can help to understand the pathophysiology of several neurological diseases associated with alterations in this process, such as schizophrenia, epilepsy, autism, and bipolar disorders.[cat] L'escorça cerebral és una estructura cerebral evolutivament avançada que processa informació motora, sensorial i cognitiva. La seva complexa organització reflecteix els patrons de diferenciació i migració cel·lular que tenen lloc durant l'embriogènesi. Durant el desenvolupament embrionari, les neurones viatgen des del seu lloc d'origen a la zona ventricular, on es troben les cèl·lules mare neuronals, fins a les seves posicions finals a la placa cortical, on formen connexions sinàptiques amb altres neurones. Aquest procés és fonamental per establir l'organització laminar i funcional de l'escorça, i qualsevol alteració del mateix pot tenir un impacte important en el bon funcionament del cervell. La migració cortical es basa en el delicat equilibri de la senyalització adhesiva i repulsiva intercel·lular que té lloc entre les neurones que interactuen amb diferents substrats. Aquí, intentem proporcionar una comprensió completa d'algunes noves interaccions moleculars dels receptors que actuen en el desenvolupament per regular la migració cortical. Amb aquesta finalitat, hem utilitzat assajos de migració i sistemes microfluídics ben establerts, així com experiments transcriptòmics, proteòmics i experiments de guany i pèrdua de funció per estudiar el paper d'algunes proteïnes sinàptiques que actuen com a receptors guia en aquestes primeres etapes de desenvolupament. També combinem l'enginyeria de proteïnes amb l'edició de gens in vivo i la imatge d'ombra de fluorescència per investigar la importància d'aquestes interaccions en la migració cortical. En primer lloc, hem definit el paper del complex GPC3-Unc5 en la migració cel·lular. Els resultats demostren que es tracta de un mecanisme estructural conservat en diferents contextos biològics. En segon lloc, hem mostrat com la teneurina dirigeix la migració neuronal canviant entre la unió homòfila i la unió amb la latrofilina. Els nostres resultats mostren com un únic receptor pot utilitzar mecanismes estructurals mútuament exclusius per regular la migració neuronal. En tercer lloc, hem descrit l'impacte de la interacció LRRTM4-GPC4 en la migració cortical mitjançant un mecanisme de repulsió. A més, aprofitant els sistemes d'intel·ligència artificial hem pogut predir les estructures 3D i el model d'interacció. En resum, aquests descobriments poden conduir a una millor comprensió dels mecanismes moleculars que controlen la migració neuronal. Estudiar com es forma i s'expandeix l'escorça durant el desenvolupament pot ajudar a entendre la fisiopatologia de diverses malalties neurològiques com l'esquizofrènia, l'epilèpsia, l'autisme i els trastorns bipolars
Determinación de la vacunación e inmunización en sujetos con enfermedad inflamatoria intestinal
No full textLa malaltia inflamatòria intestinal, que inclou la colitis ulcerosa i la malaltia de Crohn, és una patologia immunomediada gastrointestinal crònica. El tractament immunosupressor augmenta el risc d’infeccions prevenibles, però les cobertures vacunals són baixes. L’estudi va analitzar característiques, vacunació i immunització en pacients amb malaltia inflamatòria intestinal a Lleida i Catalunya mitjançant estudis transversals i longitudinals entre 2007 i 2021. A Catalunya, la prevalença va ser de 474 casos/100.000 habitants, amb ús precoç d’immunosupressors i augment d’infeccions com la grip o la pneumònia. A Lleida, cap vacuna va superar el 65% de cobertura, tot i que va millorar després d’una intervenció dirigida a professionals sanitaris. A Catalunya, només la immunització enfront del xarampió va assolir el 82%. Malgrat millores puntuals, la vacunació continua sent insuficient, especialment en pacients joves i amb colitis ulcerosa, destacant la necessitat d’estratègies específiques.La enfermedad inflamatoria intestinal, que incluye la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn, es una patología inmunomediada gastrointestinal crónica. El tratamiento inmunosupresor aumenta el riesgo de infecciones prevenibles, pero las coberturas vacunales son bajas. El estudio analizó las características, vacunación e inmunización de pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal en Lleida y Cataluña mediante estudios transversales y longitudinales entre 2007 y 2021. En Cataluña, la prevalencia fue de 474 casos por 100.000 habitantes, con un uso precoz de inmunosupresores y un aumento de infecciones como la gripe o la neumonía. En Lleida, ninguna vacuna superó el 65% de cobertura, aunque mejoró tras una intervención dirigida a profesionales sanitarios. En Cataluña, solo la inmunización frente al sarampión alcanzó el 82%. Pese a algunas mejoras, la vacunación sigue siendo insuficiente, especialmente en pacientes jóvenes y con colitis ulcerosa, lo que resalta la necesidad de estrategias específicas.Inflammatory bowel disease, which includes ulcerative colitis and Crohn’s disease, is a chronic immune-mediated gastrointestinal disorder. Immunosuppressive treatment increases the risk of preventable infections, yet vaccination coverage among patients remains suboptimal. This study analyzed the characteristics, vaccination, and immunization of patients with inflammatory bowel disease in Lleida and Catalonia through cross-sectional and longitudinal studies conducted between 2007 and 2021. In Catalonia, the prevalence was 474 cases per 100,000 inhabitants, with early initiation of immunosuppressive treatments and a rising prevalence of infections such as influenza and pneumonia. In Lleida, no vaccine achieved more than 65% coverage, although rates improved following an intervention targeting healthcare professionals. In Catalonia, only measles immunization reached 82%. Despite these improvements, vaccination uptake remains insufficient, particularly among young patients and those with ulcerative colitis, underscoring the need for targeted immunization strategies