Um estudo prévio demonstrou em pacientes com choque séptico a presença de exossomos plasmáticos. Nossa hipótese é que exossomos circulantes poderiam contribuir para a disfunção contrátil da sepse. Foi colhido sangue de 55 pacientes com choque séptico. A incubação de corações isolados com exossomos de pacientes sépticos reduziu significantemente as derivadas da pressão ventricular e aumentou as concentrações de nitrato no miocárdio. A exposição de músculos papilares a exossomos reduziu a tensão desenvolvida. Concluímos que exossomos de pacientes sépticos induzem disfunção inotrópica em corações isolados e músculos papilares, possivelmente contribuindo para a disfunção miocárdica da sepse. / A previous report identified in plasma of septic shock patients the presence of exosomes. We hypothesized that circulating exosomes in sepsis could contribute to inotropic dysfunction. We collected blood samples from 55 patients with septic shock. Incubation of isolated heart preparations with exosomes induced a significant decrease in the derivatives of ventricular pressure and increased myocardial nitrate content. Exposure of isolated rat papillary muscles to exosomes reduced developed tension. We conclude that exosomes from septic patients induce myocardial dysfunction in isolated heart and papillary muscle preparations. Thus, they may contribute to myocardial dysfunction of sepsis.

O rebanho ovino brasileiro tem se intensificado, o que predispõe à maior incidência de transtornos digestivos, como a úlcera de abomaso. A ranitidina é utilizada na prevenção e tratamento desta afecção, no entanto há pouca informação sobre a indicação parenteral deste fármaco para a espécie ovina. São escassas as informações a respeito das alterações metabólicas concomitantes, assim como do comportamento do sistema digestório. Nesse estudo foram utilizados cinco ovinos, machos, hígidos, providos de cânula ruminal e abomasal em delineamento experimental Quadrado Latino 5 x 5, com arranjo fatorial de tratamentos 2 x 2 + 1. Foram testadas as doses de 1mg/kg e 2mg/kg, administradas por via intravenosa, (IV) a cada 12 (BID) e a cada 8 horas (TID) em relação ao grupo controle, tratado com 1 mL de solução fisiológica por 25 kg, IV, BID. Maiores concentrações de proteína total, cálcio, sódio e hemoglobina, maiores atividades de AST e aumento do pH abomasal por 150 minutos foram observados em todos os animais que receberam o fármaco, independentemente de dose e frequência. No grupo tratado BID houve diminuição do número de leucócitos. Na frequência TID houve aumento das concentrações de creatinina e diminuição do cortisol plasmático. Os tratamentos 1 mg/kg TID e 2 mg/kg BID aumentaram o número de hemácias, diminuíram o intervalo entre as contrações reticulares e as concentrações séricas de pepsinogênio. Não foram observadas alterações na dinâmica dos fluidos, no pH ruminal, nas funções vitais e na amplitude das contrações reticulares. A radiografia contrastada foi útil para a avaliação da motilidade abomasal e intestinal. A ultrassonografia em modo-M revelou-se de grande valia na avaliação da amplitude e duração da curva de contração reticular e do intervalo entre as contrações. / The brazilian sheep production intensified, predisposing to increased incidence of digestive disorders such as abomasal ulcers. Ranitidine is used to prevent and treat this disease, however there is little information about the use of parenteral form of the drug in sheep. Data about the concomitant metabolic changes, as well as the behavior of the digestive system is scant. In this study, we used five healthy male sheep with ruminal and abomasal cannula. A Latin Square experiment 5 x 5 with 2 x 2 + 1factorial arrangement of treatments was run. Four levels of 1mg/kg and 2mg/kg administered intravenously (IV) every 12 (BID) and every 8 hours (TID) was compared to the control group, treated with 1 mL of saline per 25 kg, IV, BID. Higher concentrations of total protein, calcium, sodium and hemoglobin, increased AST activity and increased pH abomasum for 150 min were observed in all animals receiving the drug, regardless of dose and frequency. The BID treatment groups showed decrease the number of leukocytes. Increase of creatinine concentrations and decrease of plasma cortisol were observed in the TID group. Treatments 1 mg/kg TID and 2 mg/kg BID increased the number of red blood cells, decreased the interval between reticular contractions and serum pepsinogen. No changes were observed in fluid dynamics, the ruminal pH, vital functions and amplitude of reticular contractions. Contrast administered through abomasal cannula allowed the evaluation of abomasal and intestinal motility by radiography. The M-mode ultrasonography proved valuable in characterizing reticular contraction by the interval of contractions and a contraction curve correlating amplitude and time and.

O uso do plasma rico em plaquetas pode apresentar resultados favoráveis na reparação por se constituir em fonte natural de fatores de crescimento, que podem acelerar a reparação dos tecidos. A proposição desta pesquisa foi analisar os efeitos do plasma rico em plaquetas no processo de reparação tecidual. Foram realizadas feridas dérmicas padronizadas, com a utilização de punch, para excisão do fragmento de pele, com 5mm de diâmetro e 2mm de profundidade, no dorso de 48 ratos. Destes, 40 foram utilizados para análise microscópica e 8 ratos para análise macroscópica. Os animais foram divididos em dois grupos, conforme o tratamento realizado: em um grupo (teste), as feridas foram tratadas com plasma rico em plaquetas e em outro (controle), foi utilizado soro fisiológico. Além disso, utilizamos 5 ratos para a determinação do número de plaquetas presentes no plasma rico em plaquetas. Estas análises foram realizadas no analisador automático de células sangüíneas ABC Vet (ABX DIAGNOSTICS). Dos 40 ratos utilizados para análise microscópica, 5 ratos (grupo teste) e 5 ratos (grupo controle) foram sacrificados nos períodos de 24 horas, 3 dias, 7 dias e 14 dias. Nos 8 ratos utilizados para análise macroscópica, sendo 4 ratos (grupo teste) e 4 ratos (grupo controle), as feridas foram fotografadas nos períodos baseline, 24 horas, 3 dias, 7 dias e 14 dias e as imagens foram analisadas por software de morfometria (ImageLab2000®). Os espécimes foram processados para análises macroscópica e microscópica. As análises histomorfológica e histomorfométrica mostraram que a reparação das feridas evolui de forma similar em ambos os grupos. Os resultados desta pesquisa sugeriram que embora não ofereçam efeitos tóxicos ou prejudicial sobre os tecidos moles, o PRP não favorece a reparação de feridas dérmicas, em ratos. / The employ of platelet-rich plasma can present favorable outcomes in healing to consist of natural source of growth factors for acceleration tissue healing. The purpose of this research was to analyze the effects of platelet-rich plasma on tissue healing. Standard dermical wounds were made with a punch to excise a skin fragment with 5 millimeters diameter and 2 milliners depth, in the back of 48 rats. Of these, 40 had been used for microscopical analysis and 8 rats for macroscopic analysis. The animals had been divided in two groups according to treatment: in a group (test), the wounds had been dealt with platelet-rich plasma and in another one (control), saline was used. Also, we use 5 rats for the determination of the number of platelets present in the platelet-rich plasma. These analyses had been carried through in the automatic analyzer of sanguine cells ABC Vet (ABX DIAGNOSTICS). Of the 40 rats used for microscopical analysis, 5 rats (group test) and 5 rats (group control) ware sacrificed in the 24 hours, 3 days, 7 days and 14 days. In the 8 rats used for macroscopic analysis, being 4 rats (group test) and 4 rats (group control), the wounds had been photographed in the baseline , 24 hours, 3 days, 7 days and 14days and the images had been analyzed by morphometry software (ImageLab2000®). The specimens had been processed for macroscopic and microscopic analysis. All the data had been submitted to a quantitative analysis and the date got by the software had been also submitted to statistic analysis. The results of this research had suggested that, even so do not produce toxic or harmful effect, the PRP does not act on the dermal wound healing in rats.

No intuito de avaliar o papel do receptor b2-adrenérgico no processo de regeneração muscular, os músculos tibialis anterior de camundongos knockout para o adrenoceptor b2 (b2KO) foram criolesados e analisados após 1, 3, 10 e 21 dias. Análises de aspectos morfológicos e contráteis, atuação de macrófagos M1 e M2, conteúdo de AMPc e ativação de elementos da via de sinalização TGF-b/smad foram realizadas. Os músculos em regeneração dos animais b2KO apresentaram redução do calibre das fibras musculares, redução na função contrátil em 10 dias após criolesão, atenuado aumento do conteúdo de AMPc nos músculos em 10 dias após criolesão, aumento da inflamação e do número de macrófagos nos músculos em regeneração em 3 e 10 dias após lesão, predominância de macrófagos M1, diminuição da ativação de TbR-I e smad2/3 e da expressão de smad4 em 3 dias após lesão, e aumento na expressão de akirina1 em 10 dias após lesão. Nossos resultados sugerem que o adrenoceptor b2 contribui para a regulação das fases iniciais da regeneração muscular. / In this study, we investigated the role of the b2-adrenoceptor in skeletal muscle regeneration. Tibialis anterior muscles from b2-adrenoceptor knockout (b2KO) mice were cryolesioned and analysed after 1, 3, 10, and 21 days. Analysis of structural and contractile aspects, M1 and M2 macrophage profile, cAMP content, and activation of TGF-b/smad signalling elements. Regenerating muscles from b2KO mice showed diminished calibre of regenerating myofibres, decreased muscle contractile function at 10 days when compared with those from wild-type, attenuated augment in cAMP content in muscles at 10 days post-injury, increase in inflammatory process and in the number of macrophages at 3 and 10 days, prevalence of M1 macrophage phenotype, reduction in TbR-I and smad2/3 activation, and in the smad4 expression at 3 days, and an increase in akirin1 expression at 10 days in muscles from b2KO mice when compared to those from wild-type. Our data suggest that the b2-adrenoceptor contributes to the control of the initial stages of muscle regeneration.

Avaliou-se os efeitos da utilização de um comando verbal detalhado (CVD) e um simplificado (CVS) sobre a força muscular e a flexibilidade em 31 alunos dos cursos de Fisioterapia e de Terapia Ocupacional. O Grupo A submeteu-se a um programa de alongamento muscular com CVD, e o Grupo B, com CVS. Mensurou-se a força muscular por meio da miometria e avaliou-se a flexibilidade e a postura, associando esta com categorias de encurtamentos musculares pré definidas. Observou-se mudanças no contorno de todas as curvaturas e da cadeia posterior no Grupo A e na curvatura cervical e diminuição do ângulo de flexão do quadril no Grupo B. Não houve significância estatística nas demais variáveis estudadas / The use effects of a comprehensive (CVC) and a simplified verbal command (SVC) in 31 physical Therapy and Occupational Therapy students were evaluated. A Group was submitted to a stretching muscle program with CVC, and B Group, With SVC. The muscle strength was measured by myometry and flexibility and posture were evaluated, associating posture with pre defined muscle shortening categories. Changes were found in every spinal curve outline and posterior muscle chain in A Group and in cervical curve outline and decrease of the hip flexion angle in B Group. There was no statistic significance in the other analyzed variables

Orientador: José Ricardo de Arruda MIranda / Resumo: A contração uterina é um processo fisiológico espontâneo com impacto direto no ciclo menstrual/estral e na gestação. Disfunções na atividade uterina estão relacionadas com infertilidade, abortos e partos prematuros, sendo este último a maior causa de mortalidade e morbidade infantil no mundo. Sendo assim, se faz necessário o desenvolvimento de metodologias in vivo para monitorar o processo mecânico uterino. O objetivo deste trabalho foi aplicar a técnica de Biosusceptometria de Corrente Alternada para avaliação in vivo da atividade mecânica uterina em ratas prenhes. Foram utilizadas 40 ratas fêmeas Wistar prenhes com idade entre 10 e 15 semanas e com peso médio de 250 g. Através da Biosusceptometria de Corrente Alternada, 18 animais foram utilizados para avaliação da contratilidade uterina durante a prenhez e 8 foram usadas para avaliação da atividade uterina frente à ação da ocitocina. Na primeira etapa foi realizada uma cirurgia de fixação do marcador magnético em três posições da serosa uterina: próximo ao ovário; na região média entre o ovário e a cérvice; e próximo à cérvice. A atividade uterina foi monitorada nos dias 0, 7, 14, 20 e 21 de prenhez para cada posição do marcador. Na segunda etapa, foi realizado o implante do marcador magnético somente próximo à cérvice, e a atividade foi avaliada antes e depois da administração de ocitocina no dia 20 de prenhez. Os resultados obtidos foram perfis de contração para cada situação proposta, os quais apresentaram contrações ba... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Uterine contraction is a spontaneous physiologic process with direct impact on menstrual/estrous cycle and pregnancy. Uterine activity dysfunction are related with infertility, abortion and premature birth, in which the last is the major cause of childish mortality and morbidity in the world. Therefore, in vivo methods to assess the mechanical process of the uterus under real physiologic condition remains necessary to be developed. The aim of this study was to apply Alternate Current Biosusceptometry to assess in vivo mechanical uterine activity of pregnant rats. Forty Wistar female pregnant rats with 10 to 15 weeks age and weighing 250 g were used. Through Alternate Current Biosusceptometry, 30 animals were used for uterine contraction analysis during pregnancy and 10 were used to evaluate uterine contractility due to oxytocin action. On the first part, an implant surgery was performed to fix the magnetic marker on uterus serous at three different position: near ovary; middle distance between ovary and cervix, and near cervix. Uterine peristalsis were measured at days 0, 7, 14, 20 and 21 of pregnancy. On the second part, magnetic marker was implanted only on near cervix and uterine activity was evaluated before and after the oxytocin administration on day 20 of pregnancy. Contraction profiles were obtained as results to each proposed analysis, in which presented high frequency and low frequency basal contraction and intense contractions. During pregnancy evolution, was obser... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O complexo troponina-tropomiosina regula a contração muscular esquelética e cardíaca. A ligação do cálcio nos sítios regulatórios localizados no domínio N-terminal da troponina C (TnC) induz uma mudança conformacional que remove a ação inibitória da troponina I (TnI) e inicia a contração muscular. Nós usamos fragmentos recombinantes da TnI e uma série de mutantes da TnC para estudar as interações estruturais e regulatórias das diferentes regiões da TnI com os domínios da TnC, TnT e actina-tropomiosina. Nossos resultados indicam que a TnI é organizada em regiões que apresentam funções estruturais e regulatórias e que se ligam de modo antiparalelo com os correspondentes domínios estruturais e regulatórios da TnC. Estudos funcionais mostram que a região inibitória (aminoácidos 103-116) em combinação com a região C-terminal da TnI (TnI103-182) pode regular a atividade ATPásica da acto-miosina de maneira dependente de Ca2+. A regulação não é observada com a região inibitória em combinação com a região N-terminal (TnI116) Estudos de ligação mostram que a região N-terminal da TnI (TnI1-98) interage com o domínio C-terminal da TnC na presença e na ausência de Ca2+ e também interage com a TnT. A região inibitória/C-terminal da TnI (TnI103-182) interage com o domínio N-terminal da TnC de maneira dependente de Ca2+. Baseados nestes resultados, propomos um modelo para a mudança conformacional induzida pelo Ca2+. Neste modelo, a região N-terminal da TnI está ligada fortemente com o domínio C-terminal da TnC na presença ou na ausência de Ca2+. As regiões inibitórias e C-terminal da TnI ligam-se à actina-tropomiosina na ausência de Ca2+ e nos domínios N-terminal e C-terminal da TnC na presença de Ca2+. / The troponin-tropomyosin complex regulates skeletal and cardiac muscle contraction. Calcium binding to the regulatory sites in the N-terminal domain of troponin C (TnC). induces a conformational change which removes the inhibitory action of troponin I (TnI) and initiates muscular contraction. We used recombinant TnI fragments and a series of TnC mutants to study the structural and regulatory interactions between different TnI regions and the domains of TnC, TnT and actin-tropomyosin. Our results indicate that TnI is organized into regions with distinct structural and regulatory functions which bind, in an antiparallel manner, with the corresponding structural and regulatory domains of TnC. Functional studies show that a fragment containing the inhibitory and C-terminal regions of TnI (TnIl03-182) can regulate the actomyosin ATPase in a Ca2+- dependent manner. Regulation was not observed with a fragment containing the N-terminal and inhibitory regions (TnIl-116). Binding studies show that the N-terminal region of TnI (TnI1-98) interacts with the C-terminal domain of TnC in the presence of Ca2+ or Mg2+. The inhibitory/C-terminal region of TnI (TnI103-182) binds to the N-terminal domain of TnC in a Ca2+-dependent manner. Based on these results, we propose a model for the Ca2+ -induced conformational change. In this model the N-terminal region of TnI is bound strongly to the C-terminal domain of TnC in the presence or absence of Ca2+. The inhibitory and C-terminal regions of TnI bind to actin-tropomyosin in the absence of Ca2+ and to tne N- and C-terminal domains of TnC in the presence of Ca2+.

Introdução: O uso de matrizes dérmicas é uma opção no tratamento de vários tipos de sequelas de queimaduras. O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar a contração tardia dos enxertos de pele de espessura parcial autólogos utilizados para o tratamento de sequelas de queimaduras associado com as matrizes dérmicas Integra®, Matriderm® e Pelnac®. Métodos: Este é um ensaio clínico prospectivo, randomizado e controlado, e foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da instituição. O estudo comparou a contração da área do enxerto de pele de espessura parcial autólogo associado ou não com a matriz dérmica após 1, 3, 6 e 12 meses da cirurgia para tratamento de sequelas de queimaduras em pacientes da Unidade de Queimados de um hospital universitário. Os critérios de inclusão foram pacientes acima de 18 anos de idade, com uma ou mais sequelas de queimadura causando prejuízo funcional, com seguimento pós-queimadura de no mínimo 1 ano, e com indicação de tratamento cirúrgico usando enxerto de pele de espessura parcial. Os critérios de exclusão foram a perda do seguimento clínico, perda da matriz dérmica e falha na integração de mais de 10% do enxerto de pele parcial. As sequelas dos pacientes foram submetidas a randomização permutada em bloco por sorteio (de acordo com as normas do CONSORT) para um de quatro grupos: Grupo Integra® (n=10), Grupo Pelnac® (n=10), Grupo Matriderm® (n=9), e Grupo Controle (n=10), cujo tratamento envolveu apenas o enxerto de pele sem uso de matriz dérmica. Utilizamos este tipo de randomização para garantir um número balanceado de participantes nos diferentes grupos. As cirurgias foram realizadas pelo mesmo cirurgião e consistiu na ressecção da sequela da queimadura, gerando um defeito de cobertura cutânea. As cirurgias foram em dois tempos para os grupos Integra® e Pelnac® (primeiro a ressecção da sequela e colocação da matriz dérmica, e 21 dias depois remoção da lâmina de silicone e aplicação do enxerto de pele de espessura parcial autólogo sobre a matriz), ou em tempo único para os grupos Matriderm® e Controle (ressecção da sequela, colocação da matriz e do enxerto de pele de espessura parcial, ou apenas do enxerto de pele de espessura parcial). A obtenção dos enxertos de pele foi realizada por meio de dermátomo elétrico com regulagem de 0,2mm de espessura em todos os grupos. No intraoperatório, o contorno do defeito tridimensional (que corresponde ao contorno da matriz ou do enxerto de pele) foi marcado com azul de metileno e transferido para um anteparo maleável estéril de superfície plana, sempre em posição de extensão máxima para membros e pescoço. A obtenção das medidas no pós-operatório foi realizada da mesma forma com 1, 3, 6 e 12 meses. Essas medidas foram posteriormente transferidas para uma folha de papel com escala de centímetros, e submetidas a fotografias com máquina fotográfica com plano focal paralelo ao da folha de papel e com distância fixa de 40 cm. O cálculo das dimensões foi realizado por meio do software de planimetria digital \"Image J\" e comparados entre os grupos. Dessa forma, foi possível calcular a porcentagem de contração do enxerto de pele de espessura parcial em relação ao defeito original. A análise estatística foi realizada pelo software SAS® 9.2 utilizando o modelo de regressão linear com efeitos mistos (efeitos aleatórios e fixos), e o nível designificância adotado foi 5%. Resultados: Foram operadas 39 sequelas de queimaduras em 30 pacientes, sendo 19 do sexo masculino e 21 do sexo feminino. Após 12 meses, os resultados mostraram que o Grupo Controle apresentou menores taxas de contração do enxerto comparado aos grupos das matrizes dérmicas Integra® (p<0,01), Matriderm® (p=0,01), e Pelnac® (p<0,01); o Grupo Pelnac® mostrou uma contração do enxerto de pele estatisticamente maior comparado ao Grupo Matriderm® (p<0,01) e ao Grupo Integra® (p=0,02); a contração do enxerto de pele do Grupo Integra® não apresentou diferença significativa comparado ao Grupo Matriderm® (p=0,16). A contração variou bastante entre as diversas áreas do corpo, e a região cervical apresentou uma elevada taxa de contração em todos os grupos, sendo estatisticamente maior comparado com as outras regiões do corpo (p<0,01). Conclusão: No tratamento de sequelas de queimaduras, a contração tardia dos enxertos de pele de espessura parcial foi maior quando associados com matrizes dérmicas, em comparação ao enxerto de pele sem uso de matriz. A contração dos enxertos teve grande variabilidade de acordo com o local da sequela, sendo que a região cervical apresentou os maiores índices de contração. / Purpose: The use of dermal matrices is an option in the treatment of burn sequelae. The objective of this study was to evaluate and compare the contraction of autologous split-thickness skin grafts used for the treatment of burn sequelae associated with dermal matrices. Methods: This is a prospective, randomized, controlled clinical trial, comparing the contraction of the autologous split-thickness skin graft associated or not with dermal matrix after 1, 3, 6 and 12 months postoperatively for the treatment of burn sequelae. Patients were selected from the Burns Unit of an university hospital, and our Institutional Review Board approved this study. Inclusion criteria were patients with one or more burn sequelae causing functional impairment, with post-burn follow-up of at least one year, and with an indication of surgical treatment using split-thickness skin graft. Exclusion criteria were the loss of follow-up, loss of the dermal matrix, and failure to integrate more than 10% of the split-thickness skin graft. Patients\' sequelae were randomly assigned to a randomized block design (according to the CONSORT standards) for one of four groups: Integra® Group (n = 10), Pelnac® Group (n = 10), Matriderm® Group (n = 9), and Control Group (n = 10), whose treatment involved only the skin graft without dermal matrix. Surgeries were performed by the same surgeon and consisted of resection of the burn sequelae, leading to a tegument defect. Surgeries were performed in two stages for the Integra® and Pelnac® groups (first resection of the sequela and placement of the dermal matrix, and 21 days later removal of the silicon sheet and application of the skin graft on the matrix), or in single stage for the Matriderm® and Control groups (resection of the sequelae, placement of the matrix and skin graft, or only the skin graft). The skin grafts were obtained using an electric dermatome with the regulation of 0.2 mm thickness in all groups. During the surgery, the contour of the three-dimensional defect (corresponding to the contour of the matrix or the skin graft) was marked with methylene blue and transferred to a sterile, flat surface, always in the position of maximum extension for limbs and neck. This procedure was also performed after 1, 3, 6 and 12 months postoperatively. Then, it was transferred to a sheet of paper with a centimeters scale and submitted to pictures using a camera with a fixed distance of 40 cm. The measures of the dimensions were carried out using the digital planimetry software \"Image J\" and compared among the four groups. Thus, we calculate the percentage of contraction of the split-thickness skin graft comparing it to the original defect. Statistical analysis was carried out using the linear regression model with mixed effects (random and fixed effects), and the significance level adopted was 5%. Results: Thirty-nine burn sequels were performed in 30 patients, 19 male and 21 female. Twelve months postoperatively, the results showed that the Control Group presented lower rates of skin graft contraction compared to the Integra® (p < 0.01), Matriderm® (p = 0.01) and Pelnac® (p < 0.01); the Pelnac Group showed a statistically larger contraction of the skin graft compared to the Matriderm® Group (p < 0.01) and the Integra® Group (p = 0.02); the contraction of the skin grafts from the Integra® Group did not present a significant difference compared to the Matriderm® Group (p = 0.16). The contraction varied widely among the treated areas, and the cervical region showed a high rate of contraction in allgroups, being statistically higher compared to the other body regions (p < 0.01). Conclusion: In the treatment of burn sequelae, the late contraction of split-thickness skin grafts was greater when associated with dermal matrices, in comparison to the skin graft without dermal matrix. The contraction of the skin grafts had great variability according to the location of the sequelae, and the cervical region had the highest rates of contraction.

"A quantitative understanding of the complex interactions between cells, soluble factors, and the biological and mechanical properties of biomaterials is required to guide cell remodeling towards regeneration of healthy tissue rather than fibrocontractive tissue. The goal of this thesis was to elucidate the interactions between the boundary stiffness of three-dimensional (3D) matrix and soluble factors on valvular interstitial cell (VIC) phenotype with a quantitative approach. The first part of the work presented in this thesis was to characterize the combined effects of boundary stiffness and transforming growth factor-β1 (TGF-β1) on cell-generated forces and collagen accumulation. We first generated a quantitative map of cell-generated tension in response to these factors by culturing VICs within micro-scale fibrin gels between compliant posts (0.15-1.05 nN/nm) in chemically-defined media with TGF-β1 (0-5 ng/mL). The VICs generated 100 to 3000 nN/cell after one week of culture, and multiple regression modeling demonstrated, for the first time, quantitative interaction (synergy) between these factors in a 3D culture system. We then isolated passive and active components of tension within the micro-tissues and found that cells cultured with high levels of stiffness and TGF-β1 expressed myofibroblast markers and generated substantial residual tension in the matrix yet, surprisingly, were not able to generate additional tension in response to membrane depolarization signifying a state of continual maximal contraction. In contrast, negligible residual tension was stored in the low stiffness and TGF-β1 groups indicating a lower potential for shrinkage upon release. We then studied if ECM could be generated under the low tension environment and found that TGF-β1, but not EGF, increased de novo collagen accumulation in both low and high tension environments roughly equally. Combined, these findings suggest that isometric cell force, passive retraction, and collagen production can be tuned by independently altering boundary stiffness and TGF-β1 concentration. In the second part, by using the quantitative information obtained from the first part, we investigated the effects of dynamic changes in stiffness on cell phenotype in a 3D protein matrix, quantitatively. Our novel method utilizing magnetic force to constrain the motion of one of two flexible posts between which VIC-populated micro-tissues were cultured effectively doubled the boundary stiffness and resulted in a significant increase in cell-generated forces. When the magnetic force was removed, the effective boundary stiffness was halved and the tissue tension dropped to 65-87% of the peak value. Surprisingly, following release the cell-generated forces continued to increase for the next two days rather than reducing down to the homeostatic tension level of the control group with identical (but constant) boundary stiffness. The rapid release of tension with the return to baseline boundary stiffness did not result in a decrease in number of cells with α-SMA positive stress fibers or an increase in apoptosis. When samples were entirely released from the boundaries and cultured free floating (where tension is minimal but cannot be measured), the proportion of apoptotic cells in middle region of the micro-tissues increased more than five-fold to 31%. Together, these data indicate that modest temporary changes in boundary stiffness can have lasting effects on myofibroblast activation and persistence in 3D matrices, and that a large decrease in the ability of the cells to generate tension is required to trigger de-differentiation and apoptosis. "

A number of studies have investigated the relationship between surface electromyogram (EMG) and torque exerted about a joint. The standard deviation of the recorded EMG signal is defined as the EMG amplitude. The EMG amplitude estimation technique varies with the study from conventional type of processing (i.e. rectification followed by low pass filtering) to further addition of different noise rejection and signal-to-noise ratio improvement stages. Advanced EMG amplitude processors developed recently that incorporate signal whitening and multiple-channel combination have been shown to significantly improve amplitude estimation. The main contribution of this research is a comparison of the performance of EMG-torque estimators with and without these advanced EMG amplitude processors. The experimental data are taken from fifteen subjects that produced constant-posture, non-fatiguing, force-varying contractions about the elbow while torque and biceps/triceps EMG were recorded. Utilizing system identification techniques, EMG amplitude was related to torque through a zeros-only (finite impulse response, FIR) model. The incorporation of whitening and multiple-channel combination separately reduced EMG-torque errors and their combination provided a cumulative improvement. A 15th-order linear FIR model provided an average estimation error of 6% of maximum voluntary contraction (or 90% of variance accounted for) when EMG amplitudes were obtained using a four-channel, whitened processor. The equivalent single-channel, unwhitened (conventional) processor produced an average error of 8% of maximum voluntary contraction (variance accounted for of 68%). This study also describes the occurrence of spurious peaks in estimated torque when the torque model is created from data with a sampling rate well above the bandwidth of the torque. This problem is anticipated when the torque data are sampled at the same rate as the EMG data. The problem is resolved by decimating the EMG amplitude prior to relating it to joint torque, in this case to an effective sampling rate of 40.96 Hz.