Resumo não disponível.

O câncer é a primeira causa de mortes por doença, após 1 ano de idade, até o final da adolescência, excetuando aquelas relacionadas aos acidentes e à violência. A Leucemia Linfoide Aguda (LLA) afeta células linfoides e agrava-se rapidamente. São os tumores mais frequentes na infância e representam um terço de todas as neoplasias malignas nesta faixa etária. Em média, a taxa de cura excede 70%, todavia, apesar dos avanços das últimas décadas, os índices de crianças que apresentam recidiva da doença continua significativo. Danos endógenos ao DNA ocorrem numa frequência altíssima, além dos danos causados por terapias antitumorais. Alteração no reparo ao dano do DNA pode induzir mecanismos de resistência ao tratamento quimioterápico, resultando em aumento do reparo de lesões do DNA. Reparo por Excisão de Nucleotídeos (NER) é a via de reparo de DNA mais versátil e flexível nas células. Seus componentes estão sendo estudados como biomarcadores de prognóstico e terapias-alvo. No entanto, alguns relatórios têm abordado danos de DNA em Leucemia Linfoide Aguda (LLA) pediátrica. Neste estudo, realizamos um estudo de acompanhamento observacional em pacientes pediátricos para avaliar os danos do DNA pelo Ensaio Cometa Alcalino e expressão gênica da via de NER durante a indução da quimioterapia. Amostras de medula óssea (MO) ao diagnóstico, dia 15 (D15) e 30 (D30) do tratamento foram coletadas de 28 pacientes com LLA. Não houve aumento no índice de dano. No entanto, houve uma redução de células com baixo danos na comparação do D35 com o diagnóstico. Este resultado se confirmou em pacientes que apresentaram doença residual mínima positiva. A via de NER permaneceu constante, no entanto, em um único paciente, foi observada uma diminuição significativa da expressão dos genes, talvez devido ao silenciamento ou a regulação negativa das vias de reparo. Níveis de danos e reparação do DNA podem influenciar o resultado clínico, estar envolvidos na resistência aos fármacos e potencializar o risco de recidiva. Este é o primeiro estudo que avalia o dano ao DNA em amostras de MO de pacientes pediátricos com LLA. Apesar do pequeno número de pacientes alocados para o estudo, a partir dos achados é possível concluir que complexos de reparo merecem ser investigados a curto e a longo prazo. Acompanhamento dos resultados do paciente vai ajudar a elucidar a implicação dos nossos achados em taxas de cura e de recidiva. / Cancer is the leading cause of death by disease after 1 year old until the end of adolescence, except those related to accidents and violence. Acute Lymphoid Leukemia (ALL) affects lymphoid cells and worsens quickly. They are the most frequent tumors in childhood and account for a third of all malignancies in this age group. On average, the cure rate exceeds 70%, however, despite the progress of recent decades, rates of children with disease recurrence remains significant. Endogenous DNA damage occurs at a very high frequency, in addition to the damage caused by anti-tumor therapies. Change in the repair of DNA damage can induce resistance mechanisms to chemotherapy, resulting in increased repair of DNA lesions. Nucleotide Excision Repair (NER) pathway is the more versatile and flexible DNA repair in cells. Its components are being studied as prognostic biomarkers and targeted therapies. However, there are some reports of DNA damage in pediatric Acute Lymphoid Leukemia (ALL). In this study, we conducted an observational follow-up study in pediatric patients to assess DNA damage by alkaline comet assay and gene expression of NER pathway during induction chemotherapy. Bone marrow (BM) samples at diagnosis, 15th (D15) and 30th (D30) of treatment were collected from 28 patients with ALL. There was no increase in damage index. However, there was a reduction of cells with low damage in comparison to the D35 diagnosis. This result was confirmed in patients with positive minimal residual disease. The NER pathway remained constant, however, in one patient, a significant decrease of gene expression was observed perhaps due to the silencing or down-regulation of repair pathways. Damage levels and DNA repair can influence the clinical result and may be involved in drug resistance and enhance the risk of recurrence. This is the first study to assess DNA damage in BM samples of pediatric patients with ALL. Despite the small number of patients allocated to the study, from the findings we conclude that repair complex deserves to be investigated in the short and long term. Monitoring patient’s outcomes will help to access the implication of our findings in cure and relapse rates.

Resumo não disponível.

O câncer é a primeira causa de mortes por doença, após 1 ano de idade, até o final da adolescência, excetuando aquelas relacionadas aos acidentes e à violência. A Leucemia Linfoide Aguda (LLA) afeta células linfoides e agrava-se rapidamente. São os tumores mais frequentes na infância e representam um terço de todas as neoplasias malignas nesta faixa etária. Em média, a taxa de cura excede 70%, todavia, apesar dos avanços das últimas décadas, os índices de crianças que apresentam recidiva da doença continua significativo. Danos endógenos ao DNA ocorrem numa frequência altíssima, além dos danos causados por terapias antitumorais. Alteração no reparo ao dano do DNA pode induzir mecanismos de resistência ao tratamento quimioterápico, resultando em aumento do reparo de lesões do DNA. Reparo por Excisão de Nucleotídeos (NER) é a via de reparo de DNA mais versátil e flexível nas células. Seus componentes estão sendo estudados como biomarcadores de prognóstico e terapias-alvo. No entanto, alguns relatórios têm abordado danos de DNA em Leucemia Linfoide Aguda (LLA) pediátrica. Neste estudo, realizamos um estudo de acompanhamento observacional em pacientes pediátricos para avaliar os danos do DNA pelo Ensaio Cometa Alcalino e expressão gênica da via de NER durante a indução da quimioterapia. Amostras de medula óssea (MO) ao diagnóstico, dia 15 (D15) e 30 (D30) do tratamento foram coletadas de 28 pacientes com LLA. Não houve aumento no índice de dano. No entanto, houve uma redução de células com baixo danos na comparação do D35 com o diagnóstico. Este resultado se confirmou em pacientes que apresentaram doença residual mínima positiva. A via de NER permaneceu constante, no entanto, em um único paciente, foi observada uma diminuição significativa da expressão dos genes, talvez devido ao silenciamento ou a regulação negativa das vias de reparo. Níveis de danos e reparação do DNA podem influenciar o resultado clínico, estar envolvidos na resistência aos fármacos e potencializar o risco de recidiva. Este é o primeiro estudo que avalia o dano ao DNA em amostras de MO de pacientes pediátricos com LLA. Apesar do pequeno número de pacientes alocados para o estudo, a partir dos achados é possível concluir que complexos de reparo merecem ser investigados a curto e a longo prazo. Acompanhamento dos resultados do paciente vai ajudar a elucidar a implicação dos nossos achados em taxas de cura e de recidiva. / Cancer is the leading cause of death by disease after 1 year old until the end of adolescence, except those related to accidents and violence. Acute Lymphoid Leukemia (ALL) affects lymphoid cells and worsens quickly. They are the most frequent tumors in childhood and account for a third of all malignancies in this age group. On average, the cure rate exceeds 70%, however, despite the progress of recent decades, rates of children with disease recurrence remains significant. Endogenous DNA damage occurs at a very high frequency, in addition to the damage caused by anti-tumor therapies. Change in the repair of DNA damage can induce resistance mechanisms to chemotherapy, resulting in increased repair of DNA lesions. Nucleotide Excision Repair (NER) pathway is the more versatile and flexible DNA repair in cells. Its components are being studied as prognostic biomarkers and targeted therapies. However, there are some reports of DNA damage in pediatric Acute Lymphoid Leukemia (ALL). In this study, we conducted an observational follow-up study in pediatric patients to assess DNA damage by alkaline comet assay and gene expression of NER pathway during induction chemotherapy. Bone marrow (BM) samples at diagnosis, 15th (D15) and 30th (D30) of treatment were collected from 28 patients with ALL. There was no increase in damage index. However, there was a reduction of cells with low damage in comparison to the D35 diagnosis. This result was confirmed in patients with positive minimal residual disease. The NER pathway remained constant, however, in one patient, a significant decrease of gene expression was observed perhaps due to the silencing or down-regulation of repair pathways. Damage levels and DNA repair can influence the clinical result and may be involved in drug resistance and enhance the risk of recurrence. This is the first study to assess DNA damage in BM samples of pediatric patients with ALL. Despite the small number of patients allocated to the study, from the findings we conclude that repair complex deserves to be investigated in the short and long term. Monitoring patient’s outcomes will help to access the implication of our findings in cure and relapse rates.

Introduction: The Central Nervous System (CNS) is an important site of relapse in patients with Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL), despite increasing cure rates in the last four decades in young patients. The presence of leukemic blasts in the Cerebrospinal Fluid (CSF) presents prognostic implication and therefore defines changes in the therapeutic protocol, which is why it requires diagnostic accuracy. The emergence of new techniques for identifying CSF leukemia blasts, such as flow cytometry and molecular methods, which are more costly and not uniformly accessible for clinical use, have led to the need to reassess the role of conventional cytology as diagnostic tool. Objectives: To identify the proportion of CSF samples positive for blasts in children and adolescents with ALL, using a standardized cytology technique and with standardization of variables related to the process that could interfere with the result. DESIGN: Prospective, descriptive, uncontrolled study in which samples of CSF obtained by lumbar puncture of patients with ALL that were starting treatment were examined. CSF samples were sent to the laboratory shortly after collection, being processed and cytocentrifugated in cytofunyl in up to four hours after collection. Four slides were prepared, stained and analyzed by a pathologist and a hematologist. RESULTS: Twenty-eight patients with ALL were evaluated, with predominance of male (58.6%), immunophenotype B (82.2%) and 78.5% were stratified as high risk for relapse. Of the 205 CSF samples evaluated, 26 (12.6%) were positive for blasts and among 28 patients, 11 (39.2%) had CSF with neoplastic infiltration. Comparing the groups with and without CNS infiltration, no statistically significant difference was observed for the variables analyzed. CONCLUSIONS: Conventional cytology was effective in the identification of CNS infiltration by blasts, provided there is a vigilance of factors related to collection, processing and analysis of CSF that may interfere in the reliability of the result. / Introdução: O Sistema Nervoso Central (SNC) é importante sítio de recaída em pacientes com Leucemia Linfoblástica Aguda (LLA), apesar das crescentes taxas de cura nas últimas quatro décadas em pacientes jovens. A presença de blastos leucêmicos no Líquido Cefalorraquiano (LCR) apresenta implicação prognóstica e, portanto, define mudanças no protocolo terapêutico, razão pela qual requer acurácia diagnóstica. O surgimento de novas técnicas de identificação de blastos leucêmicos no LCR, como a citometria de fluxo e os métodos moleculares, que têm custo mais elevado e não estão uniformemente acessíveis para uso clínico, trouxe a necessidade de reavaliar-se o papel da citologia convencional como instrumento diagnóstico. Objetivos: Identificar a proporção de exames de LCR positivos para blastos em crianças e adolescentes com LLA, utilizando-se de técnica de citologia padronizada e com padronização de variáveis relacionadas ao processo que pudessem interferir no resultado. Delineamento: Estudo prospectivo, descritivo, não controlado, no qual foram examinadas amostras de LCR obtidas por punção lombar de pacientes com LLA que estavam iniciando o tratamento. As amostras de LCR foram encaminhadas ao laboratório logo após a coleta, sendo processadas e citocentrifugadas em citofunil em até no máximo quatro horas após a coleta. Quatro lâminas foram preparadas, coradas e analisadas por um patologista e um hematologista. Resultados: Foram avaliados 28 pacientes com LLA, havendo predomínio do sexo masculino (58,6%), imunofenótipo B (82,2%) e 78,5% foram estratificados como de alto risco para recaída. Dentre as 205 amostras de LCR avaliadas, 26 (12,6%) foram positivas para blastos e dentre os 28 pacientes, 11 (39,2%) obtiveram algum exame de LCR com infiltração neoplásica. Comparando-se os grupos com e sem infiltração de SNC, não se observou diferença estatisticamente significante para as variáveis analisadas. Conclusão: Citologia convencional foi efetiva na identificação de infiltração de SNC por blastos leucêmicos, desde que haja vigilância dos fatores relacionados a coleta, processamento e análise do LCR que possam interferir na fidedignidade do resultado. / Aracaju, SE

Orientador: José Andres Yunes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:50:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jotta_PatriciaYoshioka_D.pdf: 8922035 bytes, checksum: 3734371a320410ba431d6e6ce6579e55 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A leucemia linfóide aguda (LLA) é o câncer mais frequente na infância, e destas, 15% são do tipo T (LLA-T). A hiperativação da via PI3K/Akt tem sido amplamente descrita em tumores e em linhagens celulares de LLA-T. PTEN é o principal regulador negativo dessa via e frequentemente encontra-se inativado em cânceres humanos. Com frequência, pacientes com LLA-T apresentam mutações ativadoras de NOTCH1. NOTCH1 pode regular transcricionalmente PTEN, contudo ainda não está claro como as mutações ativadoras de NOTCH1 influenciariam a expressão de PTEN nas LLA-T. Nós encontramos uma ocorrência de 11 (17,7%) mutações no éxon 7 do PTEN em 62 casos de LLA-T estudados consecutivamente. Contudo, nenhuma mutação foi encontrada na análise de 71 casos de LLA-B derivada. A maioria das mutações de PTEN apresentavam inserções/deleções de mais de 3 nucleotídeos. Não encontramos associação entre mutações em PTEN e o gênero, a idade e a contagem de glóbulos brancos ao diagnóstico. Pacientes com alterações no PTEN apresentaram uma tendência a pior sobrevida global (OS, p=0.07). Dentre os pacientes de LLA-T classificados como alto risco (n=56), aqueles possuindo anormalidades no PTEN mostraram-se associados significativamente a menor OS (p=0.019) e sobrevida livre de leucemia (LFS 47% vs 76%; p=0.045). As curvas de LFS foram significativamente diferentes (p=0.003), mesmo considerando apenas pacientes que atingiram a remissão no dia 28 do tratamento para a análise. Nosso estudo também mostrou que pacientes com mutações em NOTCH1 apresentavam aumento na transcrição de MYC e menor expressão de PTEN mRNA comparados a pacientes com NOTCH1 selvagem. Nós recentemente demonstramos que células de LLA-T apresentavam fosforilação de PTEN mediada por CK2, resultando na estabilização e consequentemente inativação da proteína PTEN. Corroborando ao estudo anterior, os casos de LLA-T analisados, independente do status de mutação em NOTCH1, expressam níveis significativamente mais altos de proteína PTEN do que controles normais. Para avaliar o impacto da regulação transcricional de NOTCH e a inativação postranscricional por CK2 de PTEN, nós tratamos as células de LLA-T com inibidores de gamma-secretase (DAPT e de CK2 (DRB/TBB). Nosso estudo enfatiza a relevância biológica e clínica da regulação do PTEN em LLA-T. E sugerimos o uso combinado de inibidores de gamma-secretase e CK2 devem possuir potencial terapêutico nas LLA-T / Abstract: T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) accounts for approximately 15% of pediatric ALL. Patients with T-ALL are at increased risk of relapse compared with children treated for B-cell precursor ALL. Mutations in the phosphatase and tensin homolog (PTEN) gene leading to PTEN protein deletion and subsequent activation of the PI3K/Akt signaling pathway are common in cancer. PTEN is the main negative regulator of the PI3K/Akt survival pathway. T-ALL patients frequently display NOTCH1 activating mutations and Notch can transcriptionally down-regulate the tumor suppressor PTEN. However, it is not clear whether NOTCH1 mutations associate with decreased PTEN expression in primary T-ALL. We report that PTEN exon 7 mutations occurred in 11 (17.7%) out of 62 consecutive pediatric T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) but in none of 71 precursor B-ALL patients. Most PTEN mutations were insertions/deletions of more than 3 nucleotides. No associations were found between PTEN mutation and age, gender, WBC at diagnosis, early response to therapy and remission rate. Patients with PTEN mutation (n=11) had a tendency toward worse overall survival (OS, p=0.07). Remarkably, PTEN mutations were significantly associated with lower OS (p=0.019) and leukemia-free survival (LFS 47% vs 76%, p=0.045) within patients classified in the high risk group (n=56). LFS curves were significantly different (p=0.003) even if only patients who reached remission on day 28 were considered for analysis. We compared patients with or without NOTCH1mutations and report that the former presented higher MYC transcript levels and decreased PTEN mRNA expression. We recently showed that T-ALL cells frequently display CK2-mediated PTEN phosphorylation, resulting in PTEN protein stabilization and concomitant functional inactivation. Accordingly, the T-ALL samples analyzed, irrespectively of their NOTCH1 mutational status, expressed significantly higher PTEN protein levels than normal controls. To evaluate the integrated functional impact of NOTCH transcriptional and CK2 post-translational inactivation of PTEN, we treated TALL cells with both the gamma-secretase inhibitor DAPT and the CK2 inhibitors DRB/TBB. Our data suggest that combined use of gamma-secretase and CK2 inhibitors may have therapeutic potential in T-ALL. And emphasize the biological and clinical relevance of PTEN regulation in pediatric T-ALL / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-04-03T18:42:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoPresencaVirus.pdf: 47528252 bytes, checksum: 2dca4a913fcafe90e46766875717bdd6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-04-08T15:29:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoPresencaVirus.pdf: 47528252 bytes, checksum: 2dca4a913fcafe90e46766875717bdd6 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-08T15:29:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoPresencaVirus.pdf: 47528252 bytes, checksum: 2dca4a913fcafe90e46766875717bdd6 (MD5) Previous issue date: 2003 / Os vírus linfotrópicos de células T humanas do tipo I e II (HLTV-I/II) apresentam genoma de ácido ribonucléico (RNA) e infectam geralmente células CD4+, com relação endêmica em determinadas áreas como Japão e Caribe com predomínio maior ou menor em outras regiões; na Amazônia brasileira as pesquisas estão correlacionadas principalmente à população indígena. Estes vírus estão associados a doenças malígnas, desordens neurológicas e imunodeficiências, ocasionando viremia por longo período, sem manifestações clínicas. O HTLV é considerado agente etiógico da Leucemia/ linfoma de célula T do adulto (L/LTA) e Parapasemia espática tropical/Mielopatia associada ao HTLV-I (PET/HAM) dentre outras. Este estudo tem como objetivo investigar a presença de HTLV e determinar o tipo mais freqüente (HTLV-I ou HTLV-II) em crianças com Leucemia Linfóide Aguda, matriculadas no serviço de referência para Câncer em Belém, observando a via de transmissão pelo aleitamento materno, os sintomas neurológcas relacionados com a infecção a revisão bibliográfica pertinente. A pesquisa dos vírus foi realizada pela técnica de PCR (Reação em Cadeia da Polimerase), que permite a distinção entre HTLV-I e HTLV-II. Foram observados os parâmetros de idade, sexo, lesões cutâneas, marcha e transfusão sanguínea através de porcentagens. O HTLV-I foi positivo em uma criança do sexo feminino, sem relação com transmissão por aleitamento materno, e não houve o envolvimento do HTLV como agente etiológico de neoplasia de células linfóide na faixa etária pediátrica. / The lymphotropic virus of human T-cell I and II (HTLV-I/II) present genoma of ribonucleic acid (RNA) and generally infect CD4+ cell, with endemic frequency in some areas like Japan and Caribe with greater or minor predominancy in other places; in Brasilian Amazonia, the research is mainly connected to the native population. These virus are relationed with malign deseases, neurological disturbances and il11unodeficiencies, which cause viremia for long time without clinical effects. The HTLV is regarded as an ethiological agent of adult T-cell leukemia/lymphoma (L/LTA) and tropical spastic paraparesis / HTLV-I associated myelopathy (PET/HAM) among. This analisys has the mais purpose of researching the presence of HTLV and situate the most frequent (HTLV-I/II) in children with Acute Lymphoblastic Leukemia treated in the authorized Cancer Assistence in Belem, Para State, Brazil, observing the transmition way by lactation, the neurological symptoms with infections and its bibliografic revise. The rear search of virus was accomplish through the PCR (Polimerase Chain Reaction) tecnique that shows differences among HTLV-I and HTLV-II. Parameters among age, sex, skin lesions, progression and blood transfusion by porcentage had been remarked in a little girl, without relationship to transmition by breastfeeding, and there was no conection with HTLV as na ethiological agent of lymphoidal cells of neoplasia in childhood.

[ES] La capacidad de las células madre para proliferar formando distintas células especializadas les otorga la potencialidad de servir de base para terapias efectivas para patologías cuyo tratamiento era inimaginable hasta hace apenas dos décadas. Sin embargo, esta capacidad se encuentra mediada por estímulos fisiológicos, químicos, y eléctricos, específicos y complejos, que dificultan su traslación a la rutina clínica. Por ello, las células madre representan un campo de estudio en el que se invierten amplios esfuerzos por parte de la comunidad científica. En el ámbito de la regeneración nerviosa, para modular su desarrollo y diferenciación el tratamiento farmacológico, la electroestimulación, y la estimulación optogenética son técnicas que están consiguiendo prometedores resultados. Es por ello por lo que en la presente tesis se ha desarrollado un conjunto de sistemas electrónicos para permitir la aplicación combinada de estas técnicas in vitro, con perspectiva a su aplicación in vivo. Hemos diseñado una novedosa tecnología para la liberación eléctricamente controlada de fármacos. Esta tecnología está basada en nanopartículas de sílice mesoporosa y puertas moleculares de bipiridina-heparina. Las puertas moleculares son electroquímicamente reactivas, y encierran los fármacos en el interior de las nanopartículas, liberándolos ante un estímulo eléctrico. Hemos caracterizado esta tecnología, y la hemos validado mediante la liberación controlada de rodamina en cultivos celulares de HeLa. Para la combinación de liberación controlada de fármacos y electroestimulación hemos desarrollado dispositivos que permiten aplicar los estímulos eléctricos de forma configurable desde una interfaz gráfica de usuario. Además, hemos diseñado un módulo de expansión que permite multiplexar las señales eléctricas a diferentes cultivos celulares. Además, hemos diseñado un dispositivo de estimulación optogenética. Este tipo de estimulación consiste en la modificación genética de las células para que sean sensibles a la radiación lumínica de determinada longitud de onda. En el ámbito de la regeneración de tejido mediante células precursoras neurales, es de interés poder inducir ondas de calcio, favoreciendo su diferenciación en neuronas y la formación de circuitos sinápticos. El dispositivo diseñado permite obtener imágenes en tiempo real mediante microscopía confocal de las respuestas transitorias de las células al ser irradiadas. El dispositivo se ha validado irradiando neuronas modificadas con luz pulsada de 100 ms. También hemos diseñado un dispositivo electrónico complementario de medida de irradiancia con el doble fin de permitir la calibración del equipo de irradiancia y medir la irradiancia en tiempo real durante los experimentos in vitro. Los resultados del uso de los bioactuadores en procesos complejos y dinámicos, como la regeneración de tejido nervioso, son limitados en lazo abierto. Uno de los principales aspectos analizados es el desarrollo de biosensores que permitiesen la cuantización de ciertas biomoléculas para ajustar la estimulación suministrada en tiempo real. Por ejemplo, la segregación de serotonina es una respuesta identificada en la elongación de células precursoras neurales, pero hay otras biomoléculas de interés para la implementación de un control en lazo cerrado. Entre las tecnologías en el estado del arte, los biosensores basados en transistores de efecto de campo (FET) funcionalizados con aptámeros son realmente prometedores para esta aplicación. Sin embargo, esta tecnología no permitía la medición simultánea de más de una biomolécula objetivo en un volumen reducido debido a las interferencias entre los distintos FETs, cuyos terminales se encuentran inmersos en la solución. Por ello, hemos desarrollado instrumentación electrónica capaz de medir simultáneamente varios de estos biosensores, y la hemos validado mediante la medición simultánea de pH y la detección preliminar de serotonina y glutamato. / [CA] La capacitat de les cèl·lules mare per a proliferar formant diferents cèl·lules especialitzades els atorga la potencialitat de servir de base per a teràpies efectives per a patologies el tractament de les quals era inimaginable fins fa a penes dues dècades. No obstant això, aquesta capacitat es troba mediada per estímuls fisiològics, químics, i elèctrics, específics i complexos, que dificulten la seua translació a la rutina clínica. Per això, les cèl·lules mare representen un camp d'estudi en el qual s'inverteixen amplis esforços per part de la comunitat científica. En l'àmbit de la regeneració nerviosa, per a modular el seu desenvolupament i diferenciació el tractament farmacològic, l'electroestimulació, i l'estimulació optogenética són tècniques que estan aconseguint prometedors resultats. És per això que en la present tesi s'ha desenvolupat un conjunt de sistemes electrònics per a permetre l'aplicació combinada d'aquestes tècniques in vitro, amb perspectiva a la seua aplicació in vivo. Hem dissenyat una nova tecnologia per a l'alliberament elèctricament controlat de fàrmacs. Aquesta tecnologia està basada en nanopartícules de sílice mesoporosa i portes moleculars de bipiridina-heparina. Les portes moleculars són electroquímicament reactives, i tanquen els fàrmacs a l'interior de les nanopartícules, alliberant-los davant un estímul elèctric. Hem caracteritzat aquesta tecnologia, i l'hem validada mitjançant l'alliberament controlat de rodamina en cultius cel·lulars de HeLa. Per a la combinació d'alliberament controlat de fàrmacs i electroestimulació hem desenvolupat dispositius que permeten aplicar els estímuls elèctrics de manera configurable des d'una interfície gràfica d'usuari. A més, hem dissenyat un mòdul d'expansió que permet multiplexar els senyals elèctrics a diferents cultius cel·lulars. A més, hem dissenyat un dispositiu d'estimulació optogenètica. Aquest tipus d'estimulació consisteix en la modificació genètica de les cèl·lules perquè siguen sensibles a la radiació lumínica de determinada longitud d'ona. En l'àmbit de la regeneració de teixit mitjançant cèl·lules precursores neurals, és d'interés poder induir ones de calci, afavorint la seua diferenciació en neurones i la formació de circuits sinàptics. El dispositiu dissenyat permet obtindré imatges en temps real mitjançant microscòpia confocal de les respostes transitòries de les cèl·lules en ser irradiades. El dispositiu s'ha validat irradiant neurones modificades amb llum polsada de 100 ms. També hem dissenyat un dispositiu electrònic complementari de mesura d'irradiància amb el doble fi de permetre el calibratge de l'equip d'irradiància i mesurar la irradiància en temps real durant els experiments in vitro. Els resultats de l'ús dels bioactuadors en processos complexos i dinàmics, com la regeneració de teixit nerviós, són limitats en llaç obert. Un dels principals aspectes analitzats és el desenvolupament de biosensors que permeteren la quantització de certes biomolècules per a ajustar l'estimulació subministrada en temps real. Per exemple, la segregació de serotonina és una resposta identificada amb l'elongació de les cèl·lules precursores neurals, però hi ha altres biomolècules d'interés per a la implementació d'un control en llaç tancat. Entre les tecnologies en l'estat de l'art, els biosensors basats en transistors d'efecte de camp (FET) funcionalitzats amb aptàmers són realment prometedors per a aquesta aplicació. No obstant això, aquesta tecnologia no permetia el mesurament simultani de més d'una biomolècula objectiu en un volum reduït a causa de les interferències entre els diferents FETs, els terminals dels quals es troben immersos en la solució. Per això, hem desenvolupat instrumentació electrònica capaç de mesurar simultàniament diversos d'aquests biosensors i els hem validat amb mesurament simultani del pH i la detecció preliminar de serotonina i glutamat. / [EN] The stem cells' ability to proliferate to form different specialized cells gives them the potential to serve as the basis for effective therapies for pathologies whose treatment was unimaginable until just two decades ago. However, this capacity is mediated by specific and complex physiological, chemical, and electrical stimuli that complicate their translation to clinical routine. For this reason, stem cells represent a field of study in which the scientific community is investing a great deal of effort. In the field of nerve regeneration, to modulate their development and differentiation, pharmacological treatment, electrostimulation, and optogenetic stimulation are techniques that are achieving promising results. For this reason, we have developed a set of electronic systems to allow the combined application of these techniques in vitro, with a view to their application in vivo. We have designed a novel technology for the electrically controlled release of drugs. This technology is based on mesoporous silica nanoparticles and bipyridine-heparin molecular gates. The molecular gates are electrochemically reactive and entrap the drugs inside the nanoparticles, releasing them upon electrical stimulus. We have characterized this technology and validated it by controlled release of rhodamine in HeLa cell cultures. For combining electrostimulation and controlled drug release we have developed devices that allow applying the different electrical stimuli in a configurable way from a graphical user interface. In addition, we have designed an expansion module that allows multiplexing electrical signals to different cell cultures. In addition, we have designed an optogenetic stimulation device. This type of stimulation consists of genetically modifying cells to make them sensitive to light radiation of a specific wavelength. In tissue regeneration using neural precursor cells, it is interesting to be able to induce calcium waves, favoring the cell differentiation into neurons and the formation of synaptic circuits. The designed device enable the obtention of real-time images through confocal microscopy of the transient responses of cells upon irradiation. The device has been validated by irradiating modified neurons with 100 ms pulsed light stimulation. We have also designed a complementary electronic irradiance measurement device to allow calibration of the irradiator equipment and measuring irradiance in real time during in vitro experiments. The results of using bioactuators in complex and dynamic processes, such as nerve tissue regeneration, are limited in an open loop. One of the main aspects analyzed is the development of biosensors that would allow quantifying of specific biomolecules to adjust the stimulation provided in real time. For instance, serotonin secretion is an identified response of neural precursor cells elongation, among other biomolecules of interest for the implementation of a closed-loop control. Among the state-of-the-art technologies, biosensors based on field effect transistors (FETs) functionalized with aptamers are promising for this application. However, this technology did not allow the simultaneous measurement of more than one target biomolecule in a small volume due to interferences between the different FETs, whose terminals are immersed in the solution. This is why we have developed electronic instrumentation capable of simultaneously measuring several of these biosensors, and we have validated it with the simultaneous pH measurement and the preliminary detection of serotonin and glutamate. / Monreal Trigo, J. (2023). Electronic Devices for the Combination of Electrically Controlled Drug Release, Electrostimulation, and Optogenetic Stimulation for Nerve Tissue Regeneration [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193841