APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

The study of the heart, due to its primordial relevance to human quality and expectancy of life, has taken tons of investigation efforts. In this sense, this work aims to contribute to this huge effort. We developed a stochastic computational model derived from the Marchena et al. minimal model of a cardiac cell with the objective of study the emergence of calcium oscillations, a potentially harmful phenomenon liked to cardiac arrhythmia. Under constant homeostatic conditions, we performed simulations at zero, one, and two dimensions, in order to analyse the conditions at which these oscillations emerge and vanish and its properties. Within the zero-dimensional framework, the stochastic model has able to reproduce the outcomes given by the Marchena et al model. However no satisfactory results were obtained within the one-dimensional framework as all cases out of the deterministic homogenous ideal cases, end up in perpetually stationary system. In contrast, the two-dimensional model showed fading coordinated oscillations even with inhomogeneous conditions. As the two-dimensional case allowing the emergence of rapidly fading oscillations, we can deduce that further refinement is need in spatial characterization and RyR2 modelling to overcome the instabilities found, being 3D modelling one possibility of improvement.

El estudio del corazón, debido a su primordial importancia para la calidad y la esperanza de vida humana, ha comportado enormes esfuerzos en investigación. En este sentido, este trabajo pretende aportar lo que buenamente pueda a ese gran esfuerzo. Para ello, hemos desarrollado un modelo computacional estocástico derivado del modelo de célula cardíaca de Marchena et al. con el objetivo de estudiar la aparición de oscilaciones de calcio, un fenómeno potencialmente perjudicial causa de arritmia cardíaca. En condiciones homeostáticas constantes, realizamos simulaciones en cero, una y dos dimensiones, para analizar las condiciones en las que estas oscilaciones emergen y desaparecen las propiedades. Dentro del marco de dimensión cero, el modelo estocástico ha podido reproducir los resultados provenientes del modelo de Marchena et al. Sin embargo, no se han obtenido resultados satisfactorios dentro del marco unidimensional, ya que todos los casos fuera del caso ideal determinista y homogéneo acaban en un sistema perpetuamente estacionario. Por el contrario, el modelo bidimensional ha mostrado oscilaciones coordinadas que se rapidamente desvanecientes incluso en condiciones no homogéneas. Dado que el caso bidimensional permite la aparición de oscilaciones rápidamente desvanecidas, podemos deducir que es necesario un refinamiento mayor en la caracterización espacial y el modelado de RyR2 para así superar las inestabilidades encontradas, siendo el modelado 3D una posibilidad de mejora.

This project investigates the influence of fiber orientation on the mechanical behavior of cardiac tissue, particularly in scenarios involving cardiac arrhythmia. By analyzing angle-dependent spatiotemporal patterns, we have designed a method to determine fiber orientation exclusively from numerical mechanical data. We provide a theoretical background on cardiac electrophysiology, prior to the an overview on how to model cardiac tissue accurately. The isotropic version of the Aliev-Panfilov excitable media model is coupled with an anisotropic mass-damper system to simulate various scenarios, including local and lateral pacing of the tissue, scroll waves, and chaos. These simulations replicate different physiological states of the heart, from normal beating to tachycardia and fibrillation. Our proposed method successfully approximates fiber orientation across all tested cases, serving as a proof of concept for potential experimental implementation. However, further work is needed to enhance the accuracy of the simulation framework and the algorithm, particularly for complex chaotic dynamics. This approach, combined with others, holds promise for determining fiber orientation and active stress during experiments, leading to a deeper understanding of cardiac activity during abnormal pumping behavior. Ultimately, this could lead the way for improved therapies and less invasive methods to terminate arrhythmias, reducing the risk of sudden cardiac death during these episodes.

Este proyecto explora cómo la orientación de las fibras afecta el comportamiento mecánico del tejido cardíaco, especialmente en situaciones de arritmia. Hemos desarrollado un método para determinar la orientación de las fibras utilizando únicamente datos mecánicos numéricos, analizando patrones espaciotemporales basados en el ángulo. Presentamos una base teórica sobre la electrofisiología cardíaca y luego explicamos cómo modelar con precisión el tejido cardíaco. Utilizamos una versión isotrópica del modelo de Aliev-Panfilov, acoplada a un sistema anisotrópico de oscilador amortiguado, para simular diversos escenarios como excitación local y lateral del tejido, scroll waves y caos. Estas simulaciones reflejan diferentes estados del corazón, desde latidos normales hasta taquicardia y fibrilación. Nuestro método propuesto estima con éxito la orientación de las fibras en todos los casos, sirviendo como prueba de concepto para una futura aplicación experimental. Sin embargo, es necesario continuar mejorando la precisión del marco de simulación y del algoritmo, especialmente en dinámicas caóticas complejas. Este enfoque, junto con otros, promete determinar la orientación de las fibras y la tensión activa en experimentos, profundizando en la comprensión de la actividad cardíaca durante un bombeo anómalo. Esto podría abrir el camino hacia terapias mejoradas y métodos menos invasivos para tratar arritmias, reduciendo el riesgo de muerte súbita cardíaca durante estos episodios.

L'objectiu d'aquest treball és estudiar el paper de la curvatura de la membrana en el moviment ameboide. Ampliem el model de migració cel·lular ameboide d'Alonso et al. (2018) incorporant-hi una força activa dependent de la curvatura per explorar-ne els efectes. Aquesta modificació està inspirada en evidències experimentals que suggereixen que la polimerització de l'actina pot dependre de la curvatura de la membrana. Resolem numèricament les equacions en derivades parcials resultants, i classifiquem i mesurem la varietat de fenotips cel·lulars que n'emergeixen. Els resultats revelen que aquesta modificació produeix canvis qualitatius en el moviment cel·lular, destacant-hi la generació d'ones de curvatura a la part davantera de la membrana. Aquestes ones mostren un comportament similar a les observacions empíriques de Dictyostelium discoideum en entorns de baixa fricció. El nostre model demostra que una força activa dependent de la curvatura és suficient per generar ones de membrana, el que suggereix que qualsevol mecanisme que vinculi la polimerització de l'actina amb la curvatura de la membrana podria explicar la seva emergència. Paraules clau: moviment cel·lular, moviment ameboide, ones de membrana, reacció-difusió, mecànica computacional, biofísica, curvatura, equacions en derivades parcials, Dictyostelium, quimiotaxi, diferències finites

El objetivo de este trabajo es estudiar el papel de la curvatura de la membrana en el movimiento ameboide. Ampliamos el modelo de migración celular de Alonso et al. (2018) incorporando una fuerza activa dependiente de la curvatura para explorar sus efectos. Dicha modificación está inspirada en evidencias experimentales que sugieren que la polimerización de la actina puede depender de la curvatura de la membrana. Resolvmos numéricamente las ecuaciones en derivadas parciales resultantes, y clasificamos y medimos la variedad de fenotipos celulares que emergen. Los resultados revelan que esta modificación produce cambios cualitativos en el movimiento celular, destacando la generación de ondas de curvatura en la parte delantera de la membrana. Dichas ondas muestran un comportamiento similar a las observaciones empíricas de Dictyostelium discoideum en entornos de fricción baja. Nuestro modelo demuestra que una fuerza activa dependiente de la curvatura basta para generar ondas de membrana, lo que sugiere que cualquier mecanismo que vincule la polimerización de la actina con la curvatura de la membrana podria explicar su emergencia. Palabras clave: movimiento celular, movimiento ameboide, ondas de membrana, reacción-difusión, mecánica computacional, biofísica, curvatura, ecuaciones en derivadas parciales, Dictyostelium, quimiotaxis, diferencias finitas

A main challenge in biology is to understand the development of the human body, namely how cell and tissue shape transitions occur. Our organism is riddled with curved cell layers that withstand stress and react to it depending on their function, and this is where physics plays an important role, trying to unveil the forces and mechanical properties of these tissues. Thus, the study hereby presented aims to characterize human pluripotent stem cell monolayer curling transitions, and tries to set the fine line that separates them from the dewetting transitions. For controlling these changes in form, we apply different geometrical constraints by varying the size and shape of the islands using photopatterning of extracellular matrix (ECM) proteins on dishes, and apart from that, we subject the cell monolayers to different external chemical and physical stimuli: we inhibit or activate contractility of the cells by using Y27 drug, we control apical constriction optogenetically, or we vary the cell-substrate adhesion by either using dispase or creating ECM protein gradients. In order to gain control over the curling and dewetting transitions, the role of the different geometrical constraints and external stimuli is assessed. This work shows the contribution of each variable by measuring some mechanical and physical properties of the monolayers, such as curvatures, velocities and traction forces exerted by the tissues. These magnitudes, which change with the stimuli, hold the key that governs the transition, and after assessing the relations between them, we are able of programming the dewetting and curling transitions at will. Finally, the potential of this system as a biological actuator is evaluated, by trying to make a hand-like monolayer curl and grab a bead or a cell spheroid.

Uno de los principales desafíos en biología es comprender el desarrollo del cuerpo humano, en particular cómo ocurren las transiciones en la forma de las células y los tejidos. Nuestro organismo está lleno de capas de células curvas que resisten el estrés y reaccionan ante él según su función, y aquí es donde la física desempeña un papel importante, tratando de analizar las fuerzas y propiedades mecánicas de estos tejidos. Por lo tanto, el estudio que se presenta aquí tiene como objetivo caracterizar las transiciones de monocapas de células madre pluripotentes humanas que se curvan y trata de establecer la línea que las separa de las transiciones de ''dewetting''. Para controlar estos cambios en la forma, aplicamos diferentes restricciones geométricas al variar el tamaño y la forma de las islas. Además de eso, sometemos las monocapas celulares a diferentes estímulos químicos y físicos externos: inhibimos o activamos la contractilidad de las células utilizando el fármaco Y27, controlamos la constricción apical de forma optogenética o variamos la adhesión célula-sustrato mediante el uso de dispasa o la creación de gradientes de proteínas de la matriz extracelular. Para obtener el control sobre las transiciones de ''curling'' y ''dewetting'', evaluamos el papel de las diferentes restricciones geométricas y estímulos externos. Este trabajo muestra la contribución de cada variable al medir algunas propiedades mecánicas y físicas de las monocapas, como curvaturas, velocidades y fuerzas de tracción ejercidas por los tejidos. Estas magnitudes, que cambian con los estímulos, son la clave para gobernar la transición, y después de evaluar las relaciones entre ellas, somos capaces de programar las transiciones de dewetting y curling a voluntad. Finalmente, se evalúa el potencial de este sistema como actuador biológico, tratando de hacer que una monocapa con forma de asterisco se pliegue y agarre un esferoide celular. User traduce also to catalan ChatGPT Un dels reptes principals en biologia és entendre el desenvolupament del cos humà, concretament com ocorren les transicions en la forma de les cèl·lules i els teixits. El nostre organisme està ple de capes de cèl·lules corbades que resisteixen l'estrès i hi reaccionen segons la seva funció, i aquí és on la física juga un paper important, tractant de desxifrar les forces i les propietats mecàniques d'aquests teixits. Per tant, l'estudi que es presenta aquí té com a objectiu caracteritzar les transicions d'enrollament de monocapes de cèl·lules mare pluripotents humanes i tracta d'establir la línia que les separa de les transicions de dewetting. Per controlar aquests canvis en la forma, apliquem diferents restriccions geomètriques variant la mida i la forma de les illes mitjançant la fotopatrònica de proteïnes de la matriu extracel·lular (ECM) en plaques de cultiu. A més a més, sotmetem les monocapes cel·lulars a diferents estímuls químics i físics externs: inhibim o activem la contractilitat de les cèl·lules mit

This project investigates the role of SK channels in cardiac electrophysiology, particularly in relation to atrial fibrillation. The study explores the impact of SK channel modulation on action potential duration and the management of spontaneous calcium release events in human atrial myocytes. The theoretical background of heart electrophysiology is provided, highlighting the significance of calcium and potassium currents in the heart. The KCNN3 gene, which encodes SK channels, is associated with AF, and genetic variants in this gene can affect SK channel function. The study utilizes a computational approach, using the Grandi model for atrial cells, to simulate electrophysiology protocols and investigate the effects of modulating SK channels. The results confirm that the SK component of the current aids in cell repolarization, preventing re-excitation and inappropriate action potential generation. It is observed that SK channels help mitigate the impact of SCR events, and a comparison of genetic variants reveals differences in susceptibility to re-excitations. Further research is needed to understand the involvement of SK channels in AF initiation, maintenance, and electrical remodelling. Advancing knowledge in this area holds promise for the development of new antiarrhythmic drugs.

Este proyecto investiga el papel de los canales SK en la electrofisiología cardíaca, particularmente en relación con la fibrilación auricular. El estudio explora el impacto de la modulación del canal SK en la duración del potencial de acción y el manejo de eventos de liberación espontánea de calcio en miocitos auriculares humanos. Se proporcionan los antecedentes teóricos de la electrofisiología del corazón, destacando la importancia de las corrientes de calcio y potasio en el corazón. El gen KCNN3, que codifica los canales SK, está asociado con la FA y las variantes genéticas en este gen pueden afectar la función del canal SK. El estudio utiliza un enfoque computacional, utilizando el modelo Grandi para células auriculares, para simular protocolos de electrofisiología e investigar los efectos de la modulación de los canales SK. Los resultados confirman que el componente SK de la corriente ayuda en la repolarización celular, evitando la reexcitación y la generación de potencial de acción inapropiado. Se observa que los canales SK ayudan a mitigar el impacto de los eventos SCR, y la comparación de variantes genéticas revela diferencias en la susceptibilidad a las reexcitaciones. Se necesita más investigación para comprender la participación de los canales SK en el inicio, el mantenimiento y la remodelación eléctrica de la FA. El avance del conocimiento en esta área es prometedor para el desarrollo de nuevos fármacos antiarrítmicos.

A dual analysis pretends to associate spontaneous calcium release events (SCRE) as rapid arrhythmia triggers and, atrial fibrosis, as a proper substrate for the perpetuation of atrial fibrillation. This computational study starts with a mechanism of focal excitation based on the synchronisation of independent cellular events, and evaluates their propagation throughout a 2D tissue sheet. A comparison between an homogeneous and isotropic medium (healthy), and an heterogeneous and anisotropic substrate (fibrotic), are included in the present project in order to analyse the effect of both SCRE and atrial fibrosis. Two models are implemented to represent fibrosis, either by playing with the diffusion coefficient or by shifting myocyte's resting membrane potential. The latter modifications turn out to have a larger impact in the genesis of focal excitations and, thus, resulting in the typical irregular beating by adding arrhythmic ectopic beats. However, both models have demonstrated to affect the propagation of the electric impulse by delaying the excitation in the heterogeneous regions, or by acting as a conduction block. Results in 2D fibrotic sheet have also shown a certain probability that the wave evolves as re-entrant like pattern, suggesting that fibrosis constitutes a favourable substrate for re-entry to spread around these altered regions. The aim of this study is, therefore, to analyse the trigger-substrate interaction, by means of a computational approach that reproduces the electrical mechanisms in the cardiac tissue.

Un análisis dual que pretende asociar los eventos espontáneos de liberación de calcio (SCRE) como activadores arrítmicos y, la fibrosis cardíaca, como un sustrato favorable para la perpetuación de la fibrilación auricular. Este estudio computacional empieza con un mecanismo de excitación focal basado en la sincronización de eventos celulares independientes, y evaluar su propagación en un tejido cuadrado en 2D. La comparación entre un medio homogéneo e isotrópico (control), y un sustrato heterogéneo y anisotrópico (fibrosis), se incluyen con el propósito de analizar los efectos de los SCRE y la fibrosis auricular. Se implementan dos modelos para representar la fibrosis: el primero consiste en modificar el coeficiente de difusión y, el segundo, en desplazar el potencial de reposo de los miocitos. En el último caso, se observa un mayor impacto en la aparición de excitaciones focales, dando lugar a un latido irregular típico de las arritmias. Sin embargo, a través de ambos modelos se puede demostrar el efecto de la fibrosis en la propagación del impulso eléctrico, ya sea retardando la excitación en las zonas fibróticas o, estas mismas, actuando como bloqueo de conducción. A través de los resultados en el tejido 2D, se ha observado que la onda eléctrica tiene cierta tendencia a formar patrones circulares, reforzando que la fibrosis constituye un sustrato favorable para que este tipo de actividad se propague a su alrededor. El objetivo de este estudio es, por lo tanto, analizar la interacción activador-sustrato a través de una combinación de simulaciones computacionales que reproducen los mecansimos eléctricos del tejido cardíaco.

The Sudden Unexpected Death of an Infant (SUDI) is the unforeseen death of a newborn less than 12 months old. A mutation was discovered in a number of cases of SUDI that affects the protein troponin (Tn) present in cardiomyocytes, the cells responsible for the control of the rhythm of heartbeat. The mutation changes the rate at which the Ca ions are released from the protein. Using human induced pluripotent stem cells (hiPSC) this alteration of the Ca concentrations in the cardiomyocytes was proven to cause cardiac alternans, which may result in lethal arrhythmias. The aim of this project was to modify an existing computational model of hiPSC in order to be able to introduce the effects of the mutation and replicate the observations of the experiments. Due to some more needed refinement of the parameters of the model, the results obtained are just preliminary. In spite of this, alternation in the amplitude of the Ca transients was found as a consequence of the mutation.

El síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL) es la muerte repentina de un bebé de menos de 12 meses de edad. Una mutación descubierta en casos de SMSL afecta a la proteína troponina (Tn) presente en los cardiomiocitos, las células responsables del control del ritmo de los latidos del corazón. La mutación cambia la frecuencia a la cual los iones de Ca se liberan de la proteína. Usando células pluripotentes inducidas derivadas a cardiomiocitos ha sido demostrado que esta alteración de la concentración de calcio provoca alternancia cardiaca, que puede resultar en arritmias letales. El objetivo de este trabajo era modificar un modelo computacional existente de estas células para poder introducir en él los efectos de la mutación y a su vez reproducir las observaciones de los experimentos. Debido a que los parámetros necesitan de un mayor refinamiento, los resultados obtenidos son solo preliminares. A pesar de esto, se logró observar alternancia en la amplitud de la concentración de Ca como consecuencia de la mutación.

Collective cell migration involves not only the need for cells to assemble into and sustain a certain architecture ? they must also coordinate their behaviors across space and time. Cells in a layer will arrange in different ways, depending on how cells are ordered. Our main goal is to study, quantitatively, how these defects appear and move in epithelial cell layers. Furthermore, it remains unclear how geometrical constraints affect the collective migration. It was in order to study these widely different characteristics that a series of experiments were developed in vitro, where mammalian, epithelial cells were seeded onto a surface where they were left to grow on and into tracks of different sizes. We were able to perform soft lithography and saw that leader cells in the layer migrate faster and pull the rest forward and, also, that some nematic-like defects arise in the layer. Coordinated migration may help to understand processes such as wound healing and tumor metastasis, while the presence of defects in living tissues may be linked to apoptosis.

La migración colectiva de células implica no solo la necesidad de que las células se unan en una arquitectura determinada, sino que también deben coordinar sus comportamientos en el espacio y el tiempo. Las células en una capa se esctructuran de diferentes maneras, dependiendo de cómo se ordenen. Nuestro principal objetivo es estudiar, cuantitativamente, cómo estos defectos aparecen y se mueven en capas de células epiteliales. Además, sigue sin estar claro cómo las restricciones geométricas afectan a la migración colectiva. Con el fin de estudiar estas características tan diferentes, se desarrollaron una serie de experimentos in vitro, en los que se sembraron células epiteliales de mamíferos en una superficie donde se dejaron crecer hasta entrar en pistas de diferentes tamaños. Pudimos realizar litografía y vimos que las células líderes en la capa migran más rápido y tiran del resto hacia adelante y, también, que surgen algunos defectos de tipo nemático en la capa. La migración coordinada puede ayudar a comprender procesos como la cicatrización de heridas y la metástasis tumoral, mientras que la presencia de defectos en los tejidos vivos puede estar relacionada con la apoptosis.

Among all ions present in a cardiac cell, calcium is categorically the most important. It governs the contraction and relaxation of the heart chambers that enables pumping of blood throughout the body. Calcium mishandling is highly related with heart diseases such as arrhythmia, which is linked with a major cause of death in developed countries. The conditions underlying the appearance of calcium mishandling situations and the exact role the ion plays in the development of arrhythmia, however, are not fully understood. Recently, new chemical compounds have been discovered to affect the aforementioned mechanisms and its relation with the appearance of pro-arrhythmic situations are yet to be studied. These compounds are reactive oxygen species (ROS), which are chemically active molecules containing oxygen. ROS are known to tune cardiac functioning under healthy conditions, but under pathophysiological conditions its effects may divert and promote the rise of arrhythmogenic behavior. A model of the ryanodine receptor (RyR), the sarcoplasmic reticulum release channel, is proposed. Accounting for oxidation processes mediated by ROS, opening and inactivation processes mediated by calcium it is possible to explain several mishandling situations and give an explanation for them, therefore suggesting a possible treatment. More concretely, instabilities that arise in the core of the model directly translate into incorrect functioning of the cardiac cell. The model reproduces known experimental results such as calcium waves, increase in frequency of calcium sparks and tuning of normal RyR functioning. Other arrhythmogenic behaviors can be infered from the model, as it gives rise to calcium concentration oscillations due to oxidized RyR sensitivity, and for a narrow range of this magnitude these even turn chaotic, showing a very rich dynamical behaviour that is directly linked to calcium mishandling. Consequently, it is possible to conclude that when oxidized, enhanced RyR sensitivity is responsible for the appearance of arrhythmia precursors at the subcellular level.

De todos los iones presentes en una célula cardíaca, el más importante es el calcio. Gobiernan la contracción i relajación de las cámaras del corazón que bombean la sangre por el cuerpo. Las arritmias están relacionadas con el mal funcionamiento en su dinámica, que tienen que ver con una principal causa de muerte en los países desarrollados. Los mecanismos de aparición de arritmias aún no se conocen del todo. Recientemente se ha descubierto que nuevos compuestos afectan la mencionada dinámica, son las especies reactivas de oxígeno (ROS) y su implicación en la aparición de arritmias está por estudiar. Son moléculas reactivas que contienen oxígeno y mejoran el funcionamiento cardíaco en situaciones sanas, pero bajo condiciones fisiopatológicas sus efectos pueden cambiar y ser proarrítmicos. Se propone un modelo de receptor de rianodina (RyR), que es el canal de salida del calcio des del retículo sarcoplasmático. El modelo tiene en cuenta la oxidación mediada por ROS, la inactivación y la apertura de este canal, que están mediadas por el mismo calcio. Con el modelo se pueden reproducir malos funcionamientos del calcio y dar una explicación o sugerir un tratamiento. Más concretamente, las inestabilidades que aparecen en el modelo se traducen en un funcionamiento incorrecto de la célula. El modelo propuesto reproduce resultados conocidos como las ondas de calcio, el aumento de la frecuencia de liberaciones de calcio o la mejora del funcionamiento en condiciones sanas. Se pueden extraer otras situaciones pro-arrítmicas en el modelo, ya que aparecen oscilaciones en las concentraciones de calcio debidas al cambio de sensibilidad del RyR oxidado, incluso volviéndose caóticas. Esta gran riqueza dinámica se traduce en mal funcionamiento del calcio y por tanto se puede concluir que, al estar oxidado, el incremento de sensibilidad del RyR origina precursores de arritmia a nivel subcelular.

The control of coordinated gene expression is one of the most important processes due to its importance in understanding diseases caused by genomic problems. For it, it is important to study the role of genomic DNA organization. The main objective is to control a cell stretching devices that uses magnetic force to create strains on cell membranes so they can be studied in real time on a microscope. Contrary to other similar devices, this is created via 3D printing. To control it, LabView and Arduino software will be used to create different strain functions have been designed, which permit to apply the desired strain on the cells by creating an electric circuit using transistors. A set of data for a step-like strain function has been obtained, although several problems have been encountered, especially when dissipating heat. New models are being made in which heat is better dissipated, so the device can work for longer intervals of time. If successful, a cheap device which permits live imaging at high resolution could be used to gain further insight on genomic cell control.

El control de la expresión genómica es muy importante para entender enfermedades causadas por problemas en los genomas. Por eso es importante estudiar la organización genómica del ADN. El objetivo del trabajo es controlar un dispositivo para crear esfuerzo a una membrana con células utilizando fuerza magnética para estudiar a tiempo real en el microscopio. Este dispositivo se ha creado mediante impresión 3D. Para controlarlo, se ha utilizado LabView y Arduino, haciendo diferentes funciones de estrés a la membrana. Se ha obtenido algunos datos pero el calor disipado es un problema. Nuevos modelos están haciendo en el momento, para mejorar esto. Si funciona bien, permitirá poder ver con alta resolución la organización genómica y tener mejor control genómico de las células.

El control de l?expressió genòmica és molt important per entendre malalties causades per problemes en els genomes. Per això és important estudiar l?organització genòmica del ADN. L?objectiu del treball és controlar un dispositiu per crear esforç a una membrana amb cèl·lules utilitzant força magnètica per estudiar-se a temps real al microscopi. Aquest dispositiu s?ha creat mitjançant impressió 3D. Per controlar-lo, s?ha utilitzat LabView i Arduino, fent diferents funcions d?estrès a la membrana. S?ha obtingut algunes dades però el calor dissipat és un problema. Nous models s?estan fent al moment, per tal de millorar això. Si funciona bé, permetrà poder veure amb alta resolució l?organització genòmica i tenir millor control genòmic de les cèl·lules.

Pedro Sáenz et al. [1] recently discovered the spontaneous emergence of collective behavior in spin lattices of droplets walking on a vibrating fluid surface. This study considers the role of the droplet?s vertical dynamics in establishing the antiferromagnetic order observed in spin lattices. This behavior is established by virtue of the wave-mediated interactions of neighboring droplets walking in circles as they are bound by circular wells at the bottom of the bath. This study presents experiments which show a more pronounced transition to antiferromagnetic order than the ones performed by Pedro Sáenz et al. [1], as well as a newly developed model capable of capturing these features.

Recientemente, Pedro Sáenz et al. [1] descubrieron la aparición espontánea de un comportamiento colectivo en retículas de espín formadas por gotas que caminan sobre la superficie de un fluido en vibración. Este estudio considera el papel de la dinámica vertical de la gota en el establecimiento del orden antiferromagnético observado en las retículas de espín. Este comportamiento se establece debido a las interacciones mediadas por las ondas generadas por esta gotas que caminan en círculos, ya que están confinadas a una región delimitada por pozos circulares en el fondo del baño. Este estudio presenta experimentos que muestran una transición más pronunciada al orden antiferromagnético que los realizados por Pedro Sáenz et al. [1], así como un modelo recientemente desarrollado capaz de capturar estas características.

There is an increasing impact of cardiovascular diseases on the population worldwide that have lead them to be the first cause of global mortality. Most of these cardiovascular diseases evolve to high fatality rates when undesired clots are generated. Blood clotting is a complex phenomenon influenced by many biophysical mechanisms and factors happening simultaneously. All these interconnected mechanisms produce a huge interpatient variability. However, patient treatments remain largely the same. This work is in the scope of coronary heart disease precision medicine and it consists on a study of differential clotting patterns observed in various patient specific coronary anatomies in order to identify distinct biophysical mechanisms driving these patterns. The overarching objective of the thesis is that if distinct clotting behaviors can be dissected and identified, treatments can be tailored and targeted with more specificity. In order to identify and validate clotting behaviors, a wide range of techniques were required including biological experimentation, benchtop model development and prototyping, computational fluid dynamic simulation as well as different machine learning techniques for cluster matching responses between computational and experimental models. With these tools, hypotheses previously developed from computational fluid dynamics simulations were probed through some ex-vivo experiments. From irregular blood vessel geometries, a map of the clotting space was developed, what lead to the visualization of several clusters with similar behaviors and critically, a novel cluster of atherosclerotic geometries that are particularly prone to severe clotting, yet which are not currently captured clinically. Moreover, the different clusters were predicted from clinical variables avoiding the expensive computations of the fluid dynamic simulations. This fact gave rise to the found that new clinical variables which provide valuable insights about blood flow need to be created and validated in order to achieve precise diagnoses considering hemodynamics.

Existe un crecimiento del impacto de las enfermedades cardiovasculares en la población mundial que las ha hecho ser la primera causa de mortalidad en el planeta. La mayoría de estas enfermedades acaban en fatalidad cuando coágulos no deseados se generan. La coagulación de la sangre es un fenómeno complejo donde intervienen diversos mecanismos y factores biofísicos de forma simultánea. Todos estos ingredientes intercomunicados producen una gran variabilidad entre pacientes. Aun así, los tratamientos acaban siendo los mismos. Este trabajo se encuentra en el ámbito de la medicina de precisión sobre enfermedades coronarias del corazón y consiste en un estudio de distintos patrones de coagulación observados en varias anatomías coronarias de pacientes por tal de identificar distintos mecanismos biofísicos que dirigen los patrones. El objetivo general de la tesis es que si distintos comportamientos se pueden diferenciar e identificar, los tratamientos se pueden adaptar i dirigirse más específicamente al paciente. Para identificar y validar los patrones de coagulación, se han utilizado una gran cantidad de técnicas incluyendo experimentación biológica, desarrollo y prototipaje de modelos, simulaciones computacionales de dinámica de fluidos y también distintas técnicas de machine learning. Con estas herramientas, unas hipótesis previamente desarrolladas con dinámica de fluidos computacional han sido sondeadas mediante unos experimentos ex vivo. También se ha desarrollado un mapa del espacio de coagulación de geometrías arteriales irregulares que han permitido la visualización de diversos grupos de comportamientos similares y, críticamente, un nuevo grupo de geometrías arterioscleróticas que tienen tendencia a generar coágulos muy severos y que aún no se han capturado clínicamente. Además, los distintos grupos de geometrías han sido predichos utilizando variables clínicas como predictores y, de esta forma ahorrar-se las caras simulaciones computacionales. Este hecho ha dado lugar a ver que nuevas variables clínicas que aporten más información sobre el flujo sanguíneo se han de crear y validar para conseguir diagnósticos precisos considerando la hemodinámica.