• Dendrones y Dendrímeros Multifuncionales Altamente Cargados: El Concepto Troyano

      Valencia Gallegos, Jesús Á. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010-01-01)
      El aumento de la población, aunado con su envejecimiento, impone nuevas demandas en cuanto a la disponibilidad de mejores fármacos para la prevención, control y alivio de las enfermedades con mayor capacidad de afectar la calidad de vida de las personas, entre las que se encuentran el cáncer y las neurológicas y neurodegenerativas. Esto puede ser logrado no solamente con nuevas moléculas, sino con la mejor administración de las ya existentes. La topología dendrítica ha demostrado alto potencial de empleo en la entrega controlada de fármacos, desde el concepto de "caja dendrítica" para la encapsulación de activos en espacios intersticiales formados en el interior de dendrímeros de altas generaciones, hasta la anexión de activos, etiquetas, marcadores y modificadores de propiedades en la periferia de los mismos. En esto Último, cada funcionalización específica se ha realizado en detrimento de la capacidad de carga terapéutica. Sin embargo, hasta años recientes, la estructura interna no había sido explotada como alternativa de funcionalización específica y solamente empleando la estrategía divergente de síntesis. A pesar de las ventajas obvias que esta construcción de dendrímeros presentan, es la explotación de la síntesis convergente la que ofrece mayor potencial de aprovechamiento por las ventajas reconocidas de esta estrategia sobre la divergente en la construcción de dendrímeros, principalmente de baja generación. Se presenta, por primera vez, la síntesis convergente de este tipo de dendrímeros señalando sus ventajas sobre la estrategia divergente en el contexto de la síntesis de moléculas empleando ácido ?-amino butírico (GABA), el principal neurotransmisor inhibitorio en el sistema nervioso central, como molécula bioactiva. El GABA esta asociado a desordenes neurológicos iii importantes como epilepsia. Para esto, y como elemento innovador, se ha considerado que cada generación del dendrímero está constituida por elementos con funciones diversas dependiendo de la necesidad; así, es posible tener unidades de ramificación, carga activa y espaciadores o elementos que sirvan como espaciadores y punto de ramificación simultáneamente, dentro de cada generación. El enfoque es emplear como elementos de construcción del dendrímero a las moléculas del fármaco y contar con profármacos dendríticos (dendrones y dendrímeros) altamente cargados y hacer disponible esta carga mediante hidrólisis química o enzimática del dendrímero. Esta aproximación obliga al dendrímero a ser biodegradable por efecto de la actividad biológica del huésped y limita el tipo de elementos de construcción y los tipos de enlaces químicos a emplearse en su unión, a aquellos más sensibles a hidrólisis. Adicionalmente a las ventajas que se conocen actualmente para la síntesis convergente, bajo la estrategía de este trabajo se aportan nuevos recursos, ya que es posible la introducción de mÚltiples cargas por generación y cargas diferentes por generación en ambos tipos de elementos, dendrones y dendrímeros. Por otro lado, empleando la técnica presentada en este trabajo, cada elemento de construcción puede ser considerado un profármaco de la carga considerada, susceptible de ser evaluados per se, ampliando el potencial de identificación de entidades efectivas en pruebas de actividad biológica. Finalmente, se valida el modelo propuesto de síntesis mediante la construcción convergente y caracterización de dendrones y dendrímeros empleando moléculas de GABA como parte integral de su estructura. Como elementos complementarios para la construcción de cada dendrón y dendrímero se emplea ácido 2,2-bis(hidroximetl) propanóico como unidad de ramificación y trimetilol propano como nÚcleo. Los enlaces empleados son éster y amida, susceptibles de hidrólisis. El dendrímero de segunda generación contiene 9 moléculas de GABA en su estructura.
    • Desarrollo de aplicaciones virtuales de entrenamiento médico incorporando dispositivos hápticos

      Ricárdez Vázquez, Eusebio; EUSEBIO RICARDEZ VAZQUEZ;348934 (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2016-09-02)
      En la actualidad los ambientes virtuales de aprendizaje son herramientas ampliamente utilizadas en el ámbito académico y están presentes en prácticamente todas las áreas del conocimiento. La medicina no es la excepción, inclusive es una de las áreas en las que los ambientes de simulación presentan grandes ventajas, al evitar que el aprendizaje sea en cadáveres o seres vivos. Se ha demostrado que un ambiente virtual es más eficaz cuando puede enviar al usuario sensaciones táctiles que permitan al usuario interactuar de forma más completa con el mismo. En este trabajo se desarrollan las técnicas necesarias para generar un ambiente virtual de entrenamiento médico que envía al usuario sensaciones táctiles a través de dispositivos hápticos, para lo cual se modeló el instrumental quirúrgico necesario. Se propone una forma de simular piel humana con diferentes características como grosor, flexibilidad, textura, etc. Se plantea un método de generación de respuesta háptica (haptic rendering) para superficies deformables aplicado a dicha piel. Se desarrolla un hilo que posee características que le permiten fijarse a una superficie deformable, colisionar con objetos sólidos y generar nudos simples. Como producto final de esta investigación, se muestra la integración e interacción de los diversos elementos citados anteriormente para generar el ambiente virtual de entrenamiento médico para realización de sutura: SutureHap. Las pruebas realizadas por los usuarios en el ambiente muestran que el comportamiento del mismo es cercano a un ambiente real y que puede ser usado para el entrenamiento de futuros médicos.
    • Desarrollo de aplicaciones virtuales de entrenamiento médico incorporando dispositivos hápticos

      Ricárdez Vázquez, Eusebio; Eusebio Ricárdez Vázquez
      En este trabajo se desarrollan las técnicas necesarias para generar un ambiente virtual de entrenamiento médico que envía al usuario sensaciones táctiles a través de dispositivos hápticos, para lo cual se modeló el instrumental quirúrgico necesario. Se propone una forma de simular piel humana con diferentes características como grosor, flexibilidad, textura, etc. Se plantea un método de generación de respuesta háptica (haptic rendering) para superficies deformables aplicado a dicha piel. Se desarrollo un hilo que posee características que le permiten fijarse a una superficie deformable, colisionar con objetos sólidos y generar nudos simples. --Resumen.
    • Design of an Ultra-Low Voltage Analog-Front-End for an Electroencephalography System

      Bautista Delgado, Alfredo F. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-06-01)
    • Design, fabrication and characterization of a high-speed, bimodal, CMOS-MEMS resonant scanner driven by temperature-gradient actuators

      Camacho León, Sergio; SERGIO CAMACHO LEON;213140 (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010-05-01)
    • Detection and Defense Mechanism against Security Attacks in Reconfigurable Networks: Network Coding Approach

      Villalpando Hernández, Rafaela (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2008-01-12)
      This document is a research work of a Doctorate in Information Technology and Communications of ITESM, in the field of examination environment, network coding applied to securing wireless reconfigurable networks under some physical impairments from several attacks. Wireless reconfigurable networks are prone to several routing security attacks such as sink holes, selective forwarding, black holes, wormholes and so on. Conventional security algorithms are processing expensive and vulnerable to central unit compromising. Network processing may provide several advantages in the implementation of distributed collaborative securing method for reconfigurable networks subject to security attacks. In this research work, we introduce a network coding method that detects security attacks related the routing process. The proposed method works on a distributed fashion performing linear network coding over nodes composing a given route. The proposed methodology uses network coding not only to distribute content, but also to provide data confidentiality by cooperation as a mechanism of detection. The method provides a robust response for varying network conditions, such as large node density, high interference, and route failure due to Rayleigh channel fading. In this research work, we introduce an interference analysis of the proposed security method caused by the nearest neighbor to the route. We also introduce an outage probability analysis due to link failures in routes caused by a Rayleigh fading channel. The detection capabilities of the network coding based detection and defense method are analyzed under both impairments. The security method is faced to different attack probabilities, several network densities and transmission ranges, where parameters like packet overhead and successfully received packet as well as the detection accuracy of the method are analyzed throughout simulations. Finally, we provide an algebraic representation of a network implementing the proposed security method and formulate the sufficient conditions for feasibility of routes commanding the method. Also an alternative criterion for route selection is formulated in basis of the algebraic representation.
    • Development of a hybrid ejector-compressor refrigeration system with improved efficiency

      Gutiérrez Ortiz, Alejandro; ALEJANDRO GUTIERREZ ORTIZ;347162 (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2016-09-02)
      The present doctoral dissertation addresses the design of an ejector suitable for a thermally driven hybrid ejector-compressor cooling system; research was aimed at improving the performance of the ejector in terms of both critical backpressure and entrainment ratio. An ejector efficiency analysis is presented to establish a theoretical limit for the maximum achievable entrainment ratio of an ejector undergoing a fully reversible process without entropy generation; the main sources of irreversibility within the ejector are subsequently discussed. The shock circle model is implemented as a mean to predict the entrainment ratio for an ejector with a given set of nozzle and constant area section diameters; experimental results from the literature are presented and used to validate the model. A Computational Fluid Dynamics design exploration aimed at identifying the effects of the rest of the key geometrical parameters that are not covered by the mathematical model is also presented. In order to generalize the findings from this study for ejectors of different scales, the results are presented using non-dimensional parameters. The study showed that in order to guarantee a critical mode operation at the range of operating conditions suitable for a hybrid ejector-compressor cycle, only the constant area section or the nozzle throat diameters need to vary accordingly with the condenser backpressure. The optimum geometrical parameters found by the design exploration are used to propose an optimized ejector design, the Constant Rate of Momentum Change method is also implemented to generate a diffuser geometry that reduces one of the sources of entropy generation identified during the first stages of this research. The assessment of the performance increase for the proposed ejector is measured against a baseline design; the results showed that the new ejector outperforms the baseline in terms of both entrainment ratio and critical condenser backpressure. The thesis concludes with a study to quantify the thermal efficiency increase of a hybrid ejector-compressor system employing the proposed ejector, lastly, the design for a test stand to experimentally verify the findings of this research work is proposed.
    • Development of SERS substrates for the characterization of cellular systems and the determination of molecules of interest

      Ornelas Soto, Nancy Edith; Aguilar Hernández, Iris Anahí; García García, Alejandra; Cárdenas Chávez, Diana Linda; Rodríguez Delgado, Melissa (2017-12-04)
      Raman spectroscopy is a powerful vibrational spectroscopy technique that provides useful information regarding the chemical composition of a sample. It is a label-free technique that can be successfully applied for both single analyte detection and the analysis of complex matrices. The only main limitation of Raman spectroscopy is the inherent low scattering efficiency. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is employed to overcome this limitation. SERS active structures are typically in the form of colloidal solutions, or as solid substrates with metallic nanostructures on the surface. The work included in this dissertation explores the development of SERS substrates for (a) the detection of a single molecule of interest, and (b) the analysis of cellular systems. For the detection of molecules of interest, two studies were carried out: In the first study, the ideal synthesis conditions of colloidal silver nanoparticles that rendered the highest SERS enhancement was explored via principal component analysis (PCA). The selected silver nanoparticles were used for the ultrasensitive detection of phenolic compounds in solution. The second work focused on the development of solid substrates, where gold nanoparticles were synthesized and immobilized on a carbon nanofibers matrix and enhancement capacity of the SERS substrate was evaluated with Rhodamine 110. The use of SERS for the analysis of biological systems was also explored. First, the effect of an oxidative agent (CdTe quantum dots) on the freshwater microalgae H. pluvialis was studied with SERS via colloidal gold nanoparticles. Mammalian cell lines were also analyzed; Colloidal concave gold nanocubes were synthesized and immobilized onto a solid substrate for SERS enhancement of HeLa cells, showing that solid SERS substrates are also suitable for cell analysis. Finally, radiation resistant and radiation sensitive murine leukemia sublines were characterized for the first time by normal Raman spectroscopy and SERS, with the aim of contributing the development of predictive radiosensitivity assays. SERS substrates in colloidal and solid form were developed, and successfully used for the label-free detection of analytes in solution and complex biological samples, showing the versatility of SERS and contributing to this growing multidisciplinary field.
    • Diseño, Implementación y Validación de Sistema para Micromanufactura por UEDM

      Chaides Zúñiga, Oscar (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2012-01-12)
      El objetivo general del siguiente documento es presentar los resultados obtenidos, sobre la fabricación de microcanales en materiales conductores por medio de ?EDM los cuales pueden ser empleados para la generación de micro estructuras. Se desarrolló una metodología de control de espaciamiento (gap) la cual fue implementada utilizando componentes electrónicos tanto análogos como digitales de uso genérico. La implementación de la metodología fue probada en dos diferentes laboratorios con configuraciones de hardware diferentes basadas en motores a pasos con resultados satisfactorios probando con ello su portabilidad. Se analizó la capacidad del proceso de electroerosión en tres materiales conductores diferentes; Acero A36, Aluminio 6061 y Titanio 6Al4v. Micro perforaciones fueron realizadas de manera sistemática para la generación de modelos estadísticos para predecir el comportamiento del proceso. Se fabricaron microcanales continuos en acero A36 partiendo de estructuras prediseñadas. Se estudió el efecto del cambio de polaridad en el proceso con la finalidad de mejorar la rugosidad de los microcanales fabricados. La técnica de interferometría en luz blanca para la perfilometría de superficies fue utilizada para la adquisición de datos referentes a profundidad, geometría y rugosidad de las estructuras fabricadas. Una técnica sencilla de compensación por desgaste del electrodo fue utilizada para lograr la fabricación de microcanales en acero A36.
    • District Design for a Parcel Delivery and Pick up Problem

      González Ramírez, Rosa G. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-01-06)
      In this dissertation, a mathematical formulation and a solution method are proposed for a logistics districting problem. Experimental results in comparison with CPLEX 11.1 are presented in order to test the performance of the proposed solution procedures. The testing was performed using several types of generated instances as well as using data provided by a parcel company. The procedures strive to optimize two criteria: compact shape of the districts and balance of workload content among districts. The problem in which a geographical area is portioned into districts with the aim of optimize some criteria under consideration has been shown to be NP- Complete by Altman, 1997. The difficulty of the problem makes employing an exact procedure impractical and motivated us to propose heuristics to solve the problem. The procedure proposed is a hybrid heuristic that combines some elements of metaheuristics such as Tabu Search and GRASP.
    • Effects of Sorghum Digestibility, Endosperm Texture and Type Phenolic Profile on Postharvest Resistance to Maize Weevil and Fuel Ethanol Production

      Chuck Hernández, Cristina E. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2012-01-12)
    • Effects of sound on growth, viability, protein production yield and gene expression in Escherichia coli.

      Acuña González, Edgar
      The effect of sound on biological systems is a subject that has been previously explored, mainly in relation to its use to increase agricultural production. However, the potential of this phenomenon has not been exploited properly because present studies have focused only on one or two sound elements for the characterization of their biological effects. In this sense, the effects of other sound wave elements have been overlooked. In the present work, the effects of frequency, amplitude, duration, intermittence and pulse - individually and in combination - were characterized in Escherichia coli through the measurement of its biomass, viability and yield production of recombinant protein. The treatments of frequency and duration increased the concentration of biomass in 19% and 44% respectively at time 24 h; however, high variability was observed in both treatments. The amplitude treatment had a significant effect on the viability, which the duration of the exponential phase was doubled. The intermittency treatment increased the yield of recombinant protein 1.5 times without significant contribution of the other sound elements. Based on this observation, the effect that intermittency could have on the upregulation of the expression of genes involved in the production of recombinant proteins was investigated. The RNA of three candidate genes (BarA, CheA and CpxR) was quantified in the presence of an intermittent sound. All genes were upregulated (1.38, 2.66 and 1.33 times respectively); however, only upregulation related to chemotaxis (CheA) was statistically significant. Finally, an omnidirectional sound source was adapted to small-volume commercial bioreactors to characterize the distribution of sound within the container. It was determined that the implementation of sound induction in a commercial bioreactor is feasible, although limited to certain specific frequencies close to 500 and 1000 Hz. The integral nature of this characterization presents a deeper understanding of bacterial systems and also offers a way through which it is possible to explore its application for industrial purposes.
    • Elaboración de sistemas multicapas a partir del diseño, construcción y caracterización de un reactor de deposición física de vapor (PVD)

      Rojo Valerio, Alejandro; ALEJANDRO ROJO VALERIO;238053 (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-11-01)
      En la presente tesis se tiene el desarrollo de un sistema multicapa CrN / A1N sobre un acero H13 elaborados mediante la depositación física de vapor, en donde lo que se persiguió fue el mejorar las propiedades tribológicas que se presenta en este acero grado herramienta que se usa para operaciones de trabajado en caliente. Algunos de los usos principales de este acero H13 es como dados de fundición, forja y extrusión, en donde los principales problemas tribológicos que se presentan son debido a la fatiga térmica la erosión y la corrosión. Para poder llevar a cabo estos recubrimientos multicapas, fue necesario el diseñar, construir y caracterizar un reactor que realizara el me?todo de depositación física de vapor (PVD), apoyándose para la generación de este sistema multicapa de magnetrones no balanceados. Para ello la primera parte del escrito trata sobre el desarrollo que se hizo sobre el diseño y construcción del reactor PVD a través de dividirlo en tres sistemas principales que son: 1) el sistema de extracción y suministro de gases, 2) el sistema de descarga y generación de recubrimientos y 3) el sistema de análisis del plasma. Con lo cual se explica a mayor detalle en la tesis los componentes principales que integran estos sistemas, siendo una característica distintiva en el diseño de este reactor PVD el suministro de nitrógeno cerca de los blancos. Después se realiza una caracterización del funcionamiento de operación del reactor a partir de análisis del plasma con ayuda de la sonda de Langmuir, así como por espectrometría de emisión óptica (EOS). Con ello se encontró una correlación entre el análisis del plasma y los para?metros del PVD con respecto a la operación misma del reactor a través de sus sistemas. Para corroborar el buen funcionamiento del reactor PVD construido así como la elaboración del sistema multicapa CrN / A1N sobre el H13, fue necesario el caracterizar los productos elaborados mediante los análisis de microscopía electrónica de barrido y sus espectros (SEM - EDS), así como por SEM de alta resolución y por difracción de rayos-X (DRX). Los resultados de estos análisis se relacionaron con respecto a los parámetros de operación del reactor PVD, encontrándose una característica interesante cuando se suministra nitrógeno cerca del blancos para apoyar en la formación de los nitruros deseados. Al final del presente trabajo se tiene una recapitulación de los objetivos perseguidos dentro del marco de la tesis con respecto a los diferentes apartados del escrito, encontrándose satisfactoriamente la elaboración de los recubrimientos multicapas CrN / A1N sobre el H13 que mejoraron las propiedades tribológicas que se buscaron, además que el reactor PVD diseñado y construido dentro del desarrollo de la presente tesis desarrolló este sistema multicapa buscado. Teniendo adema?s para este reactor PVD, características de versatilidad para utilizar diferentes fuentes de energía así como el poder elaborar capas sencillas, sistemas multicapas y sistemas de recubrimientos multicomponentes con este mismo equipo. Como conclusión general final se tiene que se logró correlacionar el proceso de elaboración de las capas, la estructura que las capas tienen así como las propiedades físicas y mecánicas que se pueden conseguir en estas capas, a partir de los análisis tanto de la caracterización del plasma y de la caracterización de los productos presentados durante el desarrollo de la presente tesis. Es decir se encontraron relaciones entre el proceso, los productos y las propiedades de estos productos.
    • Emotional Domotics: acquisition of an equation for the correlation of emotional states and environmental variables through the facial expressions analysis of the user

      Navarro Tuch, Sergio Alberto
      The emotional domotics that is a concept developed by our research team seeks to integrate the subject or user of an inhabitable space as central element for the modulation and control of the environmental variables in a house automation implementation. This research proposed working with an influence on the subject emotional and physiological state, presenting an approach to state the subjects analysis when the light hue, temperature, and humidity are varied. The first experimental results led to the finding of the emotional response time dynamics. Such dynamics were important for further design and implementation of the control loops in-house automation systems for emotion modulation. Throughout this document, the details and progress of the research in emotional domotics, with the aim of developing a controlled algorithm for living space based on the user’s emotional state, will be illustrated and detailed. This project is centered on domotics (home automation) systems, which is, a set of elements installed, interconnected and controlled by a computer system. After introducing the investigation’s core, general preview, and the experiment´s description conducted with light hue variation. After the first experiments that led to the emotional response time dynamics. further research was developed in order to acquire and communicate the control system and to process and recover the physiological variables. The final sections of the work present a final experiment in which together the variables of temperature, humidity, and light intensity were applied to a more complete testing methodology. Which led to the final correlation equations for each of five basic emotions selected. These equations may allow us to propose an initial plant model for a control system to be developed by future researchers.
    • Enabling Intelligent Organizations: An Electronic Institutions Approach for Building Agent Oriented Information Systems

      Robles Pompa, Armando (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2008-01-07)
      In this Thesis, we describe a framework to build large information systems that sup� port the operation of enterprises. We base our framework in the application of agent technologies and the concept of Electronic Institutions for the design and development of Institutional Agent Oriented Information Systems. This framework is based on an "institutional perspective" considering an organization as a group of people that use Information Technologies (IT) in order to better achieve some shared objectives. For controlling the interaction between human activities and IT resources, we decided: i) to use the concept of "Agent" to represent in the computational world human participation and availability of IT resources like business processes and data bases; ii) to use the concept of workflows to control the interaction between agents; and iii) to use the concept of Electronic Institutions to capture the way an organization works and to implement workflows in the intended institutional perspective. Using the electronic institution theory, we model the behavior of the real-organization using its context and procedural rules. The electronic institution produces an automated version for this model that is the input to the computational world. The computational world interpretation for this model implements an Intelligent Organization specifying in what order an subject to what conditions the intervening agents should interact in the specified context. We have built and deployed the framework consisting of organizational middleware and domain agents, and we demonstrated the viability of our approach using our ideas, con� cepts and framework in a world class information system for management and operation of hotels.
    • Engineering mammalian-specific post-translational modifications in plant-derived proteins: phosphorylation and Mucin-type O-glycosylation as a challenge.

      Ramírez-Alanis, Israel A.
      Expression of economically relevant plant-derived recombinant proteins in alternative expression platforms, especially plant expression platforms, has gained significant interest in recent years, due to the possibility to reduce production costs, or because of product quality of production. Among the different qualities that plants can offer for the production of recombinant proteins, capability to perform post-translational modifications like protein glycosylation and phosphorylation are some of the crucial ones since it has an impact on pharmaceuticals functionality and/or stability or protein activity, respectively. In this dissertation, the pharmaceutical glycoprotein human Granulocyte-Colony Stimulating Factor is transiently expressed in N. benthamiana, as several protein versions targeted to different compartments (apoplast, cytoplasm and as protein bodies), offering an alternative for the consideration of production of this protein. Furthermore, the glycoprotein was subjected to the native GalNAc-O-glycosylation, by co-expressing the pharmaceutical, together with the enzymes responsible for such glycosylation. In the case of phosphoproteins, the bovine β- and κ-caseins and their specific kinase the bovine Fam20C were also expressed for the first time in N. benthamiana plants, to assess the feasibility of controlling their phosphorylation pattern, which could be considered for the generation of soybean transgenic lines, enriched with such nutraceutical and nutrimental phosphoproteins.
    • Estrategias de movimiento para la localización y construcción de mapas con múltiples robots móviles en interiores

      Muñoz Gómez, Lourdes (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-01-12)
    • Estrategias para la Purificación de Proteínas Pegiladas Utilizando Cromatografía de Interacción Hidrofóbica: Ribonucleasa A como Modelo de Estudio

      Mayolo Deloisa, Karla P. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2012-01-05)
      La PEGilación es la unión covalente de una proteína a una o varias cadenas de poli(etilen glicol) (PEG). Esta técnica ha sido utilizada para mejorar las propiedades fisicoquímicas de varias proteínas utilizadas como drogas terapéuticas. Durante la reacción de PEGilación se forman diferentes bioconjugados variando en el nÚmero de cadenas de PEG añadidas y el sitio de unión. La purificación de proteínas PEGiladas consiste en remover todas las especies que no formen parte del producto de interés, lo que involucra dos retos principalmente: 1) la separación de las proteínas PEGiladas del resto de los productos de la reacción y 2) el sub-fraccionamiento de las proteínas PEGiladas en base al grado de PEGilación y a los isómeros posicionales. Los métodos cromatográficos han sido frecuentemente utilizados para resolver las mezclas de la reacción de PEGilación, la cromatografía de exclusión molecular (SEC) y de intercambio iónico (IEC) son las más utilizadas. Comparativamente muy poco trabajo ha sido realizado para explorar otras técnicas como la cromatografía de interacción hidrofóbica (HIC). Por otro lado, una revisión detallada de la literatura muestra que las técnicas no-cromatográficas (ultrafiltración, sistemas de dos fases acuosas, electroforesis, etc.) son básicamente utilizadas para la caracterización de los productos de la reacción de PEGilación. Dentro de este contexto, en este trabajo se presenta el estudio de la separación de los productos de la reacción de PEGilación de RNasa A utilizando diferentes condiciones y tipos de resinas en HIC. Se demuestra que el uso de un soporte ligeramente hidrofóbico como CH sefarosa 4B cubierta con Tris, puede ser utilizado como una alternativa para la separación de las proteínas PEGiladas de la proteína nativa. Adicionalmente, los productos de la reacción de PEGilación fueron separados utilizando tres resinas con diferente grado de hidrofobicidad: butil, octil y fenil sefarosa. Se evaluaron los efectos del tipo de resina, el tipo y la concentración de sal (sulfato de amonio y NaCl) y la longitud del gradiente sobre el proceso de separación. Se calcularon la pureza y el rendimiento empleando el modelo de platos. Bajo todas las condiciones analizadas, la proteína nativa es completamente separada de las especies PEGiladas. Las mejores condiciones para la purificación de RNasa A monoPEGilada se dan cuando se utiliza la resina butil sefarosa, sulfato de amonio 1M y un gradiente de elución de 35 CVs. Con esto es posible obtener un rendimiento del 85% y una pureza del 97%. Este proceso representa una alternativa viable para la separación de proteínas PEGiladas.
    • Evaluation of Hydrogel Materials for Insulin Delivery in Closed Loop Treatment of Diabetes Mellitus

      Sánchez Chávez, Irma Y. (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2008-01-01)
      The recovery of diminished or lost regulatory functions of physiological systems drives important research efforts in biomaterials and modeling and control engineering. Special interest is paid to diabetes mellitus because of its epidemic dimensions. Hydrogels provide the multifunctionality of smart materials and the applicability to medical regulatory systems, which is evaluated in this dissertation. The polymeric matrix of a hydrogel experiences reversible changes in volume in response to the pH of the environment, which depends on the presence of key metabolites in a physiological medium. The hydrogel swells due to internal repulsive electrostatic forces opening the matrix and releasing a preloaded drug. The contracted state of the hydrogel hinders the diffusion of the drug out of the polymer. In this work, poly(methacrylic acid-graft-ethylene glycol), P(MAA-g-EG), hydrogel membranes that incorporate glucose oxidase are used for insulin delivery. These glucose sensitive membranes are characterized and modeled for the closed loop treatment of type I diabetes mellitus. A physiological compartmental model is extended to represent the treatment system of a diabetic patient. Physical parameters of the P(MAA-g-EG) hydrogel material are obtained from experimental characterization and used as a basis to describe anionic and cationic hydrogels. The performance of the system closed by a hydrogel-based device is explored and compared to the dynamic behavior of a conventional scheme with an explicit controller element. A control algorithm for optimal insulin delivery in a type I diabetic patient is presented based on the linear quadratic control problem theory. The glucose-insulin dynamics is first represented by a linear model whose state variables are the glucose and the insulin concentrations in the blood. These variables allow the formulation of an appropriate cost function for a diabetes treatment in terms of the deviation from the normal glucose level and the dosage of exogenous insulin. The optimal control law is computed from this cost function under the servocontrol and regulatory approaches. Superior robustness of the regulatory control design is shown before random variations of the parameters of the linear physiological model. Further evaluation of the regulatory controller is realized with a high order nonlinear human glucose-insulin model. The control system performance can be improved by adjusting the weighting factors of the optimization problem according to the patients needs. The optimal controller produces a versatile insulin release profile in response to the variations of blood glucose concentration. Simulations demonstrate limitations in the range of swelling and contraction of hydrogels in a physiological environment due to factors such as the continuous presence of glucose in blood composition, the buffer characteristics of physiological fluids and the Donnan equilibrium effect. Results show that insulin loading efficiency is critical for the long term service of a hydrogel-based device, while delivery by a diffusion mechanism is convenient since it allows a basal insulin supply. The evaluation of hydrogel macrosystems prompts the consideration of the detected pros and contras in hydrogel microsystems, as well as in composite systems that may combine different materials and structures.