Facultad de Ciencias
http://hdl.handle.net/10554/330
2024-03-19T12:29:42ZUtilizing Physics-Informed Neural Networks for Solving Forward Problems in Partial Differential Equations
http://hdl.handle.net/10554/66679
Utilizing Physics-Informed Neural Networks for Solving Forward Problems in Partial Differential Equations
Delgado Perez, Christian Fernando
Las Redes Neuronales Físicamente Informadas (PINNs, por sus siglas en inglés) representan una herramienta avanzada de aprendizaje profundo utilizada para la resolución numérica de problemas, especialmente aquellos relacionados con valores iniciales asociados a ecuaciones en derivadas parciales. El propósito de esta tesis es implementar el innovador método PINNs y algunas de sus variantes para abordar estos problemas, comparándolos con enfoques clásicos como los métodos de diferencias finitas. Aprovechando la capacidad computacional de un supercomputador (ZINE-Javeriana) y haciendo uso de herramientas gratuitas como Google Colab, buscamos evaluar la precisión y el tiempo de ejecución de estas metodologías en situaciones específicas donde contamos con soluciones explícitas.
2024-02-14T00:00:00ZIdentificación y caracterización in silico de potenciales chaperonas farmacológicas ortostéricas y alostéricas de la enzima NAGLU y evaluación de su acción chaperona in vitro
http://hdl.handle.net/10554/66533
Identificación y caracterización in silico de potenciales chaperonas farmacológicas ortostéricas y alostéricas de la enzima NAGLU y evaluación de su acción chaperona in vitro
Losada Diaz, Juan Camilo
La mucopolisacaridosis tipo IIIB (MPS IIIB), también conocida como síndrome de Sanfilippo B, es una enfermedad genética autosómica producida por mutaciones en el gen NAGLU, que codifica la enzima lisosomal N-alfa-acetilglucosaminidasa (NAGLU). Estas mutaciones conducen a una actividad reducida de NAGLU que le impide catalizar la hidrólisis de α-N-acetilglucosamina del glicosaminoglicano heparán sulfato. El heparán sulfato es un polisacárido lineal ácido expresado como parte de proteoglicanos, ubicado en las superficies celulares y en la matriz extracelular de los tejidos de los mamíferos, donde realiza funciones como receptor de varias proteínas, inhibidores de proteasas y transducción de señales, entre otras. La deficiencia de NAGLU provoca la acumulación de heparán sulfato en los lisosomas de varios tejidos, especialmente en el cerebro, lo que puede producir síntomas neurológicos graves y otros efectos patológicos. Actualmente, no existe ningún tratamiento aprobado para MPS IIIB. Ni la terapia de reemplazo enzimático (TRE) ni los trasplantes de médula ósea han demostrado ser efectivos.
Un enfoque novedoso en el tratamiento de las enfermedades por almacenamiento lisosomal es el uso de chaperonas farmacológicas (PC). Las PC son moléculas pequeñas que imitan el efecto de las chaperonas endógenas y pueden unirse a sitios ortostéricos o alostéricos de la enzima defectuosa en el retículo endoplásmico y reducir las barreras energéticas necesarias para que la proteína mutante adopte un plegamiento funcional. Por lo tanto, las PC pueden prevenir la agregación o degradación de proteínas a través del sistema de proteasoma de ubiquitina (UPS) o el mecanismo de eliminación de la respuesta de proteína desplegada celular (UPR). Aunque se han descrito varios PC para algunos LSD, hasta hace muy poco no se había descrito ningún PC para MPSIIIB. En este estudio, a través de un enfoque de reutilización de fármacos, identificamos y caracterizamos nuevas PC potenciales para la enzima NAGLU. Para este propósito, primero modelamos la interacción de sustratos naturales y artificiales dentro de la cavidad activa de NAGLU (sitio ortostérico), utilizando su estructura cristalina recientemente determinada por difracción de rayos X (código pdb: 4XWH, resolución: 2,34 Å) y también predijimos potenciales sitios alostéricos in silico utilizando métodos basados en fragmentación. La identificación de sitios alostéricos permitió identificar 12 puntos calientes potenciales diferentes, 6 de ellos en la superficie de la proteína. De estos 6 sitios alostéricos potenciales predichos, se seleccionaron para la detección virtual los dos con la energía de unión más favorable. Realizamos una evaluación virtual tanto para el sitio ortostérico como para los dos alostéricos en comparación con una base de datos seleccionada de 11,422 moléculas evaluadas en humanos. Con base en los resultados, y considerando factores como la afinidad de unión, la función biológica prevista y/o informada, la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y la absorción gastrointestinal, se seleccionaron 5 PC potenciales para una mayor caracterización in silico. Teniendo en cuenta los aspectos neuropatológicos graves de la enfermedad y la no invasividad de una administración gastrointestinal, seleccionamos las PC de mayor rango en las pruebas de detección que tenían tanto permeabilidad de la barrera hematoencefálica como absorción gastrointestinal. Las PC ortostéricas seleccionadas fueron atovacuona, un análogo de la ubiquinona, que tiene actividad antimicrobiana y antineumocística y se utiliza en protocolos antipalúdicos, tivantinib, un agente antineoplásico que inhibe c-Met, un receptor tirosina quinasa que desempeña múltiples funciones clave en el cáncer humano; y bifeprunox, un nuevo agente antipsicótico atípico que combina un agonismo mínimo del receptor D2 con un agonismo del receptor 5-HT.
Las PC alostéricas seleccionadas fueron piperaquina, un agente antipalúdico que inhibe la vía de desintoxicación del hemo del parásito P. Falciparum, y ponatinib, un nuevo inhibidor de la tirosina quinasa Bcr-Abl que es especialmente eficaz contra la mutación T315I para el tratamiento de la leucemia mieloide crónica. Posteriormente realizamos caracterizaciones de las interacciones PC-enzima y se evaluó su estabilidad de unión mediante simulaciones de dinámica molecular. Los sustratos naturales de la enzima provocaron interacciones con los residuos GLU316 y GLU446 del sitio activo, que se habían caracterizado previamente como los principales residuos catalíticos de la enzima. Todas las PC ortostéricas seleccionadas interactuaron con los residuos catalíticos del sitio activo. Con base en los resultados in silico, seleccionamos atovacuona y piperaquina para los ensayos in vitro para confirmar la unión a NAGLU humano, considerando que son los PC ortostéricos y alostéricos de mayor rango en las pruebas de detección, respectivamente, y también porque pretendimos probar si la PC alostérica reduce la competencia con el sustrato natural de la enzima, como se ha planteado la hipótesis. La evaluación in vitro nos permitió confirmar la unión a la enzima NAGLU y la capacidad de las PC para restaurar la actividad enzimática de la enzima mutante. En este sentido, mediante ensayos de cambio térmico, confirmamos la capacidad de la atovacuona y la piperaquina para estabilizar la estructura de la enzima NAGLU humana recombinante en respuesta a la desnaturalización térmica.
Además, mediante ensayos de actividad enzimática obtuvimos que, en respuesta al tratamiento tanto con atovacuona como con piperaquina, la actividad de la enzima NAGLU intracelular de dos líneas celulares diferentes de fibroblastos de pacientes aumentó significativamente. Estos resultados representan nuevas PC descritas para MPS IIIB y demuestran la posibilidad de diseñar nuevas alternativas terapéuticas para esta enfermedad y otras enfermedades relacionadas con la deficiencia de proteínas.
2021-08-03T00:00:00ZAproximación a la cuantificación del daño en el ADN a bajas dosisy su asociación con el riesgo de efectos estocástico
http://hdl.handle.net/10554/66407
Aproximación a la cuantificación del daño en el ADN a bajas dosisy su asociación con el riesgo de efectos estocástico
Quintero Velásquez, Laura
Los efectos de la radiación ionizante en los sistemas biológicos están bien caracterizados para dosis superiores a 100 mGy. Para dosis inferiores, se ha adoptado un modelo de riesgo conocido como el modelo lineal sin umbral. Este modelo se considera una alternativa conservadora que tiene como objetivo reducir la aparición de efectos secundarios debidos a la exposición a bajas dosis de radiación ionizante. Esta adopción se debe, en parte, a la limitada disponibilidad de datos en estas exposiciones (≤ 100 mGy).
Este estudio busca aproximarse a la cuantificación daño inducido en el ADN mediante la exposición a dosis de radiación en el rango de 50 a 150 mGy, utilizando electrones con energías de 30, 100 y 500 keV; y contrastar dichos resultados con reportes de efectos en estudios retrospectivos. Este daño se rastrea mediante la cuantificación de especies reactivas de oxígeno y roturas simples y dobles en la cadena de ADN inducidas por radiación, empleando simulaciones mecanicistas llevadas a cabo con Geant4-DNA.
De acuerdo con los resultados obtenidos, se observa un aumento significativo en la producción de agentes oxidantes en relación con el número de lesiones diarias generadas en el núcleo celular. Por otro lado, se observa una predominancia en la generación de rupturas simples respecto a las rupturas dobles. En consecuencia, es posible establecer una correlación entre los resultados anteriores y la posible aparición de enfermedades no cancerosas. Enfermedades que se encuentran relacionadas con otros factores como el estilo de vida y la interacción de complejas respuestas genéticas, inmunológicas y epigenéticas.
2024-01-07T00:00:00ZActividad del péptido antimicrobiano PNR16 encapsulado en nanopartículas de quitosano frente a Klebsiella pneumoniae
http://hdl.handle.net/10554/66165
Actividad del péptido antimicrobiano PNR16 encapsulado en nanopartículas de quitosano frente a Klebsiella pneumoniae
Gamba Calderón, Julieth Carolina
La resistencia antimicrobiana (RAM) continúa siendo una amenaza para la humanidad, donde la bacteria Klebsiella pneumoniae, representa un microorganismo de preocupación crítica debido a su elevada capacidad de resistencia a múltiples antibióticos de última generación. Ante esta situación, los péptidos antimicrobianos (PAMs) se presentan como una opción terapéutica para incrementar el número de alternativas en pro de combatir infecciones microbianas. Sin embargo, su aplicación en seres humanos ha sido limitada debido a problemas de estabilidad y toxicidad, por lo que es necesario buscar alternativas que ayuden a mejorar estas limitaciones y permitir con mucha más certeza su aplicación en un modelo biológico. Previos estudios han mostrado que el péptido PNR16 presenta actividad antibacteriana contra varias especies microbianas, incluyendo a K. pneumoniae, y posee una baja actividad citotóxica y hemolítica, con baja estabilidad química frente a proteasas del suero humano. Para incrementar sus propiedades terapéuticas, este proyecto está enfocado en hacer uso de la nanotecnología para encapsular el péptido antimicrobiano usando como material biocompatible el quitosano. El desarrollo y evaluación de este nuevo nanobioconjugado sobre bacterias multidrogorresistentes y un sistema in vivo invertebrado, nos permitirá conocer las capacidades antimicrobianas de este nuevo compuesto y determinar su avance hacia el uso en un sistema in vivo vertebrado.
2023-12-07T00:00:00Z