Dissertação

{pt_PT=Optical Neurostimulation Spine Endoprosthesis} {} EVALUATED

{pt= A optogenética tem demonstrado potencial na satisfação de necessidades clínicas na esfera da medicina terapêutica e regenerativa. Embora, na última década, tenhamos assistido a um considerável progesso na área, possibilitando o controlo optogenético através de dispositivos implantáveis em ensaios in vivo, existe ainda uma enorme margem de melhoramento no que diz respeito a este tipo de aparelhos. Esta tese foca-se no devenvolvimento de uma endoprótese biomédica que, colocada na coluna vertebral, é capaz de provocar estimulação ótica em determinadas células alvo. O dispositivo médico implatável provoca estimulação ótica através de canais LED e utiliza electrónica programável para controlar as propriedades da luz, tais como o comprimento de onda, potência luminosa e ciclo de pulsos. O aparelho apresentado é alimentado através de indução magnética e o seu sistema de transferência de energia, sem fios, foi projetado seguindo um processo de otimização. Tendo como o objectivo maximizar a eficiência do seu desempenho, foi possível obter um rendimento de 74.3% através de um fantoma de tecido corporal. Com o propósito de se observar alterações ao nível da fluorescência, foram executadas experiências in vitro. Tais observações tornaram possível concluir que uma irradiância de 3.33 é suficiente para atingir o nível máximo de fluorescência de uma dada célula, o que poderá implicar a sua capacidade máxima de gerar radicais de oxigénio. Várias estruturas de modelos paramétricos foram testadas, sendo possível concluir-se que um modelo de segunda ordem (com dois pólos e um zero) será o mais adequado para representar uma célula transfectada com miniSOG. , en=Optogenetic technologies offer an innovative and promising approach for addressing unmet clinical needs in the sphere of therapeutic and regenerative medicine. Although major breakthroughs have been made on this technology during the last decade to enable optogenetic control in normal and disease states using implantable devices, there is much potential for further improvements concerning these tools. This thesis focuses on the development of a biomedical spine endoprosthesis capable to delivering optimized optical stimulation to optogenetically targeted cells. The neurostimulation endoprosthesis performs optical cell stimulation through LED channels and relies on programmable electronics to control light properties, such as wavelength, power density and pulse cycle. The purposed device is powered through inductive energy transfer and its wireless power transfer system was designed following an optimization process. Aiming to maximize its performance, it was possible to reach an efficiency value of 74.3% through a body tissue phantom. In order to observe cell response to blue illumination, In vitro experiments with miniSOG-targeted cells were conducted. These observations revealed that a light power density 3.33 mm/mW^2 is sufficient to elevate the fluorescence level to its maximum value, which might imply its maximum capability of generating single oxygen. After testing a number of parametric model structures on the observed behaviour of a few cells upon blue illumination, a second order model suited the general miniSOG-targeted cell system satisfactorily. The research and experiments performed in this work hold a "proof-of-concept" utility and serve as starting point for further development of the presented technologies.}
{pt=Optogenética, Neuroestimulação óptica, miniSOG, Medicina terapeutica e regenerativa, Dispositivo implantável, en=Optogenetics, Optical Neurostimulation, miniSOG, Therapeutic and Regenerative Medicine, Implantable Device}

Dezembro 3, 2019, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Federico Herrera

Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado