Escola de Doctorat

Data de lectura: 05/06/2025

• LAUT TURÓN, SERGI: Architecture-aware Sparse Patterns to Accelerate Inverse Preconditioning
  
  Autor/a: LAUT TURÓN, SERGI
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORS
  Departament: Departament d'Arquitectura de Computadors (DAC)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 10/04/2025
  Data de lectura: 05/06/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Sala C6-E101
  Director/a de tesi: CASAS GUIX, MARC | BORRELL POL, RICARD
  Resum de tesi: Aquest treball es centra en millorar l'eficiència dels mètodes iteratius per resoldre sistemes lineals grans i dispersos.Aquests problemes sorgeixen en molts camps, com ara la modelització del clima, la dinàmica molecular i de fluids, entre d'altres.Per resoldre'ls, s'utilitzen mètodes iteratius com el Gradient Conjugat (CG) i el Residu Mínim Generalitzat (GMRES).La seva eficiència depèn en gran mesura de l'elecció dels precondicionadors, que acceleren la convergència millorant les propietats numèriques del sistema.Els precondicionadors "Sparse Approximate Inverse" (SAI) i la seva variant factoritzada (FSAI) per a sistemes simètrics i definits positius són atractius per la seva naturalesa paral·lela i aplicació senzilla mitjançant productes Matriu-Vector dispersos (SpMV).Els SAI i FSAI d'última generació defineixen els seus patrons de dispersió basant-se principalment en aspectes numèrics.Aquest treball presenta nous precondicionadors considerant l'arquitectura on s'executen, dissenyats per millorar el rendiment optimitzant el procés de selecció de patrons de dispersió.La primera contribució presenta el precondicionador "Factorized Sparse Approximate Inverse with Pattern Extension" (FSAIE), una versió optimitzada de FSAI adaptada a arquitectures de CPU de memòria compartida.FSAIE introdueix un algorisme que amplia els patrons de dispersió considerant els accessos a la memòria cau, millorant tant l'eficàcia numèrica de FSAI com la seva eficiència computacional.A més, es proposa una estratègia de filtratge per eliminar les entrades numèricament insignificants, reduint el cost computacional sense comprometre la convergència.Aquestes tècniques milloren la localitat de les dades a l'SpMV, assegurant que els patrons de dispersió ampliats s'alineen amb els patrons d'accés a la memòria cau.La segona contribució amplia FSAIE als entorns de CPU de memòria distribuïda, introduint el precondicionador "Communication-aware FSAIE" (FSAIE-Comm).FSAIE-Comm considera els costs de la comunicació entre processos per garantir que l'extensió del patró de dispersió no introdueix una sobrecàrrega innecessària.Per evitar desequilibris, es desenvolupa una estratègia innovadora per distribuir la càrrega de treball computacional.La tercera contribució es centra en l'execució a la GPU amb la introducció del precondicionador "GPU-aware Factorized Sparse Approximate Inverse" (GFSAI).Mitjançant l'estructuració del patró de dispersió, s'optimitzen els accessos de memòria coalescents i s'exploten les característiques arquitectòniques específiques de la GPU.La contribució final generalitza les noves estratègies de precondicionament més enllà de FSAI amb la introducció del precondicionador "Communication-aware Sparse Approximate Inverse with Pattern Extension" (SAIE-Comm).Aquest mètode optimitza SAI per a entorns de memòria distribuïda, però s'adapta per a sistemes lineals generals on GMRES és preferible a CG.SAIE-Comm destaca la versatilitat i flexibilitat de les optimitzacions proposades, demostrant que les noves extensions de patrons es poden integrar eficaçment en diferents estratègies de precondicionament i solucionadors.Aquest treball avança l'estat de l'art en solucionadors iteratius i contribueix al desenvolupament de mètodes numèrics escalables i d'alt rendiment.Els mètodes proposats aconsegueixen millores substancials en el temps de solució a diverses arquitectures de computació d'alt rendiment (HPC), amb reduccions del 12,94% al 26,43% en cinc arquitectures de CPU diferents—Intel Skylake, Power9, Zen 2, A64FX i Intel Sapphire Rapids—i del 23,83% al 26,07% en dues arquitectures de GPU—Volta i Vega20—quan s'apliquen casos representatius de matriu dispersa.Aquests resultats destaquen l'impacte de les estratègies de precondicionament que consideren l'arquitectura en les aplicacions HPC modernes, obrint el camí per a solucionadors iteratius més eficients i escalables.
  

• PASTOR LÓPEZ, EDWARD JAIR: Nature-based solutions to reduce the spread of antibiotics and antimicrobial resistance genes in aquatic ecosystem
  
  Autor/a: PASTOR LÓPEZ, EDWARD JAIR
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA AMBIENTAL
  Departament: Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental (DECA)
  Modalitat: Compendi de publicacions
  Data de dipòsit: 14/04/2025
  Data de lectura: 05/06/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Place: ETSECCPBUPC, Campus NordBuilding C2. Classroom: 212C/Jordi Girona, 1-308034 Barcelona
  Director/a de tesi: MATAMOROS MERCADAL, VÍCTOR | ESCOLÀ CASAS, MÒNICA
  Resum de tesi: Els antibiòtics (ABs) són agents antimicrobians al quals la seva producció i el consum han augmentat exponencialment des del descobriment de la penicil·lina el 1929. L’ús excessiu d’ABs ha impulsat l’aparició de resistència als antibiòtics, provocant la detecció freqüent d’ABs i gens de resistència als antimicrobians (ARGs) en entorns aquàtics, principalment degut els efluents de les estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR), malgrat els esforços regulatoris. A més, les condicions metereològiques extremes prolongades, com les sequeres, intensifiquen aquest problema al reduir la disponibilitat d’aigua, amenaçant els ecosistemes aquàtics i la salut humana. Tot i que s’han desenvolupat tecnologies avançades de tractament d’aigua, com l’ozonització o els sistemes basats en membranes, poden eliminar aquests contaminants de l’aigua residual, el seu elevat cost de construcció i manteniment ha limitat la seva implementació generalitzada. Alternativament, les Solucions basades en la Natura (SbN) han sorgit com una opció potencial gràcies a la seva rendibilitat i capacitat per eliminar una àmplia varietat de contaminants. No obstant això, els estudis sobre la reducció d’ABs i ARGs a escala real mitjançant NBS aplicades al tractament d’aigües residuals o als cursos fluvials continuen sent limitats.Aquesta tesi doctoral es presenta com un compendi de publicacions i avalua l’eficiència de les SbN en la reducció d’ABs i ARGs de les aigües residuals. En primer lloc, es va realitzar un estudi de revisió per analitzar la capacitat de les SbN per reduir la presència d’ABs, ARGs i patògens en diversos entorns aquàtics, des del tractament secundari fins a zones estuarianes i maresmes salines (Capítol II – DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.174273). En segon lloc, es va monitoritzar el rendiment de dues configuracions d’aiguamolls construïts (AC) a escala real com sistemes terciaris durant les estacions d’estiu i hivern per avaluar la reducció d’ABs i ARGs. La seva eficiència es va comparar amb un sistema convencional de tractament terciari d’aigües residuals (Capítol III – DOI: 10.1016/j.watres.2024.122038). En tercer lloc, es va analitzar l’impacte de les aigües residuals en rieres renaturalitzades en la reducció d’ABs i ARGs al llarg de les variacions estacionals, mitjançant el monitoreig de rieres amb més i menys vegetació durant el període càlid i fred (Capítol IV – DOI: 10.1016/j.envres.2025.120910).Els descobriments presentats en aquest projecte de recerca doctoral demostren que les SbN són alternatives rellevants per a la gestió del tractament d’aigua en conques fluvials. Els AC com a sistemes terciaris han demostrat la seva capacitat de millorar els paràmetres generals de qualitat de l’aigua i eliminar ABs i ARGs. A més, a diferència dels sistemes convencionals, aquests sistemes afavoreixen un canvi en la composició microbiana cap a un perfil més natural i redueixen més els riscos ecotoxicològics i de selecció de resistències que una planta convencional de tractament terciari d’aigües residuals. A més, les rieres amb vegetació i meandres han demostrat augmentar la velocitat de degradació dels ABs i l’atenuació dels ARGs, promou canvis graduals en les estructures de les comunitats bacterianes i disminueixen els riscos ecotoxicològics i de selecció de resistència, especialment durant el període càlid. Les investigacions futures haurien de centrar-se en l’avaluació de noves configuracions de SbN a escala real, la identificació dels productes de transformació (PTs) i d’altres microcontaminants aquàtics, la quantificació de diversos ARGs i l’avaluació de l’estat ecològic.
  

• SETIEN UGALDE, IÑAKI: Enhanced Inherent Strain Modelling for Powder-Based Metal Additive Manufacturing
  
  Autor/a: SETIEN UGALDE, IÑAKI
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA CIVIL
  Departament: Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Camins, Canals i Ports de Barcelona (ETSECCPB)
  Modalitat: Compendi de publicacions
  Data de dipòsit: 10/04/2025
  Data de lectura: 05/06/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Campus Nord - UPCCIMNE - Edifici C1 C/ Gran Capità,s/nSala OCZ (Zienkiewicz)08034, Barcelona https://meet.google.com/nvd-fqgp-gsc
  Director/a de tesi: CHIUMENTI, MICHELE | SAN SEBASTIÁN ORMAZABAL, MARÍA
  Resum de tesi: La fabricació additiva de metalls, en particular la fusió de llit de pols mitjançant làser (\textit{PBF-LB, per les seves sigles en anglès, Powder Bed Fusion - Laser Beam}), ha revolucionat la manufactura industrial en permetre la fabricació directa de components metàl·lics complexos i optimitzats a partir de models digitals. Aquest procés ofereix diversos avantatges clau, com una major eficiència en l’ús del material, flexibilitat geomètrica i la capacitat de produir peces amb dissenys avançats. No obstant això, els ràpids cicles tèrmics inherents a la fabricació additiva capa per capa generen alts gradients tèrmics. Això dona lloc a tensions residuals i distorsions que comprometen la precisió dimensional i la integritat estructural de les peces, limitant-ne l’adopció a nivell industrial. Les simulacions termo-mecàniques basades en el mètode dels elements finits (MEF) permeten predir aquests efectes amb alta fidelitat, però el seu elevat cost computacional en restringeix l’aplicabilitat en entorns industrials. Com a alternativa, el mètode de la deformació inherent (\textit{ISM, per les seves sigles en anglès, Inherent Strain Method}) simplifica el problema en condensar els efectes termo-mecànics en un tensor de deformacions aplicable en simulacions elàstiques. No obstant això, la determinació precisa d’aquest tensor continua sent un repte, fet que afecta la fiabilitat de les seves prediccions en geometries industrials complexes. Aquesta tesi presenta un mètode millorat de deformació inherent (\textit{EISM, per les seves sigles en anglès, Enhanced Inherent Strain Method}), que millora la capacitat predictiva de l’ISM integrant una anàlisi tèrmica a escala macro amb l’ISM original. Així, el tensor de deformació inherent es modifica dinàmicament en funció de l’evolució tèrmica global de la peça. Aquesta millora permet incorporar els efectes tèrmics específics de la geometria i les condicions de contorn. D’altra banda, s’han desenvolupat dues estratègies complementàries per a la determinació del tensor de deformació inherent: (1) una estratègia empírica, basada en la calibració amb cupons de doble mènsula on les distorsions mesurades després d’un tall parcial permeten la determinació del tensor mitjançant enginyeria inversa, i (2) una metodologia numèrica basada en models termo-mecànics locals detallats que apliquen tècniques d’homogeneïtzació dins d’un marc multiescala. La calibració i validació experimental de les metodologies es va realitzar mitjançant components de Ti-6Al-4V fabricats amb \textit{PBF-LB}. Es van dur a terme mesures de temperatura mitjançant termoparets embeguts, així com mesures de distorsions i tensions residuals utilitzant màquines de mesura per coordenades (MMC), escaneig 3D i perforació incremental (\textit{HD, per les seves sigles en anglès, Hole Drilling}). Es van analitzar diferents geometries, incloent-hi bigues de doble mènsula, un pont no simètric i un component aeroespacial industrial (\textit{Steady Blowing Actuator}). Els resultats van demostrar que l’EISM millora significativament la predicció de distorsions respecte a l’ISM convencional, reduint l’error a menys de la meitat i amb un cost computacional assumible. En conclusió, aquesta tesi presenta dos mètodes per calcular el tensor de deformació inherent (empíric i numèric) i introdueix la metodologia EISM per a la predicció de distorsions, millorant la precisió en la predicció de distorsions en PBF-LB. D’aquesta manera, es redueix la dependència d’assajos experimentals basats en prova i error, avançant cap a un disseny optimitzat basat en simulació i facilitant l’adopció industrial de la fabricació additiva de metalls.
  

Data de lectura: 06/06/2025

• GUTIÉRREZ MONDRAGÓN, MARIO ALBERTO: Exploring the Dynamics of the beta2-Adrenergic Receptor: Insights from Explainable AI in GPCR Research
  
  Autor/a: GUTIÉRREZ MONDRAGÓN, MARIO ALBERTO
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: INTEL·LIGÈNCIA ARTIFICIAL
  Departament: Departament de Ciències de la Computació (CS)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 12/05/2025
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: VELLIDO ALCACENA, ALFREDO | KÖNIG, CAROLINE LEONORE
  Resum de tesi: Els receptors acoblats a proteïnes G (GPCRs) són proteïnes transmembrana que actuen com a mediadors crítics entre els senyals extracel·lulars i les respostes intracel·lulars. Aquestes entitats altament dinàmiques orchestren una àmplia varietat de processos cel·lulars en resposta a diversos estímuls, incloent-hi hormones, neurotransmissors i senyals ambientals. A causa de la seva versatilitat i del seu paper central en la comunicació cel·lular, els GPCRs són objectius farmacològics prioritaris per al tractament d'un ampli espectre de malalties, que va des de la diabetis i l'Alzheimer fins a diverses formes de càncer. Tot i els avenços significatius en la comprensió dels seus paisatges conformacionals dinàmics, els mecanismes moleculars precisos que subjauen a les seves transicions transitòries i complexes, especialment després de la unió de lligands, segueixen sent en gran part desconeguts a causa de la complexitat de les seves estructures. Això suposa un repte important per a la elucidació dels processos que regulen els seus mecanismes de senyalització.En aquesta tesi, aprofitem la gran quantitat d'informació generada per les simulacions de Dinàmica Molecular mitjançant models avançats d'Aprenentatge Automàtic per ajudar a descodificar el complex paisatge conformacional dels GPCRs. Un pas clau en el nostre enfocament consisteix a transformar les dades brutes de MD en formats estructurats més adequats per a l'anàlisi. Les Xarxes Neuronals Profundes, conegudes per la seva capacitat per capturar relacions complexes dins de grans conjunts de dades, constitueixen l'eix metodològic d'aquesta tesi. Combinades amb tècniques d'explicabilitat d'última generació, aquests models no només produeixen classificacions precises, sinó que també revelen mecanismes moleculars que impulsen el comportament dels GPCRs.El nostre objectiu va més enllà de construir models de classificació fiables. Pretenem descobrir patrons crítics i informació que aprofundeixin en la comprensió de la dinàmica dels GPCRs. Centrant-nos en el receptor beta2-adrenèrgic, aspirem a millorar la interpretació del comportament del receptor i a establir un marc sòlid per a aplicacions més àmplies en proteòmica.
  

Data de lectura: 10/06/2025

• DOROST, POROCHISTA: Nanoparticles made of poly(gamma-glutamic acid) derivatives for drug delivery systems
  
  Autor/a: DOROST, POROCHISTA
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: POLÍMERS I BIOPOLÍMERS
  Departament: Departament d'Enginyeria Química (EQ)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 14/03/2025
  Data de lectura: 10/06/2025
  Hora de lectura: 11:30
  Lloc de lectura: Aula de audiovisuales del DEQ en la ETSEIB (Planta G-2)Campus Diagonal Sud, Edifici PIAvda. Diagonal, 64708028 Barcelonahttps://etseib.upc.edu/ca
  Director/a de tesi: MARTINEZ DE ILARDUYA SAEZ DE ASTEASU, DOMINGO | GARCIA ALVAREZ, MONTSERRAT
  Resum de tesi: Els polímers s'han convertit en una de les principals opcions en l'àmbit biomèdic gràcies a les seves diverses propietats, funcionalitats i aplicacions. Característiques com la resistència mecànica, la biocompatibilitat i la biodegradabilitat els fan molt atractius per a diverses aplicacions mèdiques. Una de les aplicacions més destacades és l’alliberament controlat de fàrmacs. Els polímers i copolímers biodegradables són els materials principals per a la producció de dispositius mèdics i farmacèutics temporals. Aquests polímers poden ser sintetitzats químicament o produïts de forma natural. Els polímers biotecnològics obtinguts mitjançant processos biotecnològics han atret molta atenció per dues avantatges principals: primer, es deriven de recursos renovables; segon, produïts biològicament, solen ser biocompatibles, biodegradables i bioabsorbibles. Per tant, modificar aquests polímers per ajustar-ne les propietats o funcionalitats és una estratègia eficaç per al desenvolupament de materials biomèdics.El poli(γ-àcid glutàmic) (PGGAH) és un poli-γ-pèptid biocompatible i biodegradable amb grups carboxil en la seva cadena lateral que poden ser substituïts per modificar les propietats del polímer. En aquest estudi, el PGGAH va ser modificat hidrofòbicament i catiónicament. Mitjançant modificacions hidrofòbiques i alteracions en les propietats hidrofíliques, es van produir copolímers amfifílics capaços d'autoassemblar-se en sistemes de nanopartícules per a l'encapsulació i alliberament controlat de fàrmacs. Aquesta modificació es va fer mitjançant l'esterificació parcial dels grups carboxilat laterals amb bromur de 4-fenil-butil (4-PhBBr). Es va aconseguir una funcionalització addicional per produir nanopartícules protegides del sistema immunitari i dirigides mitjançant la reacció d’alguns grups carboxilat restants amb polietilenglicol amino-terminal (NH₂-PEG) i NH₂-PEG derivat amb àcid fòlic.La modificació catiónica d’aquest polímer biodegradable va permetre la formació de nanopoliplecs amb ADN. Aquesta modificació es va fer mitjançant l’esterificació dels grups carboxilat laterals amb bromur de 2-bromoetil trimetilamoni (BrETABr). Els derivats obtinguts es van utilitzar per preparar nanopartícules mitjançant tècniques d’emulsió/evaporació o nanoprecipitació per diàlisi. Es van obtenir nanopartícules de mida aproximada de 100 a 380 nm, demostrant el seu potencial com a sistemes d’alliberament de fàrmacs capaços d’encapsular el fàrmac anticancerigen doxorrubicina. L'estructura química dels derivats va ser caracteritzada mitjançant RMN de protó i carboni-13, i les seves propietats fisicoquímiques analitzades mitjançant GPC i anàlisi TGA. L’anàlisi de grups funcionals es va dur a terme amb FT-IR.La degradació hidrolítica es va monitoritzar amb RMN de ¹H, mentre que l’aparença de les nanopartícules es va observar amb SEM. La mida i càrrega superficial es van determinar mitjançant DLS i mesures de potencial zeta. Per a la sèrie de copolímers hidrofòbics, es van realitzar assaigs de citotoxicitat, confirmant la baixa toxicitat dels derivats sintetitzats. L’encapsulació i alliberament de fàrmacs es va avaluar inicialment en condicions fisiològiques, revelant una major taxa d’alliberament en pH àcid i influenciada pel grau de modificació del polímer. Les proves d’encapsulament cel·lular de les nanopartícules van demostrar que aquestes penetraven amb èxit en cèl·lules cancerígenes.Els resultats indiquen que el polímer biotecnològic PGGAH és un material prometedor per al disseny i desenvolupament de sistemes biodegradables d’alliberament de fàrmacs amb aplicacions terapèutiques en el tractament de malalties difícils de manejar farmacològicament.