Estudo da atividade biológica de líquidos iónicos baseados em bis-piridínios em bactérias Gram-positivas e Gram-negativas

As resistências aos antibióticos estão a tornar-se um problema de saúde pública, estando a preocupar as várias entidades mundiais. Assim sendo, a descoberta de novas alternativas para combater infeções microbianas é crítica. Os líquidos iónicos (LIs) surgem, neste contexto, como um recurso a ser utilizado na indústria farmacêutica, nomeadamente na síntese de novos antibióticos. LIs demonstram a capacidade de melhorar as características dos ingredientes farmacêuticos ativos (API). No entanto, esta não é apenas a relevância destes compostos: propriedades antimicrobianas também têm sido descritas. LIs combinados com APIs ou LI como um API estão a dar uma nova perspetiva aos antibióticos. Os bis-piridínios estão, agora, a ser alvo de estudos também nesta área. Propriedades antimicrobianas de bis-piridinio têm sido descritas. O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade de sais bis-piridínios como antimicrobianos. Os LIs derivados de bis-piridínio foram sintetizados e purificados pelo grupo Luís C. Branco da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, e usado após a confirmação das estruturas e pureza por ressonância magnética nuclear e espectrometria de massa. As bactérias utilizadas pertencem à coleção de Química e Biomoléculas da ESTSP. Para avaliar a atividade biológica dos compostos foram determinados os valores de concentração mínima inibitória (MIC), pelo método de microdiluição, de acordo com a metodologia do Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI). A determinação das taxas de crescimento também foi feita pelo método de microdiluição. Foram estudados 12 LIs contra 9 estirpes bacterianas, muitas das quais resistentes aos antibióticos. Apenas três dos compostos não mostraram nenhuma atividade antimicrobiana para as concentrações estudadas (<5 mM). Dois LIs mostraram atividade biológica contra todas as bactérias estudadas, incluindo o S.aureaus MRSA ATCC 43300. Seis dos sete restantes compostos demonstraram atividade biológica contra a maioria das bactérias estudadas. Só um composto mostrou atividade contra uma única bactéria. Os LIs bis-piridínios têm atividade biológica contra bactérias Gram-positivas e Gram- negativas, incluindo bactérias resistentes. Assim, estes compostos devem ser tidos em conta na busca de novas moléculas antibacterianas (síntese de novos antibióticos ou desinfetantes).

Development of an electrochemical biosensor for the detection of miRNA-155 in Breast Cancer

Breast cancer is one of the most prevalent forms of cancer in women. Despite all recent advances in early diagnosis and therapy, mortality data is not decreasing. This is an outcome of the inexistence of validated serum biomarkers allowing an early prognosis, out coming from the limited understanding of the natural history of the disease. In this context, miRNAs have been attracting a special interest throughout the scientific community as promising biomarkers in the early diagnosis of cancer. In breast cancer, several miRNAs and their levels of expression are significantly different between normal tissue and tissue with neoplasia, as well as between different molecular subtypes of breast cancer, also associated with prognosis. Thus, this these presents a meta-analysis that allows identifying a reliable miRNA biomarker for the early detection of breast cancer. In this, miRNA-155 was identified as the best one and an electrochemical biosensor was developed for its detection in serum samples. The biosensor was assembled by following three button-up stages: (1) the complementary miRNA sequence thiol terminated (anti-miRNA-155) was immobilized on a commercial gold screen-printed electrode (Au-SPE), followed by (2) blocking non-specific binding with mercaptosuccinic acid and by (3) miRNA hybridization. The biosensor was able to detect miRNA concentrations lying in the 10-18 mol/L (aM) range, displaying a linear response from 10 aM to 1nM. The device showed a limit of detection of 5.7 aM in human serum samples and good selectivity against other biomolecules in serum, such as cancer antigen CA-15.3 and bovine serum albumin (BSA). Overall, this simple and sensitive strategy is a promising approach for the quantitative and/or simultaneous analysis of multiple miRNA in physiological fluids, aiming at further biomedical research devoted to biomarker monitoring and point-of-care diagnosis.

Alterações da sinalização purinérgica gastrointestinal na Diabetes

A dismotilidade entérica é uma complicação a longo prazo da Diabetes mellitus (DM) que causa desconforto significativo em 76% dos pacientes diabéticos. Sabendo que as purinas estão envolvidas na neuromodulação colinérgica e que no SNC de animais diabéticos foram encontradas alterações na expressão de recetores purinérgicos, decidimos investigar se na dismotilidade diabética a neuromodulação purinérgica se encontra preservada. O modelo animal escolhido de diabetes tipo I resultou da administração de estreptozotocina (STZ, 55 mg/kg, IP) a ratazanas (Rattus norvegicus, Wistar). Este modelo STZ provou ser adequado para o estudo, apresentando 2 semanas após a indução polidipsia, poliúria, polifagia, hiperglicemia e um atraso da motilidade gastrointestinal. A caraterização morfológica macroscópica dos animais STZ revelou um aumento significativo do cego e do intestino. Funcionalmente, estudos preliminares indicam que as contrações espontâneas do íleo dos animais STZ perdem ritmicidade e apresentam maior amplitude que as dos animais controlo de uma forma insensível à TTX, sugerindo o comprometimento das ICC. Paralelamente, estudos imagiológicos revelaram uma perda neuronal mioentérica, principalmente de neurónios nitrérgicos, sendo os colinérgicos preservados. Contudo, a resposta muscular do íleo de animais diabéticos à acetilcolina (ACh) foi inferior à dos controlos, estando a libertação de ACh modulada pela adenosina modificada. Verificou-se que a inibição promovida pelos recetores A1 se mantinha, mas que se perdia a facilitação mediada pela ativação de recetores A2A, cuja imunorreatividade também se encontrava diminuída. Curiosamente, apesar do catabolismo do ATP e dos seus metabolitos estar aumentado nos animais STZ, não se verificou um aumento dos níveis extracelulares de adenosina. Nos animais diabéticos a adenosina é rapidamente desaminada e recaptada por transportadores de nucleósidos, com principal relevância para os concentrativos, sendo os equilibrativos responsáveis pelo transporte da adenosina em animais controlo. Os resultados apresentados nesta tese sugerem que a dismotilidade diabética pode dever-se à perda da atividade nitrérgica, das ICC e da neuromodulação purinérgica mediada por recetores A2A, comprometendo assim a libertação de ACh e consequentemente a motilidade GI.

Nanopartículas hibrídas para sistemas de drug delivery inteligentes

A nanotecnologia é uma ciência multidisciplinar que consiste na otimização das propriedades da matéria permitindo assim o desenvolvimento de sistemas com um tamanho manométrico. A aplicação da nanotecnologia na medicina surge como um campo de pesquisa que esta a gerar um grande interesse, principalmente em sistemas de libertação controlada de fármacos. A nanotecnologia, e a sua aplicação na área da nanomedicina, em particular em drug delivery systems, tem sido alvo de um desenvolvimento acentuado. A administração de fármacos ocorre sobretudo por via oral ou por injeção direta no organismo. O percurso destes fármacos desde do local de entrada no organismo até ao tecido-alvo obriga que estes entrem em contato com os outros tecidos podendo interagir com eles. Deste modo, esta interação química pode produzir efeitos indesejáveis no organismo e reduzir a capacidade de ação do fármaco. Tem-se verificado, nas últimas décadas, um grande desenvolvimento de sistemas que contornam estes problemas, tais como a quantidade e o período de administração do fármaco bem como o seu local de libertação e atuação específicos. Este estudo surge com esta necessidade de se desenvolver sistemas de libertação controlada de fármacos. O objetivo destes sistemas inteligentes é controlar a libertação de fármacos por um dado período de tempo, a dose, a diminuição da toxidade, o aumento da permanência em circulação e o aumento da eficácia terapêutica através da libertação progressiva e controlada do fármaco por administrações menos frequentes. Além de todas estas vantagens, a administração destes sistemas possibilita a libertação dos fármacos em locais específicos, tais como em tumores e, assim, minimizar os efeitos colaterais indesejados dos fármacos em outros tecidos. O presente trabalho visa o desenvolvimento de novos biomateriais utilizando nanopartículas mesoporosas de sílica (MSN) e nanopartículas (NPs) metálicas de ouro para a aplicação a sistemas de libertação controlada de fármacos. Para isto, estudou-se a libertação de doxorrubicina (DOX) encapsulada em NPs e nanocápsulas mesoporosas de sílica tanto em solução como em superfícies como em vidro. Os resultados obtidos mostraram que as NPs apresentam uma grande capacidade de encapsulação com 36 ng DOX/mg partícula. O tempo de libertação em superfície (vidro) foi estimado em 50 horas enquanto que em solução obteve-se um período inferior a 10 horas. Em relação as NPs de ouro pode-se observar como estas promovem a libertação do fármaco ao serem irradiadas mediante um laser. Deste modo, estas NPs podem ser úteis para sistemas de libertação controlada de fármacos e para várias aplicações na nanomedicina.

Biomarkers of Nitrosative Stress: Development and validation of a new analytical method for 3-Nitrotyrosine quantification

Background: The nitration of tyrosine residues in proteins is associated with nitrosative stress, resulting in the formation of 3-nitrotyrosine (3-NT). 3-NT levels in biological samples have been associated with numerous physiological and pathological conditions. For this reason, several attempts have been made in order to develop methods that accurately quantify 3-NT in biological samples. Regarding chromatographic methods, they seem to be very accurate, showing very good sensibility and specificity. However, accurate quantification of this molecule, which is present at very low concentrations both at physiological and pathological states, is always a complex task and a target of intense research. Objectives: We aimed to develop a simple, rapid, low-cost and sensitive 3-NT quantification method for use in medical laboratories as an additional tool for diagnosis and/or treatment monitoring of a wide range of pathologies. We also aimed to evaluate the performance of the HPLC-based method developed here in a wide range of biological matrices. Material and methods: All experiments were performed on a Hitachi LaChrom Elite® HPLC system and separation was carried out using a Lichrocart® 250-4 Lichrospher 100 RP-18 (5μm) column. The method was further validated according to ICH guidelines. The biological matrices tested were serum, whole blood, urine, B16 F-10 melanoma cell line, growth medium conditioned with the same cell line, bacterial and yeast suspensions. Results: From all the protocols tested, the best results were obtained using 0.5% CH3COOH:MeOH:H2O (15:15:70) as the mobile phase, with detection at wavelengths 215, 276 and 356 nm, at 25ºC, and using a flow rate of 1 mL/min. By using this protocol, it was possible to obtain a linear calibration curve (correlation coefficient = 1), limits of detection and quantification in the order of ng/mL, and a short analysis time (<15 minutes per sample). Additionally, the developed protocol allowed the successful detection and quantification of 3-NT in all biological matrices tested, with detection at 356 nm. Conclusion: The method described in this study, which was successfully developed and validated for 3-NT quantification, is simple, cheap and fast, rendering it suitable for analysis in a wide range of biological matrices.

Bioatividade de Líquidos Iónicos Derivados do Valproato na Osteoclastogénese Humana e Estudo do Efeito Antomicrobiano dos Catiões Utilizados

Os Líquidos Iónicos (LIs) são compostos iónicos com pontos de fusão abaixo de 100°C, muitos deles são líquidos à temperatura ambiente. As numerosas combinações entre o catião e anião permitem modular as suas propriedades físico-químicas. A associação entre LIs e Ingredientes Farmacêuticos Ativos (IFAs) tem sido estudada e revelou que esta combinação reduz os efeitos secundários dos fármacos e aumenta a sua biodisponibilidade. A resistência bacteriana é um problema na sociedade moderna. Por esse motivo, é crucial pesquisar novos alvos terapêuticos para superar esta situação. O Ácido Valpróico (VPA) é um fármaco anti-epiléptico muito utilizado no tratamento de doenças neurológicas, mas que possui vários efeitos secundários associados, afetando principalmente a remodelação óssea. A combinação de LIs e IFAs – LIs-IFAs – tem demostrado que estes compostos podem ser úteis para ultrapassar a resistência bacteriana, bem como os problemas que os pacientes sujeitos ao tratamento com VPA experienciam. O objetivo deste estudo é determinar a bioatividade de LIs-IFAs, tanto em estirpes de bactérias, como em células do osso – osteoclastos (humanos). No estudo bacteriano, a Ampicilina de Sódio e vários catiões halogenados foram aplicados em estirpes bacterianas, nas quais estavam incluídas algumas estirpes resistentes, e foram determinadas as suas taxas de crescimento. No estudo osteoclastogénico, foram usados vários catiões associados com valproato que, posteriormente, foram aplicados em culturas de células osteoclásticas humanas para determinar o seu efeito nestas células. Os LIs-IFAs mostraram efeitos inibitórios em ambos os estudos. No estudo antimicrobiano o [C16Pyr] [Cl] associado à Ampicilina de Sódio revelou inibição das estirpes sensíveis e de bactérias resistentes. Na avaliação do processo osteoclastogénico, o [C2OHDMIM] [Valproato] e [C6,6,6,14P] [Valproato] demonstraram capacidade de modular negativamente este processo. Os resultados obtidos no presente trabalho destacam o potencial destes compostos como novos fármacos, e a importância de outros estudos para compreender os mecanismos pelos quais eles atuam, tanto em células como em bactérias.

Molecular and biochemical mechanisms involved in the toxicity of a marine cyanobacteria compound on cancer cell lines

In recent years marine biotechnology has revealed a crucial role in the future of bioindustry. Among the many marine resources, cyanobacteria have shown great potential in the production of bioactive compounds with diverse applicability. The pharmacological potential of these organisms has been one of the most explored areas in particular its antibacterial, antifungal and anticancer potential. This work was based on the assessment of potential anticancer compound E13010 F 5.4 isolated from marine cyanobacteria strain Synechocystis salina LEGE 06099. Thus the aim of this work was to explore molecular and biochemical mechanisms underlying the bioactivity detected in human cancer cells, specifically in lines RKO colon carcinoma and HT-29. The isolation of the compound was performed from biomass obtained by large-scale culture. To obtain the compound fractionation was carried and confirmation and isolation performed by Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Thin Layer Chromatography (TLC) and High-Performance Liquid Chromatography (HPLC). Cell viability assays were performed based on reduction of 3- (4,5-dimetiltiaziol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) to assess the cytotoxic potential of the compound. From the battery of cell lines RKO (colon carcinoma), HT-29 (colorectal adenocarcinoma), MG-63 (osteosarcoma) and T47D (breast carcinoma) the cell lines RKO and HT-29 were selected for elucidation of mechanisms of cytotoxicity. For the elucidation of the mechanisms involved in cytotoxicity the cell lines RKO and HT29 were exposed to the compound. A genomic approach based in the mRNA expression of genes involved in apoptosis and cell cycle by Real-Time PCR and a proteomic approach based on the separation of proteins by two-dimensional electrophoresis (2DGE) was performed. For mRNA expression were selected the genes RPL8, HPRT1, VDAC, SHMT2, CCNE, CCNB1, P21CIP, BCL-2 and BAD and for proteomics isoelectric focussing between 3 – 10 and molecular weight of 19 – 117 kDa separated by polyacrylamide gels (2DGE). The MTT results confirmed the reduction of the cell viability. The RT-PCR results for the expression of genes studied were not yet fully elucidative. For the cell line RKO there was a significant reduction in the expression of the gene P21CIP, and a tendency for reduction in the BAD gene expression and for increased expression of gene CCNB1, pointing to an effort for cell proliferation. In HT-29 cell line, there was a tendency for increase in the expression of P21CIP and BAD, which may explain the reduction in cell viability. The 2DGE results indicate proteomic patterns with differentially altered spots in the treated and control cells with both qualitative and quantitative differences, and differences in response between the RKO and HT-29 cell lines.

Oxidative Stress in Diabetic Neuropathy

For treating chronic pain, a multifactorial condition, is needed a suitable diagnosis which allows the differentiation in its many components. Diabetic neuropathy is a worldwide disease with great impact in the modern society. Diabetes may leads to the production of reactive oxygen species that are associated to oxidative stress, which may be a key factor in the development of diabetic neuropathy. The main goal is to inquire a potential association between chronic pain, diabetic neuropathy and oxidative stress. Thus, was performed a meta-analysis that permitted the causal evaluation between oxidative stress and diabetic neuropathy, and, a pain evaluation was accomplished in a convenience sample using validated surveys – Brief Pain Inventory (BPI) and Douleur Neuropathique 4 (DN4). Through the meta-analysis it was possible evaluate oxidative stress biomarkers, such lipid peroxidation, superoxide dismutase and catalase activities, and reduced glutathione. 9 studies were selected and all were performed in mouse models. The levels of lipid peroxidation were increased in all the studies, however the levels of the other biomarkers were diminished in diabetic models comparatively to healthy controls. In the evaluation of convenience sample, 84 surveys were collected along the four seasons: summer, autumn, winter and spring. The pain complaints were described in terms of local, intensity, impact, relief by medication and its effect on daily activities using BPI questionnaire. The scores obtained in BPI indicate the presence of moderate to severe pain, with increased complaints in autumn and spring, and implications in daily activities, transversal to all groups. To determine the main features associated with neuropathic pain it was used DN4 questionnaire. The DN4 indicated the presence of nearly 50% of patients with neuropathic pain. The results suggest that being female, the increased age and being retired can influence chronic pain and neuropathic pain in patients. As main conclusions, it was possible to verify an association between oxidative stress, and neuropathic pain, and, also, that weather conditions may influence the pain complaints and its prevalence.