Metabolic signature of lung cancer: a metabolomic study of human tissues and biofluids

This thesis reports the application of metabolomics to human tissues and biofluids (blood plasma and urine) to unveil the metabolic signature of primary lung cancer. In Chapter 1, a brief introduction on lung cancer epidemiology and pathogenesis, together with a review of the main metabolic dysregulations known to be associated with cancer, is presented. The metabolomics approach is also described, addressing the analytical and statistical methods employed, as well as the current state of the art on its application to clinical lung cancer studies. Chapter 2 provides the experimental details of this work, in regard to the subjects enrolled, sample collection and analysis, and data processing. In Chapter 3, the metabolic characterization of intact lung tissues (from 56 patients) by proton High Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is described. After careful assessment of acquisition conditions and thorough spectral assignment (over 50 metabolites identified), the metabolic profiles of tumour and adjacent control tissues were compared through multivariate analysis. The two tissue classes could be discriminated with 97% accuracy, with 13 metabolites significantly accounting for this discrimination: glucose and acetate (depleted in tumours), together with lactate, alanine, glutamate, GSH, taurine, creatine, phosphocholine, glycerophosphocholine, phosphoethanolamine, uracil nucleotides and peptides (increased in tumours). Some of these variations corroborated typical features of cancer metabolism (e.g., upregulated glycolysis and glutaminolysis), while others suggested less known pathways (e.g., antioxidant protection, protein degradation) to play important roles. Another major and novel finding described in this chapter was the dependence of this metabolic signature on tumour histological subtype. While main alterations in adenocarcinomas (AdC) related to phospholipid and protein metabolisms, squamous cell carcinomas (SqCC) were found to have stronger glycolytic and glutaminolytic profiles, making it possible to build a valid classification model to discriminate these two subtypes. Chapter 4 reports the NMR metabolomic study of blood plasma from over 100 patients and near 100 healthy controls, the multivariate model built having afforded a classification rate of 87%. The two groups were found to differ significantly in the levels of lactate, pyruvate, acetoacetate, LDL+VLDL lipoproteins and glycoproteins (increased in patients), together with glutamine, histidine, valine, methanol, HDL lipoproteins and two unassigned compounds (decreased in patients). Interestingly, these variations were detected from initial disease stages and the magnitude of some of them depended on the histological type, although not allowing AdC vs. SqCC discrimination. Moreover, it is shown in this chapter that age mismatch between control and cancer groups could not be ruled out as a possible confounding factor, and exploratory external validation afforded a classification rate of 85%. The NMR profiling of urine from lung cancer patients and healthy controls is presented in Chapter 5. Compared to plasma, the classification model built with urinary profiles resulted in a superior classification rate (97%). After careful assessment of possible bias from gender, age and smoking habits, a set of 19 metabolites was proposed to be cancer-related (out of which 3 were unknowns and 6 were partially identified as N-acetylated metabolites). As for plasma, these variations were detected regardless of disease stage and showed some dependency on histological subtype, the AdC vs. SqCC model built showing modest predictive power. In addition, preliminary external validation of the urine-based classification model afforded 100% sensitivity and 90% specificity, which are exciting results in terms of potential for future clinical application. Chapter 6 describes the analysis of urine from a subset of patients by a different profiling technique, namely, Ultra-Performance Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry (UPLC-MS). Although the identification of discriminant metabolites was very limited, multivariate models showed high classification rate and predictive power, thus reinforcing the value of urine in the context of lung cancer diagnosis. Finally, the main conclusions of this thesis are presented in Chapter 7, highlighting the potential of integrated metabolomics of tissues and biofluids to improve current understanding of lung cancer altered metabolism and to reveal new marker profiles with diagnostic value.

Calibration and validation of hydrodynamic, salt and heat transport models for Ria de Aveiro lagoon (Portugal)

Ria deAveiro is a very complex shallow water coastal lagoon located on the northwest of Portugal. Important issues would be left unanswered without a good understanding of hydrodynamic and transport processes occurring in the lagoon. Calibration and validation of hydrodynamic, salt and heat transport models for Ria de Aveiro lagoon are presented. The calibration of the hydrodynamic model was performed adjusting the bottom friction coefficient, through the comparison between measured and predicted time series of sea surface elevation for 22 stations. Harmonic analysis was performed in order to evaluate the model's accuracy. To validate the hydrodynamic model measured and predicted SSE values were compared for 11 stations, as well as main flow direction velocities for 10 stations. The salt and heat transport models were calibrated comparing measured and predicted time series of salinity and water temperature for 7 stations, and the RMS of the difference between the series was determined. These models were validated comparing the model results with an independent field data set. The hydrodynamic and the salt and heat transport models for Ria de Aveiro were successfully calibrated and validated. They reproduce accurately the barotropic flows and can therefore adequately represent the salt and heat transport and the heat transfer processes occurring in Ria deAveiro.

(Re)configuração das práticas educativas na prevenção do stresse na infância

O presente trabalho resulta do estudo que procurou analisar a reconfiguração das práticas educativas na prevenção do stresse na infância. O principal objetivo foi o de analisar de que forma os educadores podem desenvolver práticas educativas, estruturadoras e estruturantes do bem-estar da criança, investindo intencionalmente no desenvolvimento de atividades educativas, de modo a prevenir os índices de stresse das crianças, na educação pré-escolar. Foram realizados cinco estudos complementares, de natureza quantitativa e qualitativa. O estudo 1: contextualização e caracterização de indicadores sociofamiliares de crianças que frequentam a educação pré-escolar; Estudo 2: adaptação/avaliação do PKBS-2 de Merrell, para identificação das aptidões sociais e os problemas de comportamento em crianças dos 3 aos 6 anos numa amostra portuguesa (N=150) e estudos comparativos Portugal/Brasil (N=300) e Portugal/Cabo-Verde (N=150); Estudo 3: validação da Escala Comportamental para crianças em idade Pré-Escolar – PKBSpt, versão portuguesa do PKBS-2 em crianças dos 2 aos 7 anos (N=581); Estudo 4: contributos para a reconfiguração das práticas pedagógicas e o stresse na infância sob o olhar dos educadores. No âmbito deste estudo 4, desenvolvemos e validamos o Protocolo para a Avaliação do Stresse na Infância–PASI, constituído por três subescalas que aplicamos a educadores ou equiparados (N=188): ESISI, EPELSI e ECPLSI; Estudo 5: análise das competências dos profissionais da educação ao nível da ansiedade (IAB de Beck) e estratégias de coping; (EC de Gomes & Pereira). Para análise estatística dos dados utilizamos o programa SPSS e o Excel. Os resultados evidenciaram a validade e fidelidade dos instrumentos: ESISI, EPELSI, ECPLSI e PKBSpt, bem como a validação para a língua portuguesa deste último. A variável género apresentou diferenças estatisticamente significativas nas aptidões sociais e problemas de comportamento, no entanto não estão correlacionadas com os problemas de ansiedade. Os Educadores focalizam a sua praxis educativa na observação, identificação e definição de estratégias orientadas para o stresse na infância e, ainda, na cooperação escola/família e na prevenção das situações indutoras de stresse. Contudo apontam algumas fragilidades na formação básica e contínua, para lidarem com o stresse na primeira infância. As causas psicossociais são preditoras das situações indutoras de stresse na infância e são explicadas pelas causas externas de componente escolar, ou seja, as perturbações de ansiedade na infância poderão ter repercussões no contexto escolar. Importa que a comunidade educativa perspetive particular atenção às crianças que estão em situação de maior vulnerabilidade, de modo a prevenir e a intervir nas situações de stresse na educação pré-escolar. São referidas implicações psicopedagógicas deste estudo.

Comunidades de prática online: contributos para a prática letiva: um estudo de caso no âmbito da educação em ciência envolvendo professores e investigadores

As comunidades de prática (CoP), bem como a investigação-ação, têm vindo a ser apontadas na literatura como formas de promover o desenvolvimento profissional de professores, potenciando a melhoria das suas práticas letivas. Contudo, as evidências empíricas relativas às práticas letivas desenvolvidas por professores no âmbito dessas configurações sociais são escassas. Neste estudo procura-se contribuir para colmatar essa lacuna ao analisar uma CoP online, que envolveu professores de ciências e investigadores em Educação em Ciência (EC) e se constituiu no âmbito do projeto “Investigação e práticas lectivas em Educação em Ciência: Dinâmicas de interacção” (IPEC), com enfoques distintos, a que se alude abaixo. A investigação realizada envolveu uma metodologia de natureza predominantemente qualitativa, descritiva, exploratória e do tipo estudo de caso único, sendo o caso as práticas letivas desenvolvidas pelos membros da CoP referida e as dinâmicas de interação entre os mesmos. Como técnicas de recolha de dados, recorreu-se principalmente à observação mediada pela plataforma online de apoio ao desenvolvimento do projeto (dados estatísticos e as mensagens registadas automaticamente) e recolha de documentos. Quanto às técnicas de análise de dados, optou-se principalmente pela análise de conteúdo e análise documental interna, tendo-se triangulado dados de diferentes fontes. Com base no Interconnected Model of Teacher Professional Growth, que Clarke e Hollingsworth propuseram em 2002, e em instrumentos de análise resultantes da revisão de literatura, adaptados aos enfoques definidos, a análise da CoP selecionada incidiu sobre: a) os domínios externo e das práticas de desenvolvimento curricular (DC), ou seja, as suas dinâmicas de interação durante dois anos letivos; b) o domínio das consequências nas práticas letivas, no que concerne às estratégias de ensino de ciências desenvolvidas; c) a evidências do seu carater inovador; e d) aos princípios de DC operacionalizados através do módulo curricular desenhado, implementado, avaliado e disseminado pelos membros da CoP. Os resultados indicam que a) a participação dos membros variou ao longo do período de interação e que a sua dinâmica se enquadra numa adaptação das fases de desenvolvimento de CoP proposta por Wenger e colegas em 2002, com dois ciclos de investigação-ação; b) a CoP desenvolveu estratégias de ensino diversificadas, pouco exploradas por professores e coerentes com diversas recomendações da literatura, de forma consistente; c) as práticas letivas são inovadoras, do tipo challenging, tendo incluído o envolvimento de professores que lecionavam nas escolas dos professores membros da CoP; e d) a CoP operacionalizou vários princípios de DC recomendados na literatura, nomeadamente a flexibilidade e diferenciação. Os resultados empíricos permitiram ainda validar as dimensões do modelo de Clarke e Hollingsworth, assim como adaptar à especificidade do caso analisado.Pelo acima referido, embora reconhecendo as limitações do estudo, nomeadamente relativas às opções metodológicas efetuadas, foi possível inferir que o trabalho realizado no seio desta CoP online de professores e investigadores contribuiu para a inovação e melhoria de práticas letivas de EC. Do estudo resultam ainda instrumentos de análise que se consideram relevantes, dado poderem vir a ser usados em investigações futuras, assim como poderem vir a orientar professores de ciências que desejem alinhar as suas práticas de ensino com recomendações da investigação em EC. Por fim, são apresentadas recomendações relativamente ao envolvimento de professores e investigadores em CoP online, no âmbito da EC, assim como relativamente a possibilidades ao nível de investigações futuras, nomeadamente a validação dos instrumentos e das recomendações apresentadas em contextos mais abrangentes e transversais.