Development and characterization of Poly(L-lactic acid) (PLLA) platforms for bone tissue engineering

The development of scaffolds based on biomaterials is a promising strategy for Tissue Engineering and cellular regeneration. This work focuses on Bone Tissue Engineering, the aim is to develop electrically tailored biomaterials with different crystalline and electric features, and study their impacts onto cell biological behavior, so as to predict the materials output in the enhancement of bone tissue regeneration. It is accepted that bone exhibits piezoelectricity, a property that has been proved to be involved in bone growth/repair mechanism regulation. In addition electrical stimulations have been proved to influence bone growth and repair. Piezoelectric materials are therefore widely investigated for a potential use in bone tissue engineering. The main goal is the development of novel strategies to produce and employ piezoelectric biomaterials, with detailed knowledge of mechanisms involved in cell-material interaction. In the current work, poly (L-lactic) acid (PLLA), a synthetic semi-crystalline polymer, exhibiting biodegradibility, biocompatibility and piezoelectricity is studied and proposed as a promoter of enhanced tissue regeneration. PLLA has already been approved for implantation in human body by the Food and Drug Administration (FDA), and at the moment it is being used in several clinical strategies. The present study consists of first preparing films with different degrees of crystallinity and characterizing these PLLA films, in terms of surface and structural properties, and subsequently assessing the behavior of cells in terms of viability, proliferation, morphology and mineralization for each PLLA configuration. PLLA films were prepared using the solvent cast technique and submitted to different thermal treatments in order to obtain different degrees of crystallinity. Those platforms were then electrically poled, positively and negatively, by corona discharge in order to tailor their electrical properties. The cellular assays were conducted by using two different osteoblast cell lines grown directly onto the PLLA films:Human osteoblast Hob, a primary cell culture and Human osteosarcoma MG-63 cell line. This thesis gives also a comprehensive introduction to the area of Bone Tissue Engineering and provides a review of the work done in this field in the past until today, in that same field, including the one related with bone’s piezoelectricity. Then the experimental part deals with the effects of the crystallinity degrees and of the polarization in terms of surface properties and cellular bio assays. Three different degrees of crystallinity, and three different polarization conditions were prepared; which results in 9 different configurations under investigation.

New tools for cognitive and motor rehabilitation: development and clinical validation

Nervous system disorders are associated with cognitive and motor deficits, and are responsible for the highest disability rates and global burden of disease. Their recovery paths are vulnerable and dependent on the effective combination of plastic brain tissue properties, with complex, lengthy and expensive neurorehabilitation programs. This work explores two lines of research, envisioning sustainable solutions to improve treatment of cognitive and motor deficits. Both projects were developed in parallel and shared a new sensible approach, where low-cost technologies were integrated with common clinical operative procedures. The aim was to achieve more intensive treatments under specialized monitoring, improve clinical decision-making and increase access to healthcare. The first project (articles I – III) concerned the development and evaluation of a web-based cognitive training platform (COGWEB), suitable for intensive use, either at home or at institutions, and across a wide spectrum of ages and diseases that impair cognitive functioning. It was tested for usability in a memory clinic setting and implemented in a collaborative network, comprising 41 centers and 60 professionals. An adherence and intensity study revealed a compliance of 82.8% at six months and an average of six hours/week of continued online cognitive training activities. The second project (articles IV – VI) was designed to create and validate an intelligent rehabilitation device to administer proprioceptive stimuli on the hemiparetic side of stroke patients while performing ambulatory movement characterization (SWORD). Targeted vibratory stimulation was found to be well tolerated and an automatic motor characterization system retrieved results comparable to the first items of the Wolf Motor Function Test. The global system was tested in a randomized placebo controlled trial to assess its impact on a common motor rehabilitation task in a relevant clinical environment (early post-stroke). The number of correct movements on a hand-to-mouth task was increased by an average of 7.2/minute while the probability to perform an error decreased from 1:3 to 1:9. Neurorehabilitation and neuroplasticity are shifting to more neuroscience driven approaches. Simultaneously, their final utility for patients and society is largely dependent on the development of more effective technologies that facilitate the dissemination of knowledge produced during the process. The results attained through this work represent a step forward in that direction. Their impact on the quality of rehabilitation services and public health is discussed according to clinical, technological and organizational perspectives. Such a process of thinking and oriented speculation has led to the debate of subsequent hypotheses, already being explored in novel research paths.

Between Bacchus and Dionysus: European Union policies on rural development: the cases of Nemea and Basto wine regions

A actividade vitivinícola possui um conjunto diverso de características presentes no solo, território e comunidade que fazem parte do património cultural de uma determinada região. Quando a tradição se traduz num conceito como terroir que é formado por características territoriais, sociais e culturais de uma região rural, o vinho apresenta uma “assinatura” que se escreve “naturalmente” no paladar regionalmente identificado. Os vinhos da Região de Nemea, na Grécia e de Basto (Região dos Vinhos Verdes) em Portugal, estão ambos sob a proteção dos regulamentos das Denominações de Origem. No entanto, apesar de ambos serem regulados por sistemas institucionais de certificação e controlo de qualidade, afigura-se a necessidade de questionar se o património cultural e a identidade territorial específica, “impressa” em ambos os terroirs, pode ser protegida num sentido mais abrangente do que apenas origem e qualidade. Em Nemea, a discussão entre os produtores diz respeito ao estabelecimento de sub-zonas, isto é incluir na regulação PDO uma diferente categorização territorial com base no terroir. Ou seja, para além de estar presente no rótulo a designação PDO, as garrafas incluirão ainda informação certificada sobre a área específica (dentro do mesmo terroir) onde o vinho foi produzido. A acontecer resultaria em diferentes status de qualidade de acordo com as diferentes aldeias de Nemea onde as vinhas estão localizadas. O que teria possíveis impactos no valor das propriedades e no uso dos solos. Para além disso, a não participação da Cooperativa de Nemea na SON (a associação local de produtores de vinho) e como tal na discussão principal sobre as mudanças e os desafios sobre o terroir de Nemea constitui um problema no sector vitivinícola de Nemea. Em primeiro lugar estabelece uma relação de não-comunicação entre os dois mais importantes agentes desse sector – as companhias vinícolas e a Cooperativa. Em segundo lugar porque constituiu uma possibilidade real, não só para os viticultores ficarem arredados dessa discussão, como também (porque não representados pela cooperativa) ficar impossibilitado um consenso sobre as mudanças discutidas. Isto poderá criar um ‘clima’ de desconfiança levando a discussão para ‘arenas’ deslocalizadas e como tal para decisões ‘desterritorializadas’ Em Basto, há vários produtores que começaram a vender a sua produção para distribuidoras localizadas externamente à sub-região de Basto, mas dentro da Região dos Vinhos Verdes, uma vez que essas companhias tem um melhor estatuto nacional e internacional e uma melhor rede de exportações. Isto está ainda relacionado com uma competição por uma melhor rede de contactos e status mais forte, tornando as discussões sobre estratégias comuns para o desenvolvimento rural e regional de Basto mais difícil de acontecer (sobre isto a palavra impossível foi constantemente usada durante as entrevistas com os produtores de vinho). A relação predominante entre produtores é caracterizada por relações individualistas. Contudo foi observado que essas posições são ainda caracterizadas por uma desconfiança no interior da rede interprofissional local: conflitos para conseguir os mesmos potenciais clientes; comprar uvas a viticultores com melhor rácio qualidade/preço; estratégias individuais para conseguir um melhor status político na relação com a Comissão dos Vinhos Verdes. Para além disso a inexistência de uma activa intermediação institucional (autoridades municipais e a Comissão de Vinho Verde), a inexistência entre os produtores de Basto de uma associação ou mesmo a inexistência de uma cooperativa local tem levado a região de Basto a uma posição de subpromoção nas estratégias de promoção do Vinho Verde em comparação com outras sub-regiões. É também evidente pelos resultados que as mudanças no sector vitivinícolas na região de Basto têm sido estimuladas de fora da região (em resposta também às necessidades dos mercados internacionais) e raramente de dentro – mais uma vez, ‘arenas’ não localizadas e como tal decisões desterritorializadas. Nesse sentido, toda essa discussão e planeamento estratégico, terão um papel vital na preservação da identidade localizada do terroir perante os riscos de descaracterização e desterritorialização. Em suma, para ambos os casos, um dos maiores desafios parece ser como preservar o terroir vitivinícola e como tal o seu carácter e identidade local, quando a rede interprofissional em ambas as regiões se caracteriza, tanto por relações não-consensuais em Nemea como pelo modus operandi de isolamento sem comunicação em Basto. Como tal há uma necessidade de envolvimento entre os diversos agentes e as autoridades locais no sentido de uma rede localizada de governança. Assim sendo, em ambas as regiões, a existência dessa rede é essencial para prevenir os efeitos negativos na identidade do produto e na sua produção. Uma estratégia de planeamento integrado para o sector será vital para preservar essa identidade, prevenindo a sua desterritorialização através de uma restruturação do conhecimento tradicional em simultâneo com a democratização do acesso ao conhecimento das técnicas modernas de produção vitivinícola.