Deteção automática de eventos em sinais Doppler de fluxo sanguíneo

Os sinais de fluxo sanguíneo são sinais aleatórios que, além de variarem de individuo para individuo, variam também consoante o ciclo cardíaco em análise. Sendo o diagnóstico de patologias cardiovasculares fortemente baseado em sinais de ultrassom Doppler representados em forma de espectrograma, e tendo em consideração que o ruído do tipo speckle é parte integrante dos sinais ultrassónicos, torna-se vital a pesquisa de métodos de eliminação desse tipo de ruído e de caracterização precisa dos parâmetros desses sinais biomédicos por forma a melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. Com esta tese pretende-se desenvolver uma ferramenta computacional que possibilite a extração automática dos parâmetros pico sistólico, fim de diástole e de outros eventos clinicamente relevantes de sinais Doppler de fluxo sanguíneo, com especial atenção ao sinal proveniente da artéria carótida. Esta investigação vem na continuidade de um projeto realizado anteriormente no Grupo de Processamento de Sinal Biomédico da Universidade do Algarve, no qual foi desenvolvido um sistema de redução de ruído de espectrogramas Doppler. Este sistema de remoção de ruído será aqui aplicado e melhorado. Para a deteção e extração automática de parâmetros clínicos, foi desenvolvido um algoritmo que recebe um sinal de Doppler e que tem como saída o espectrograma livre de ruído e os valores dos parâmetros clínicos calculados. O algoritmo desenvolvido está dividido em três partes principais. A primeira, consiste na transformada do sinal para os domínios tempo-frequência para a criação do espectrograma e na aplicação de uma metodologia de remoção do ruído do tipo speckle do espectrograma. A fase seguinte é a criação de um sinal bidimensional a partir do espectrograma, o qual é criado para possibilitar a sua caraterização. Por último, desenvolveu-se uma fase dedicada à caracterização do sinal, tendo como principais funções a deteção dos eventos clínicos de pico sistólico, fim de diástole, índice de pulsação, índice de resistência e ratio sístole-diástole. A refinação de atuação de cada uma das três partes mencionadas pode ser ajustada pelo utilizador, tendo para o efeito sido desenvolvido uma interface gráfica na qual a interação do utilizador com o programa global é facilitada. Versatilidade e eficácia do algoritmo desenvolvido foram demonstradas pelos resultados obtidos com três sinais de Doppler de diferentes origens: um de origem clínica, um sinal de fluxo em artéria carótida simulado experimentalmente recorrendo a phantoms, e um sinal de fluxo simulado computacionalmente. Para cada um destes sinais são apresentados os valores das variáveis considerados preferenciais para o ajuste ao respetivo sinal e os respetivos espetros de ruído reduzido. Os resultados da extração automática dos parâmetros clínicos dos três sinais, comprovou a utilidade clínica do algoritmo desenvolvido.

Citocromo P450 2D6: variabilidade na terapêutica e na predisposição para patologias

O Citocromo P450 2D6 (CYP 2D6) é uma importante enzima metabolizadora de fármacos. Apesar de representar apenas 2% do total das isoenzimas CYP, o CYP 2D6 tem um papel importante pois é responsável pela metabolização de cerca de 20 a 25% dos fármacos mais frequentemente utilizados. (Ramamoorthy, 2010) É sabido que nem todos os indivíduos respondem da mesma maneira a um fármaco, podendo alguns sofrer reação adversa devido à toma deste e outros nem apresentar qualquer efeito terapêutico. Tais diferenças na resposta terapêutica devem-se a variações genómicas interindividuais, nos genes que codificam as enzimas responsáveis pelo metabolismo do fármaco. Os alelos polimórficos podem levar a uma redução ou aumento na capacidade metabólica, ao passo que um aumento do número de cópias do gene CYP 2D6 pode conduzir a um aumento da atividade metabólica. Os indivíduos comportam-se de acordo com o seu fenótipo, como metabolizadores lentos, rápidos ou ultra-rápidos (Abraham, 2001) Visto existirem grandes alterações nesta enzima metabolizadora de fármacos, é importante perceber quais as situações onde a segurança e a eficácia estão alteradas, pois qualquer terapêutica tem sempre como base o binómio risco/beneficio. Para além do seu papel bem estabelecido na segurança e eficácia terapêutica, estudos mais recentes relatam que o CYP 2D6 desempenha um papel importante no aparecimento de algumas doenças, condicionando a predisposição individual para patologias, de que é exemplo a esclerose sistémica. (Sanjay Harhang & al, 2001) Como desenvolvimento desta monografia pretende-se estudar os efeitos a nível de segurança e eficácia em determinadas situações terapêuticas e ainda avaliar a associação dos polimorfismos no CYP 2D6 com a predisposição individual para patologias.

Interações entre produtos à base de plantas com os medicamentos usados em cardiologia

Dissertação de mestrado, Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Multifactorial approach to non-viral gene therapy: development of an efficient system for the retina

Tese de Doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Role of Ccbe1 during cardiac differentiation of mouse ESCs

Tese de Doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Estudo do efeito de contaminantes na espécie sentinela, a amêijoa Ruditapes decussatus, por intermédio da análise da expressão proteica: aplicação à monitorização do meio marinho

Tese dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente, 2009, Universidade do Algarve

A proteomic study of the effects of nutrient restriction in utero on postnatal metabolism

It is widely recognized that protein restriction in utero may cause metabolic and endocrine adaptations, which may be of benefit to the neonate on a short-term basis but may cause adverse long-term conditions such as obesity, Type 2 diabetes, metabolic syndrome, hypertension and cardiovascular diseases. Adequate foetal and early post natal nutrient and energy supply is therefore essential for adult animal health, performance and life span. In this project it was investigated the progressive adaptations of the hepatic proteome in male mink offspring exposed to either a low protein (FL) or an adequate protein (FA) diet in utero fed either on a low protein (LP) or on an adequate (AP) diet from weaning until sexual maturity. Specifically, the aim was to determine the metabolic adaptations at selected phases of the animal’s first annual cycle and establish the metabolic priorities occurring during those phases. The three different morphological stages studied during the first year of development included, end of bone growth at 4 months of age, maximal fat accretion at 6 months of age and sexual maturity at 12 months of age. A reference proteome of mink liver coming from these different animal groups were generated using 2D electrophoresis coupled to MALDI-TOF analysis and the way in which dietary treatment affect their proteome was established. Approximately 330 proteins were detected in the mink liver proteome. A total of 27 comparisons were carried out between all different animal groups which resulted in 20 differentially expressed proteins. An extensive survey was conducted towards the characterization of these proteins including their subcellular localization, the biological processes in which they are involved and their molecular functions. This characterization allowed the identification of proteins in various processes including the glycolysis and fatty acid metabolism. The detailed analysis of the different dietary treatment animal groups was indicative of differences in metabolism and also to changes associated with development in mink.

A incorporação das preferências do utilizador no desenvolvimento de software para dados biomédicos: uma contribuição da análise conjunta nas tecnologias de informação da saúde

O aumento significativo de patologias relacionadas com a alimentação, designadamente a obesidade, considerada pela Organização Mundial de Saúde como a “epidemia do século XXI”, remete o profissional da área da nutrição para a necessidade de uma intervenção cada vez mais eficiente. O objectivo deste estudo é avaliar a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias que possibilitem o auxílio aos processos de apoio nutricional, assim como medir as preferências no desenvolvimento de software. Para isso, utilizou-se a Análise Conjunta, na qual os resultados agregados foram hierarquizados mediante uma Análise Categórica de Componentes Principais, para posterior segmentação dos individuos, mediante uma Análise de Clusters Hierárquicos. Neste estudo, pode verificar-se que não existe preferências no desenvolvimento de software genérico, havendo uma grande receptividade dos profissionais de saúde ao desenvolvimento da Telemedicina na área da nutrição. Por fim, existem diferenças, estatisticamente significativas, entre os profissionais da área da nutrição, o que permite a sua caracterização.

Synthesis and evaluation of polymer nanoparticles for delivery in RPE cells

Ocular pathologies are among the most debilitating medical conditions affecting all segments of the population. Traditional treatment options are often ineffective, and gene therapy has the potential to become an alternative approach for the treatment of several pathologies. Methacrylate polymers have been described as highly biocompatible and are successfully used in medical applications. Due to their cationic nature, these polymers can be used to form polyplexes with DNA for its delivery. This work aims to study the potential of PDMAEMA (poly(2-(N,N’-dimethylamino)ethyl methacrylate)) as a non viral gene delivery system to the retina. The first part of this work aimed to study the potential for gene delivery of a previously synthesized PDMAEMA polymer of high molecular weight (354kDa). In the second part, we synthesized by RAFT a PDMAEMA with a lower molecular weight (103.3kDa) and similarly, evaluated its ability to act as a gene delivery vehicle. PDMAEMA/DNA polyplexes were prepared at 5, 7.5, 10, 12.5 and 20 nitrogen/phosphorous (N/P) ratio for the 354kDa PDMAEMA and at 5 and 7.5 for the 103.3kDa PDMAEMA. Dynamic light scattering and zeta potential measurements confirmed the nanosize and positive charge of polyplexes for all ratios and for both polymers. Both high and low Mw PDMAEMA were able to efficiently complex and protect DNA from DNase I degradation. Their cytotoxicity was evaluated using a non-retinal cell line (HEK293) and a retinal pigment epithelium (RPE) cell line (D407). We have found that cytotoxicity of the free polymer is concentration and time dependent, as expected, and negligible for all the concentrations of the PDMAEMA-DNA polyplexes. Furthermore, for the concentrations to be used in vivo, the 354kDa PDMAEMA showed no signs of inflammation upon injection in the intravitreal space of C57BL/6 mice. The transfection efficiency, as evaluated by fluorescence microscopy and flow cytometry, showed that the D407 retinal cells were transfected by polyplexes of both high and low Mw PDMAEMA, but with varied efficiency, which was dependent on the N/P ratio. Althogether, these results suggest that PDMAEMA is a feasible candidate for non-viral gene delivery to the retina, and this work constitutes the basis of further studies to elucidate the bottleneck in transfection and further optimization of the material.

Farmacogenómica do eixo renina angiotensina: relevância na suscetibilidade e terapêutica da hipertensão arterial

As doenças cardiovasculares (DCVs) apresentam-se como uma das principais causas de morte e incapacidade na maioria dos países desenvolvidos. A hipertensão arterial (HTA) é um fator de risco que contribui grandemente para o desenvolvimento destas doenças, tendo estado associado, em 2004, a aproximadamente 51% das mortes por doença cerebrovascular, 45% das mortes por doença coronária e 7.5 milhões de mortes prematuras no mundo. Em Portugal, a prevalência de HTA ultrapassa os 40% na população adulta. A terapêutica farmacológica, como os inibidores da enzima de conversão da angiotensina (IECAs) e os antagonistas dos recetores da angiotensina II (ARAs), apesar de serem utilizados como fármacos de 1ª linha e de serem determinantes na evolução positiva das DCV, continuam longe dos efeitos desejados de controlo e tratamento. A variada etiologia da HTA contribui para o difícil tratamento. A farmacogenómica tem vindo a tornar-se uma ferramenta extremamente útil na deteção de grupos populacionais em risco e com fraca resposta ao tratamento, pelo que a sua prática no meio clínico deve ser privilegiada. Deste modo, este estudo incidirá sobre os polimorfismos em genes que integram o eixo renina angiotensina (ERA) – farmacodinâmica (PD) - e também sobre as alterações nos genes que podem estar envolvidos na metabolização e transporte dos fármacos anti-hipertensivos – farmacocinética (PK). Exemplos de algumas destas alterações genéticas foram já descritas na literatura. Um polimorfismo do tipo inserção/deleção (I/D) no gene que codifica a enzima de conversão da angiotensina (ECA), leva ao aumento dos níveis plasmáticos desta e da pressão arterial (PA), originando resistência ao tratamento com IECAs; o polimorfismo 1166A>C no recetor do tipo 1 da angiotensina II (R1AII) leva ao aumento da sua expressão, e por conseguinte, a uma resposta mais efetiva aos ARAs; e a alteração -5312C>T no gene que codifica para a renina (REN) conduz ao aumento da expressão desta, podendo o paciente deixar de responder a concentrações padrão de antagonistas da REN. Em termos de PK, polimorfismos nos enzimas metabolizadores dos ARAs como é o caso do CYP 2C9*2 e CYP 2C9*3 levam ao fenótipo de metabolizador lento (PM) e, por conseguinte a possíveis efeitos tóxicos e inesperados. Também a variante do transportador de influxo OATP1B1*1B tem sido descrita como um fator de variabilidade na PK do valsartan e temocapril. Assim, com o desenvolvimento desta monografia, pretende-se estudar como os diferentes polimorfismos existentes nestes genes podem influenciar na suscetibilidade à HTA e na sua terapêutica.

The activity of mouse Cerberus like 2 during cardiogenesis - genetic and morphogenetic studies

Cardiogenesis is a delicate and complex process that requires the coordination of an intricate network of pathways and the different cell types. Therefore, understanding heart development at the morphogenetic level is an essential requirement to uncover the causes of congenital heart disease and to provide insight for disease therapies. Mouse Cerberus like 2 (Cerl2) has been defined as a Nodal antagonist in the node with an important role in the Left-Right (L/R) axis establishment, at the early embryonic development. As expected, Cerl2 knockout mice (Cerl2-/-) showed multiple laterality defects with associated cardiac failure. In order to identify the endogenous role of Cerl2 during heart formation independent of its described functions in the node, we accurately analyzed animals where laterality defects were not present. We thereby unravel the consequences of Cerl2 lossof- function in the heart, namely increased left ventricular thickness due to hyperplasia of cardiomyocytes and de-regulated expression of cardiac genes. Furthermore, the Cerl2 mutant neonates present impaired cardiac function. Once that the cardiac expression of Cerl2 is mostly observed in the left ventricle until around midgestration, this result suggest a specific regulatory role of Cerl2 during the formation of the left ventricular myoarchitecture. Here, we present two possible molecular mechanisms underlying the cardiac Cerl2 function, the regulation of Cerl2 antagonist in activation of the TGFßs/Nodal/Activin/Smad2 signaling identified by increased Smad2 phosphorilation in Cerl2-/- hearts and the negative feedback between Cerl2 and Wnt/ß-catenin signaling in heart formation. In this work and since embryonic stem cells derived from 129 mice strain is extensively used to produce targeted mutants, we also present echocardiographic reference values to progressive use of juveniles and young adult 129/Sv strain in cardiac studies. In addition, we investigate the cardiac physiology of the surviving Cerl2 mutants in 129/Sv background over time through a follow-up study using echocardiographic analysis. Our results revealed that Cerl2-/- mice are able to improve and maintain the diastolic and most of systolic cardiac physiologic parameters as analyzed until young adult age. Since Cerl2 is no longer expressed in the postnatal heart, we suggest that an intrinsic and compensatory mechanism of adaptation may be active for recovering the decreased cardiac function found in Cerl2 mutant neonates. Altogether, these data highlight the role of Cerl2 during embryonic heart development in mice. Furthermore, we also suggest that Cerl2-/- may be an interesting model to uncover the molecular, cellular and physiological mechanisms behind the improvement of the cardiac function, contributing to the development of therapeutic approaches to treat heart failures.

Caracterização de óleos especialmente ricos em ácidos gordos essenciais e ensaio preliminar da sua potencial aplicação em piscicultura

Tese de doutoramento, Biologia, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Molecular characterization of Gla-rich protein (GRP) gene expression and function

Gla-rich protein (GRP) is a vitamin K-dependent protein related to bone and cartilage recently described. This protein is characterized by a large number of Gla (γ-carboxyglutamic acid) residues being the protein with the highest Gla content of any known protein. It was found in a widely variety of tissues but highest levels was found in skeletal and cartilaginous tissues. This small secreted protein was also expressed and accumulated in soft tissues and it was clearly associated with calcification pathologies in the same tissues. Although the biological importance of GRP remains to be elucidated, it was suggested a physiological role in cartilage development and calcification process during vertebrate skeleton formation. Using zebrafish, an accepted model to study skeletal development, we have described two grp paralog genes, grp1 and grp2, which exhibited distinct patterns of expression, suggesting different regulatory pathways for each gene. Gene synteny analysis showed that grp2 gene is more closely related to tetrapod grp, although grp1 gene was proposed to be the vertebrate ortholog by sequence comparison. In addition, we identified a functional promoter of grp2 gene and using a functional approach we confirmed the involvement of transcription factors from Sox family (Sox9b and Sox10) in the regulation of grp2 expression. In an effort to provide more information about the function of grp isoforms, we generated two zebrafish transgenic lines capable to overexpress conditionally grp genes and possible roles in the skeleton development were studied. To better understand GRP function a mammalian system was used and the analysis of knockout mice showed that GRP is involved in chondrocyte maturation and the absence of GRP is associated to proteoglycans loss in calcified articular cartilage. In addition, we detected differences in chondrogenesis markers in articular chondrocyte primary culture. Overall, our data suggest a main role for GRP on chondrocyte differentiation.

Molecular structure and functional analysis of runx3 in zebrafish

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Universidade do Algarve, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, 2014

Identification and molecular characterization of bone-related micrornas: functional implications

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014