Effects of antihypertensive drugs in the differentiation and activation of human bone cells

O osso é um tecido metabolicamente ativo e a sua remodelação é importante para regular e manter a massa óssea. Esse processo envolve a reabsorção do material ósseo por ação dos osteoclastos e a síntese de novo material ósseo mediado pelos osteoblastos. Vários estudos têm sugerido que a pressão arterial elevada está associada a alterações no metabolismo do cálcio, o que leva ao aumento da perda de cálcio e da remoção de cálcio do osso. Embora as alterações no metabolismo ósseo sejam um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o conhecimento em relação a este efeito terapêutico ligado com os bloqueadores de canais de cálcio é ainda muito escasso. Uma vez que os possíveis efeitos no osso podem ser atribuídos à ação antihipertensiva dessas moléculas, ou através de um efeito direto nas atividades metabólicas ósseas, torna-se necessário esclarecer este assunto. Devido ao facto de que as alterações no metabolismo ósseo são um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito que os bloqueadores dos canais de cálcio exercem sobre as células ósseas humanas, nomeadamente osteoclastos, osteoblastos e co-culturas de ambos os tipos celulares. Verificou-se que os efeitos dos fármacos antihipertensores variaram consoante o fármaco testado e o sistema de cultura usado. Alguns fármacos revelaram a capacidade de estimular a osteoclastogénese e a osteoblastogénese em concentrações baixas. Independentemente da identidade do fármaco, concentrações elevadas revelaram ser prejudiciais para a resposta das células ósseas. Os mecanismos intracelulares através dos quais os efeitos foram exercidos foram igualmente afetados de forma diferencial pelos diferentes fármacos. Em resumo, este trabalho demonstrou que os bloqueadores dos canais de cálcio utilizados possuem a capacidade de afetar direta- e indiretamente a resposta de células ósseas humanas, cultivadas isoladamente ou co-cultivadas. Este tipo de informação é crucial para compreender e prevenir os potenciais efeitos destes fármacos no tecido ósseo, e também para adequar e eventualmente melhorar a terapêutica antihipertensora de cada paciente.

Characterization of the effects of antiepileptic drugs on bone metabolism: in vitro studies with human osteoblastic and osteoclastic cells

Bone is constantly being molded and shaped by the action of osteoclasts and osteoblasts. A proper equilibrium between both cell types metabolic activities is required to ensure an adequate skeletal tissue structure, and it involves resorption of old bone and formation of new bone tissue. It is reported that treatment with antiepileptic drugs (AEDs) can elicit alterations in skeletal structure, in particular in bone mineral density. Nevertheless, the knowledge regarding the effects of AEDs on bone cells are still scarce. In this context, the aim of this study was to investigate the effects of five different AEDs on human osteoclastic, osteoblastic and co-cultured cells. Osteoclastic cell cultures were established from precursor cells isolated from human peripheral blood and were characterized for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity, number of TRAP+ multinucleated cells, presence of cells with actin rings and expressing vitronectin and calcitonin receptors and apoptosis rate. Also, the involvement of several signaling pathways on the cellular response was addressed. Osteoblastic cell cultures were obtained from femur heads of patients (25-45 years old) undergoing orthopaedic surgery procedures and were then studied for cellular proliferation/viability, ALP activity, histochemical staining of ALP and apoptosis rate. Also the expression of osteoblast-related genes and the involvement of some osteoblastogenesis-related signalling pathways on cellular response were addressed. For co-cultured cells, osteoblastic cells were firstly seeded and cultured. After that, PBMC were added to the osteoblastic cells and co-cultures were evaluated using the same osteoclast and osteoblast parameters mentioned above for the corresponding isolated cell. Cell-cultures were maintained in the absence (control) or in the presence of different AEDs (carbamazepine, gabapentin, lamotrigine, topiramate and valproic acid). All the tested drugs were able to affect osteoclastic and osteoblastic cells development, although with different profiles on their osteoclastogenic and osteoblastogenic modulation properties. Globally, the tendency was to inhibit the process. Furthermore, the signaling pathways involved in the process also seemed to be differently affected by the AEDs, suggesting that the different drugs may affect osteoclastogenesis and/or osteoblastogenesis through different mechanisms. In conclusion, the present study showed that the different AEDs had the ability to directly and indirectly modulate bone cells differentiation, shedding new light towards a better understanding of how these drugs can affect bone tissue.

Assessment of direct radiological risk and indirect associated toxic risks originated by Coal-Fired Power Plants

Over the past few decades there has been some discussion concerning the increase of the natural background radiation originated by coal-fired power plants, due to the uranium and thorium content present in combustion ashes. The radioactive decay products of uranium and thorium, such as radium, radon, polonium, bismuth and lead, are also released in addition to a significant amount of 40K. Since the measurement of radioactive elements released by the gaseous emissions of coal power plants is not compulsory, there is a gap of information concerning this situation. Consequently, the prediction of dispersion and mobility of these elements in the environment, after their release, is based on limited data and the radiological impact from the exposure to these radioactive elements is unknown. This paper describes the methodology that is being developed to assess the radiological impact due to the raise in the natural background radiation level originated by the release and dispersion of the emitted radionuclides. The current investigation is part of a research project that is undergoing in the vicinity of Sines coal-fired power plant (south of Portugal) until 2013. Data from preliminary stages are already available and possible of interpretation.

Radiological impact associated to Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials (TENORM) from coal-fired power plants emissions

Certain materials used and produced in a wide range of non-nuclear industries contain enhanced activity concentrations of natural radionuclides. In particular, electricity production from coal is one of the major sources of increased human exposure to naturally occurring radioactive materials. A methodology was developed to assess the radiological impact due to natural radiation background. The developed research was applied to a specific case study, the Sines coal-fired power plant, located in the southwest coastline of Portugal. Gamma radiation measurements were carried out with two different instruments: a sodium iodide scintillation detector counter (SPP2 NF, Saphymo) and a gamma ray spectrometer with energy discrimination (Falcon 5000, Canberra). Two circular survey areas were defined within 20 km of the power plant. Forty relevant measurements points were established within the sampling area: 15 urban and 25 suburban locations. Additionally, ten more measurements points were defined, mostly at the 20-km area. The registered gamma radiation varies from 20 to 98.33 counts per seconds (c.p.s.) corresponding to an external gamma exposure rate variable between 87.70 and 431.19 nGy/h. The highest values were measured at locations near the power plant and those located in an area within the 6 and 20 km from the stacks. In situ gamma radiation measurements with energy discrimination identified natural emitting nuclides as well as their decay products (Pb-212, Pb-2142, Ra-226, Th-232, Ac-228, Th-234, Pa-234, U- 235, etc.). According to the results, an influence from the stacks emissions has been identified both qualitatively and quantitatively. The developed methodology accomplished the lack of data in what concerns to radiation rate in the vicinity of Sines coal-fired power plant and consequently the resulting exposure to the nearby population.

An uncertainty and sensitivity analysis applied to the prioritisation of pharmaceuticals as surface water contaminants from wastewater treatment plant direct emissions

In this study, the concentration probability distributions of 82 pharmaceutical compounds detected in the effluents of 179 European wastewater treatment plants were computed and inserted into a multimedia fate model. The comparative ecotoxicological impact of the direct emission of these compounds from wastewater treatment plants on freshwater ecosystems, based on a potentially affected fraction (PAF) of species approach, was assessed to rank compounds based on priority. As many pharmaceuticals are acids or bases, the multimedia fate model accounts for regressions to estimate pH-dependent fate parameters. An uncertainty analysis was performed by means of Monte Carlo analysis, which included the uncertainty of fate and ecotoxicity model input variables, as well as the spatial variability of landscape characteristics on the European continental scale. Several pharmaceutical compounds were identified as being of greatest concern, including 7 analgesics/anti-inflammatories, 3 β-blockers, 3 psychiatric drugs, and 1 each of 6 other therapeutic classes. The fate and impact modelling relied extensively on estimated data, given that most of these compounds have little or no experimental fate or ecotoxicity data available, as well as a limited reported occurrence in effluents. The contribution of estimated model input variables to the variance of freshwater ecotoxicity impact, as well as the lack of experimental abiotic degradation data for most compounds, helped in establishing priorities for further testing. Generally, the effluent concentration and the ecotoxicity effect factor were the model input variables with the most significant effect on the uncertainty of output results.

Modelling the Contribution of 40K, 232Th and 226Ra to Radiation Dose and Risk from Airborne Discharges of Coal-Fired Power Plants

Coal contains trace elements and naturally occurring radionuclides such as 40K, 232Th, 238U. When coal is burned, minerals, including most of the radionuclides, do not burn and concentrate in the ash several times in comparison with their content in coal. Usually, a small fraction of the fly ash produced (2-5%) is released into the atmosphere. The activities released depend on many factors (concentration in coal, ash content and inorganic matter of the coal, combustion temperature, ratio between bottom and fly ash, filtering system). Therefore, marked differences should be expected between the by-products produced and the amount of activity discharged (per unit of energy produced) from different coal-fired power plants. In fact, the effects of these releases on the environment due to ground deposition have been received some attention but the results from these studies are not unanimous and cannot be understood as a generic conclusion for all coal-fired power plants. In this study, the dispersion modelling of natural radionuclides was carried out to assess the impact of continuous atmospheric releases from a selected coal plant. The natural radioactivity of the coal and the fly ash were measured and the dispersion was modelled by a Gaussian plume estimating the activity concentration at different heights up to a distance of 20 km in several wind directions. External and internal doses (inhalation and ingestion) and the resulting risk were calculated for the population living within 20 km from the coal plant. In average, the effective dose is lower than the ICRP’s limit and the risk is lower than the U.S. EPA’s limit. Therefore, in this situation, the considered exposure does not pose any risk. However, when considering the dispersion in the prevailing wind direction, these values are significant due to an increase of 232Th and 226Ra concentrations in 75% and 44%, respectively.

Dispersion Modelling of Natural Radionuclides 238U, 232Th and 40K Released from Coal-fired Power Plants Operations

The aim of this work was to simulate the radionuclides dispersion in the surrounding area of a coal-fired power plant, operational during the last 25 years. The dispersion of natural radionuclides (236Ra, 232Th and 40K) was simulated by a Gaussian plume dispersion model with three different stability classes estimating the radionuclides concentration at ground level. Measurements of the environmen-tal activity concentrations were carried out by γ-spectrometry and compared with results from the air dispersion and deposition model which showed that the stabil-ity class D causes the dispersion to longer distances up to 20 km from the stacks.

Consumo de Fitoterápicos no Distrito de Viana do Castelo

A fitoterapia é umas das Medicinas Alternativas e/ou Complementares mais utilizadas pela população no quotidiano. Esta terapêutica é constituída por misturas de compostos químicos, que são responsáveis pelas suas ações no organismo. Estes compostos não atuam de forma independente, mas sim por efeito aditivo, antagónico ou sinérgico, resultando numa interação dos vários constituintes e dos diversos locais de ação. Nos últimos anos ressurgiu o interesse por esta terapia nos países desenvolvidos, principalmente devido aos efeitos secundários que os medicamentos convencionais podem provocar, e também pelo uso descontrolado e abusivo de certos fármacos. Deste modo, o número de estudos científicos com plantas e seus compostos tem vindo a aumentar ao longo dos anos, fornecendo evidências científicas quanto à sua segurança, aceitabilidade, eficácia, e mostrando menos efeitos secundários que os medicamentos convencionais. Com este projeto pretende-se caraterizar o conhecimento e o consumo de fitoterápicos pela população do distrito de Viana do Castelo. Aplicou-se um estudo observacional, descritivo do tipo transversal e analítico. A população alvo do estudo é a população em geral, residente no distrito de Viana do Castelo, com mais de 18 anos de idade. Para a recolha de informação foi realizado um questionário anónimo, confidencial e voluntário, a 914 individuos. A amostra é constituída maioritariamente por indivíduos do género feminino (58,3%). A faixa etária mais frequente é dos 18 aos 25 anos (19,7%) distribuída por todos os concelhos do distrito. Verificou-se que mais de 40% da população tem doença crónica, e mais de 60% recorreu a produtos fitoterápicos no último ano, havendo uma relação entre quem recorre a esta terapia e a existência de uma patologia crónica associada. Observou-se ainda que mais da 80% da população que utiliza estes produtos se encontra satisfeita com os resultados, sendo que mais de 85% dos utilizadores de fitoterápicos pretende voltar a utilizá-los.

Utilização de PAM's e Medicamentos e/ou Produtos à base de Plantas pela População do Concelho de Bragança

Introdução: Entende-se por fitoterapia a terapêutica caracterizada pelo uso de plantas medicinais nas diferentes formas farmacêuticas com finalidade terapêutica, usada assim para prevenir, atenuar ou curar um estado patológico. Objetivos: Caracterizar a utilização de plantas aromáticas e medicinais (PAM´s), medicamentos e produtos à base de plantas pela população do concelho de Bragança, conhecer a fonte de indicação deste tipo de produtos, apurar a relação entre a fonte de indicação e o estado de saúde após a utilização, verificar a sua correta utilização relativa à indicação terapêutica, modo e frequência de utilização, identificar potenciais interacções medicamentosas, averiguar se os utentes informam o médico do seu uso, investigar a ocorrência de efeitos adversos e apurar a relação entre os efeitos adversos ocorridos e o género dos inquiridos. Métodos: Trata-se de um estudo observacional analítico-transversal. Nele participaram 404 indivíduos de ambos os géneros e com idades compreendidas entre os 18 e os 89 anos. A recolha de dados foi realizada entre os meses de abril e junho de 2014, através de um questionário estruturado de autopreenchimento, formado por 30 perguntas. Após a recolha dos dados procedeu-se à leitura óptica dos questionários, sendo os dados posteriormente exportados para SPSS permitindo assim o tratamento dos mesmos. Para análise estatística utilizou-se o teste do qui-quadrado considerando o nível de significância p <0,05. Resultados: Verificou-se que 53,7% dos inquiridos recorre terapeuticamente a PAM´s que inclui principalmente o uso de cidreira e camomila enquanto 33,8% faz uso de medicamentos e/ou produtos àbase de plantas nomeadamente Valdispert e Daflon. A utilização de PAM,s é motivada por autoconhecimento e indicação de familiares, amigos e vizinhos. Já os medicamentos e/ou produtos à base de plantas são utilizados maioritariamente por prescrição médica e indicação na farmácia. A ocorrência de efeitos indesejáveis foi sentida unicamente com a utilização de PAM´s e em pequena escala. Conclusão: O recurso a este tipo de produtos é uma prática bastante comum entre os moradores do concelho de Bragança, que utilizam uma grande diversidade de plantas e produtos à base de plantas para um variado leque de indicações terapêuticas, apontando a percentagem de respostas para um conhecimento dos seus efeitos terapêuticos.

Optimizing potentiometric ionophore and electrode design for environmental on-site control of antibiotic drugs: Application to sulfamethoxazole

Potentiometric sensors are typically unable to carry out on-site monitoring of environmental drug contaminants because of their high limits of detection (LODs). Designing a novel ligand material for the target analyte and managing the composition of the internal reference solution have been the strategies employed here to produce for the first time a potentiometric-based direct reading method for an environmental drug contaminant. This concept has been applied to sulfamethoxazole (SMX), one of the many antibiotics used in aquaculture practices that may occur in environmental waters. The novel ligand has been produced by imprinting SMX on the surface of graphitic carbon nanostructures (CN) < 500 nm. The imprinted carbon nanostructures (ICN) were dispersed in plasticizer and entrapped in a PVC matrix that included (or not) a small amount of a lipophilic additive. The membrane composition was optimized on solid-contact electrodes, allowing near-Nernstian responses down to 5.2 μg/mL and detecting 1.6 μg/mL. The membranes offered good selectivity against most of the ionic compounds in environmental water. The best membrane cocktail was applied on the smaller end of a 1000 μL micropipette tip made of polypropylene. The tip was then filled with inner reference solution containing SMX and chlorate (as interfering compound). The corresponding concentrations were studied for 1 × 10−5 to 1 × 10−10 and 1 × 10−3 to 1 × 10−8 mol/L. The best condition allowed the detection of 5.92 ng/L (or 2.3 × 10−8 mol/L) SMX for a sub-Nernstian slope of −40.3 mV/decade from 5.0 × 10−8 to 2.4 × 10−5 mol/L.

Cation transporters/channels in plants: Tools for nutrient biofortification

Cation transporters/channels are key players in a wide range of physiological functions in plants, including cell signaling, osmoregulation, plant nutrition and metal tolerance. The recent identification of genes encoding some of these transport systems has allowed new studies toward further understanding of their integrated roles in plant. This review summarizes recent discoveries regarding the function and regulation of the multiple systems involved in cation transport in plant cells. The role of membrane transport in the uptake, distribution and accumulation of cations in plant tissues, cell types and subcellular compartments is described. We also discuss how the knowledge of inter- and intra-species variation in cation uptake, transport and accumulation as well as the molecular mechanisms responsible for these processes can be used to increase nutrient phytoavailability and nutrients accumulation in the edible tissues of plants. The main trends for future research in the field of biofortification are proposed.

Avaliação de funcionamento de duas estações de tratamento de águas residuais do interior de Vila Nova de Gaia

Esta dissertação descreve o trabalho desenvolvido ao longo de um ano e um mês desde a pesquisa teórica até à prática experimental no âmbito da unidade curricular de Dissertação/estágio do Mestrado em Engenharia Química, no ramo Tecnologias em Proteção Ambiental. O tema desta dissertação consiste na avaliação do funcionamento de duas estações de tratamento de águas residuais (ETAR) do interior do município de Vila Nova de Gaia no que diz respeito ao possível aumento da resistência a antibióticos na ETAR de Febros e na ETAR de Lever. Os testes de sensibilidade a antibióticos (TSA) foram executados para ambas as ETAR, sendo as amostras de água recolhidas na entrada e na saída dos reatores biológicos (tratamento secundário). Além disso, foram realizados testes de avaliação da eficiência de desinfeção por radiação ultravioleta (UV) relativamente à Escherichia coli (E. coli) na ETAR de Lever. Os antibióticos selecionados para a realização deste trabalho foram a Eritromicina, a Azitromicina, a Claritromicina, a Ofloxacina, a Ciprofloxacina, o Sulfametoxazol, o Trimetoprim e o Metronidazol. Esta seleção baseou-se no facto de estes serem alguns dos antibióticos mais consumidos e mais persistentes no meio ambiente. A bactéria E. coli (isolada a partir de amostras das águas residuais estudadas) foi escolhida para a realização deste estudo uma vez que está sempre presente nas águas residuais domésticas e está associada a fenómenos de multirresistência a antibióticos. Os testes de TSA foram realizados seguindo a metodologia de difusão por discos. No período do estudo (Março a Junho de 2015) identificaram-se situações quer de aumento de resistência quer de aumento de sensibilidade aos antibióticos testados. As situações mais graves de aumento de resistência, a que corresponderam a halos nulos, verificaram-se para os antibióticos Claritromicina, Trimetoprim e Metronidazol, ocorrendo com maior frequência para os dois últimos, que aliás são fármacos que são administrados em simultâneo. Os períodos mais problemáticos em termos de aumento das resistências foram ligeiramente diferentes nas duas ETAR. No caso da ETAR de Febros correspondeu ao mês Abril e na ETAR de Lever ocorreu entre o final de Abril e o início de Maio. Considera-se que estes períodos poderão coincidir com um aumento do consumo destes fármacos devido à sua utilização no combate a infeções respiratórias muito comuns nesta altura do ano. Não se observou qualquer sensibilidade da E. coli para o Metronidazol porque é um antibiótico com indicação para algumas bactérias anaeróbias, fungos e giardia, e que à partida não tem capacidade para eliminar a E. coli. A eficiência da desinfeção na ETAR de Lever relativamente à remoção de E. coli foi satisfatória. Sendo de salientar a importância da manutenção, no que se refere à identificação de possíveis avarias nas lâmpadas e correspondente limpeza. Os resultados deste trabalho provam a existência de estirpes da bactéria E. coli resistentes a alguns dos antibióticos estudados, o que reforça a importância da desinfeção no tratamento de águas residuais domésticas.