Gestão sustentável dos ecossistemas costeiros de Torres Vedras, como estratégia de desenvolvimento local. Bases para a criação de uma reserva natural marinha

O litoral, espaço geográfico de interface entre o meio marinho e terrestre, reúne múltiplos recursos que têm vindo a ser explorados ao longo dos tempos de uma forma cada vez mais intensa. As zonas costeiras são os locais mais acessíveis do ambiente marinho, oferecendo inúmeras oportunidades para a descoberta de uma grande variedade de espécies. A exploração descontrolada dos recursos naturais aliada a fatores de origem natural, aumentam a dificuldade na gestão, levando a uma degradação progressiva. O litoral analisado, do Município de Torres Vedras, tem aproximadamente 20 quilómetros de costa e carateriza-se como uma zona complexa, com elevados valores naturais. Dada a qualidade paisagística e diversidade ecológica é considerado como uma zona bastante atrativa, o que permite o desenvolvimento de atividades de cariz económico, social e ambiental. O procedimento adotado foi sobretudo as visitas ao terreno e a revisão bibliográfica, elementos fundamentais para uma avaliação do território eficaz e ajustada à realidade atual com base nas tendências evolutivas. A dissertação foi desenvolvida em estreita colaboração com o Município de Torres Vedras e pretende contribuir para a elaboração de uma estratégia de utilização sustentável dos recursos costeiros e marinhos. Pretende igualmente equacionar a possibilidade de criação de uma área marinha protegida de âmbito local. Foi assim que se definiu o objetivo, criar uma estratégia assente em dois pilares fundamentais, a conservação e valorização dos recursos naturais. Só desta forma foi possível conciliar as políticas que interferem na gestão da zona costeira e apresentar um projeto fundamental para a região de Torres Vedras. Este trabalho foi desenvolvido tendo em conta as principais necessidades, não só do território como também das populações, com a realização de uma sessão de participação pública e um inquérito. Os resultados obtidos foram bastante interessantes, pois existe uma preocupação efetiva na proteção dos recursos naturais por parte da população local (das “Ações para valorizar o litoral” perguntadas aos inquiridos, a maior percentagem obtida foi de 19% na opção “Conservação dos Recursos Naturais”), fator fundamental para a definição de uma estratégia de valorização do território. Mostrando desta forma a boa relação da comunidade local à conservação do património natural, e vontade de fortalecer a identidade local. A criação de uma Reserva Natural Marinha foi a opção encontrada tendo em conta a estratégia definida e o território analisado. A implementação desta proposta depende de um processo burocrático e de participação pública, que pode ser um pouco moroso até à sua concretização.

Caracterização de propriedades nutricionais e antioxidantes de chás do Arquipélago dos Açores e valorização dos seus resíduos

Neste trabalho estudou-se a composição e actividade antioxidante de chás verdes e pretos (8 provenientes dos Açores, e 11 de outras origens), 4 chás vermelhos e 6 tisanas de ervas. A composição mineral das folhas de chá e das correspondentes infusões de 5 e 15 minutos foi avaliada no que se refere aos macroelementos (K, Ca, Mg e Na) com valor nutricional e ao alumínio (Al), tendo-se verificado que as suas concentrações dependem do tipo de chá e do tempo de infusão. A actividade antioxidante dos chás e tisanas foi avaliada pela reacção de Folin Ciocalteu, a actividade antiradicalar (DPPH) e actividade redutora férrica (FRAP). Estas actividades aumentaram ou diminuiram com o tempo de infusão e dependendo do tipo de chá e do teste específico o que indica diferentes cinéticas de extracção e degradação de compostos específicos. Os compostos fenólicos dos chás foram quantificados por HPLC-DAD e agrupados nas famílias de catequinas, metilxantinas, ácidos hidroxibenzóicos e hidroxicinâmicos, teoflavinas, flavonas, flavonóis, e seus derivados glicosilados e/ou acilados. A cinética de extracção destes compostos foi avaliada em dois chás dos Açores para tempos de infusão entre 5 min e 60 min. Testaram-se diferenças significativas na composição dos chás e correlações entre composição e actividade antioxidante. A valorização de resíduos dos chás Gorreana como matérias-primas para a produção de suplementos nutracêuticos foi estudada efectuando a extracção de dois chás dos Açores e de dois resíduos de chá utilizando água, etanol acetona e suas misturas. Os resultados mostraram que a polaridade do solvente afectou significativamente o teor de polifenóis, actividade antioxidante e actividade antimicrobiana dos extractos. Os extractos de chá verde inibiram o crescimento de bactérias gram-positivas (Staphylococcus aureus e Staphylococcus aureus resistentes à meticilina), e observou-se uma correlacção forte entre teor de polifenóis e as actividades antioxidante e antimicrobiana de extractos de chá.

Estudo do motor em disco com o rotor em alumínio e em supercondutor multi-semente

Nesta dissertação é realizado o estudo de um motor em disco polifásico com armadura convencional e rotor que pode ser convencional, em alumínio, ou composto por material supercondutor de alta temperatura multi‐semente. O motor com o rotor em alumínio apresenta um comportamento assíncrono bem definido, baseado na lei geral de indução de eletromotrizes no induzido. Contudo, ao ser mergulhado em azoto líquido, evidencia melhores características eléctricas, tanto do induzido como do indutor, mesmo que o núcleo ferromagnético convencional possa exibir degradação magnética. O motor com o rotor SAT exibe um comportamento distinto, evidenciando ambos os regimes síncrono e assíncrono estáveis. O regime síncrono fica caracterizado pelo fenómeno de aprisionamento de campo, que garante que o rotor gire síncrono com o campo girante do estator. Em regime assíncrono, para um determinado valor de binário resistente aplicado superior ao electromagnético máximo desenvolvido pelo motor, o fenómeno de escoamento de campo está presente, sendo o binário electromagnético motor reforçado por um binário extra de perdas de carácter resistivo desenvolvidas no rotor devido à interacção da densidade de corrente a campos eléctricos que se estabelecem no rotor. Neste caso, o fenómeno de escoamento de campo não é devido a forças de Lorentz que se definem na matriz de Abrikosov, mas sim devido a esta ser “puxada” pelo campo girante do estator, ficando a matriz a deslizar sobre o rotor. De modo a obter as características dos sistemas electromecânicos em estudo é realizada uma análise teórica, baseada na teoria convencional das máquinas eléctricas, com o objectivo de compreender alguns dos fenómenos do motor de fluxo axial, e uma análise baseada num programa comercial de elementos finitos onde o fenómeno da supercondutividade é simulado com base na relação entre o campo elétrico e a densidade de corrente pela lei da potenciação (E‐J power law). O ensaio dos motores referidos é realizado para comparar ambos os sistemas e de realçar o princípio de funcionamento e as características mais relevantes de cada um. Da análise realizada é desenvolvido um modelo que caracteriza o funcionamento da máquina com o rotor com SAT.

A Cidade, a vida urbana e os seus contributos para a sustentabilidade

A globalização representa um marco nas transformações das cidades e da vida dos seus urbanitas, caraterizada pelo grande avanço tecnológico, transportes e comunicação. A dinâmica da população, a irracionalidade do consumo dos recursos, a degradação do ambiente global revela cada vez mais o alcance de níveis ambientais críticos com repercussões irreversíveis nos ecossistemas globais. Analogamente a este processo desenfreado e sem precedentes, surgem as primeiras preocupações face à iminência de um cenário assolador: o alcance dos limites ambientais. É neste contexto que novas reflexões sobre a cidade e o ambiente urbano vão surgindo, um pouco por todo o mundo, traçando estratégias inovadoras que respondam a este desafio ambiental, assegurando as necessidades das populações sem comprometer o futuro das vindouras. Neste sentido, o desenvolvimento do presente trabalho procura demonstrar como a cidade dual, “geradora” de insustentabilidade poderá contribuir para a sustentabilidade ambiental.

Termalismo - As lógicas do consumo na entropia da ordem cultural, o exemplo das Caldas da Rainha

Tendo o termalismo como pano de fundo, analisou-se o contexto da cidade de Caldas da Rainha, visando entender a viabilidade do património termal centenário, enquanto atrativo turístico num futuro próximo. Focou-se a atenção na lógica das mudanças culturais, motivadas por paradigmas associados ao consumo do espaço, fazendo análise de conteúdo de imagens e palavras utilizadas na sua referência, tanto institucional quanto individualmente. Apesar de o tratamento com águas termais, na cidade de Caldas da Rainha, ter entrado em situação de marasmo, verificou-se que o património termal e toda a imagética a ele associada ainda se constitui como referência de identidade, devendo ser salvaguardado a sua integridade e genuinidade para benefício das futuras gerações de utilizadores. A ordem da degradação do património termal de Caldas da Rainha pode ser revertida, utilizando sinergia de cientistas, entidades públicas e privadas e ser uma mais-valia, não somente para o município e a população local, mas também para toda a região do oeste e para o país.

O papel da arte na reabilitação urbana. Uma análise comparativa

Uma das problemáticas mais prementes nas cidades europeias, caracteriza-se pela degradação física, social, económica e ambiental dos seus centros históricos. No entanto, as estratégias tradicionais de reabilitação e combate a estes problemas são muitas vezes ineficazes, sendo necessário procurar novas formas de superar tais problemas, que devem ser enquadradas numa política de Desenvolvimento Sustentável. A criatividade e as actividades artísticas podem desempenhar um papel significativo na resolução destes problemas, através da ocupação de edifícios devolutos. Com base numa análise comparativa de quatro casos de estudo: LxFactory, em Lisboa; Ateneu Popular 9 Barris, em Barcelona; 59 Rivoli, em Paris; Kunsthaus Tacheles, em Berlim; foi possível constatar que a reabilitação pela arte pode produzir um efeito de renovação social e económica no espaço e sua envolvente, criando novas oportunidades económicas locais, emprego, novos percursos turísticos, atracção de novos habitantes, entre outros. Considerando o enquadramento que, actualmente, a reabilitação tem como acção de cariz sustentável, particularmente ao nível da dimensão ambiental, associá-la às actividades artísticas, criativas ou culturais, pode permitir responder às dimensões social e económica. A introdução de novas dinâmicas e vivências em espaços desocupados ou devolutos, permite ainda a valorização económica dos imoveis, constituindo um factor de regeneração urbana. A proposta de um modelo de avaliação da sustentabilidade de casos de reabilitação pela arte pode fundamentar a sua criação, permitindo que estes sejam replicados, com os benefícios que lhes estão associados. A aplicação do modelo pode portanto, disponibilizar informações sobre a capacidade de geração de influências positivas, das intervenções de reabilitação pela arte, ao nível do Desenvolvimento Sustentável, potenciando a aceitação destes projectos por parte dos vários agentes que compõem a cidade e viabilizando a sua difusão para outros espaços urbanos com necessidades de reabilitação.

Caracterização física de argamassas de cal aérea com resíduos de cerâmica

A reabilitação e manutenção das fachadas antigas requer especial atenção sobretudo porque os materiais atualmente utilizados não correspondem, muitas vezes, aos requisitos exigidos para o efeito. No caso concreto das argamassas de reboco é possível observar com frequência erros associados à escolha dos produtos, que induzem uma degradação acelerada dos revestimentos e particularmente dos respetivos suportes, comprometendo a durabilidade dos sistemas. Era frequente, no passado, o recurso a argamassas de cal aérea e, em alguns casos, com incorporação de resíduos de cerâmica, que lhes conferiam um desempenho melhorado. Nestas circunstâncias, e tendo em conta o volume de resíduos produzidos pelas indústrias cerâmicas, geralmente depositados em aterro, o desenvolvimento de soluções de argamassas de revestimento com incorporação destes resíduos poderá apresentar-se como uma solução viável, não só do ponto de vista técnico, mas também ambiental. Este estudo apresenta a caracterização de argamassas de cal aérea ao traço 1:2 e 1:3 com resíduos de cerâmica, destinadas à reabilitação de rebocos de edifícios, no que respeita ao comportamento face à presença de água. Verifica-se que a introdução de resíduos conduziu ao aumento da resistência à difusão do vapor de água, da absorção de água por capilaridade e da porosidade aberta e à redução da capacidade de secagem. No entanto as diferenças face às argamassas de referência só de cal foram geralmente pouco significativas, pelo que particularmente as argamassas ao traço 1:2 com resíduos indiciam ser adequadas para aplicação em edifícios antigos.

Modelação e resposta dinâmica de vias ferroviárias balastradas. Comportamento a longo prazo

A programação e execução de atividades de manutenção nas vias ferroviárias requerem que antecipadamente sejam realizadas inspeções à via, verificando-se através de equipamentos específicos a conformidade dos parâmetros da via com as normas regulamentares. Assim, quando as inspeções o indicam, as entidades gestoras devem programar e realizar as ações de manutenção necessárias de modo a restabelecer a qualidade da via. Baseado em dados obtidos pelo veículo de inspeção de via, utilizado na rede ferroviária nacional, o trabalho desenvolvido na presente dissertação tem como objetivo, com recurso a modelação numérica, prever problemas de comportamento a longo prazo do balastro e do solo de fundação, identificando quando serão necessárias operações de manutenção. De acordo com as estruturas de via balastrada mais usuais em Portugal e os aspetos geotécnicos relacionados com a sua subestrutura, pretendeu-se desenvolver um estudo para melhor entender o seu comportamento a longo prazo, com recurso ao programa D-Track, e contribuir para uma eficaz previsão e preparação dos trabalhos de manutenção da via. Foram modelados numericamente três casos distintos de vias ferroviárias, considerando os aspetos estruturais relevantes. É tida em conta a passagem de vários comboios de acordo com o tipo de tráfego estimado e posteriormente é feita a análise dos resultados de saída, tais como, assentamentos do carril e balastro, forças de interação veículo/balastro. Os principais temas abordados são: os constituintes da via ferroviária balastrada, o que leva à sua degradação, análise de dados obtidos em inspeções de via pela EM120, modelação numérica dos casos estudo, análise de resultados e principais conclusões.

A segurança ao uso normal na decisão de intervenção em parques edificados

O estado de degradação de edifícios em Portugal tem aumentado significativamente ao longo dos últimos anos, devido, entre outros aspectos, ao envelhecimento e à falta de manutenção. Estes factores aceleram o processo de deterioração dos edifícios, motivando o aparecimento de anomalias. No entanto, existem diversas ferramentas para o levantamento dessas anomalias e para avaliação do estado de conservação de edifícios. Em 2006, foi desenvolvido no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), o Método de Avaliação do Estado de Conservação de imóveis (MAEC), que permite determinar, de forma expedita, o estado de conservação de edifícios, através da realização de inspecções visuais ao local por técnicos qualificados. Contudo, algumas situações que possam causar riscos na utilização corrente dos edifícios, caso não derivem de anomalias físicas construtivas, não são tomadas em consideração para efeitos de definição de intervenções de reabilitação. Considera-se importante que no momento do levantamento das condições de degradação física, a avaliação da segurança ao uso normal tenha igual relevância, através da identificação de alguns perigos. Em países como o Reino Unido e França são utilizadas metodologias de avaliação que integram em simultâneo estas duas dimensões. Neste sentido, o MAEC poderá ser complementado de forma a concretizar e a viabilizar este tipo de avaliações. Assim, o estudo visa desenvolver uma ferramenta aplicável em inspecções para avaliação das condições de segurança dos imóveis (MACS), integrando o MAEC neste processo de intervenção. Para isso analisaram-se outros métodos de avaliação (nacional e estrangeiros) que serviram de apoio ao desenvolvimento da proposta. Para testar a viabilidade do novo método foi avaliada uma amostra de imóveis no âmbito do MAEC e do MACS, através da inspecção de edifícios de uso habitacional, com épocas construtivas distintas. De uma forma geral, concluiu-se que a metodologia permitiu criar padrões actuais de risco, e a sua aplicação possibilitou a comparação das condições de segurança de diferentes edifícios. Também foi possível identificar os perigos com maior risco de ocorrência de acidentes, permitindo a definição de níveis de urgência de intervenção das situações consideradas perigosas.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Metanólise de óleo de soja em reator de membrana compósita PVA/casca de ovo calcinada. Estudo do efeito da reticulação

Com a crise energética atual e os efeitos nocivos associados ao consumo de combustíveis fósseis e seus derivados, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e economicamente viáveis face a esse recurso. Surgiu então o biodiesel, um combustível derivado de recursos renováveis e potencial substituto do diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais apresenta ser a principal via na produção de biodiesel. A utilização de catalisadores básicos homogéneos, tal como o hidróxido de sódio, na produção de biodiesel apresenta algumas adversidades, nomeadamente, o aparecimento de reações secundárias de hidrólise dos triglicéridos, na presença de água, que promovem a formação de sabões e emulsões. Mesmo com o uso de reagentes secos, ocorrem reações entre o hidróxido e o álcool, formando-se água. Uma solução para este tipo de problemas é a utilização de catalisadores heterogéneos. Contudo, a produção de biodiesel apresenta custos associados elevados que podem ser diminuídos com a utilização de catalisadores provenientes de resíduos alimentares. Este trabalho consistiu na preparação de membranas catalítica de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido a partir de resíduos alimentares industriais (casca de ovo de galinha). Procedeu-se à caraterização das membranas por determinação da espessura, ângulos de contato, grau de inchamento e por espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na transesterificação de óleo de soja com metanol em reator de membrana catalítica. Analisou-se o efeito da reticulação química nas propriedades das membranas e na atividade catalítica.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Complexos Organometálicos: caracterização preliminar de compostos de vanádio e de moléculas libertadoras de CO como potenciais fármacos

Vários complexos metálicos têm sido explorados visando uma melhoria de atuais tratamentos das mais variadas doenças. Os compostos de vanádio apresentam uma capacidade de mimetizar a ação da insulina, insurgindo-se assim como uma aposta no tratamento da doença Diabetes mellitus. O monóxido de carbono (CO), outrora visto como apenas um agente tóxico, atualmente é explorado pelas suas capacidades anti-inflamatórias, tendo-se desenvolvido moléculas libertadoras de CO, os CORMs, de modo a tirar partido dos seus efeitos biológicos. Com vista a determinar a formação de aductos entre os complexos organometálicos de vanádio e diferentes proteínas e caracterizar o tipo de interação estabelecida recorreu-se à Cristalografia de raios-X. A estrutura cristalográfica do aducto VOIV(picolinato)2–tripsina bovina foi obtida a 1,09 Å de resolução, mostrando o complexo VOIV(pic)2 no centro ativo da enzima, coordenado à cadeia lateral da serina catalítica (Ser195), numa geometria octaédrica. Ensaios cinéticos preliminares realizados com o complexo VO(pic)2 foram efetuados para determinar potenciais efeitos inibitórios na atividade das enzimas lisozima da clara do ovo (HEWL) e tripsina. O potencial terapêutico dos CORMs associado à Nanotecnologia foi explorado para o [Ru(CO)3Cl(glicinato)] (CORM-3), visando desenvolver nanopartículas de ouro (AuNPs) funcionalizadas com o composto e diferentes proteínas. A toxicidade celular direta do CORM-3, bem como alguns potenciais efeitos biológicos de CORM-3–albumina de soro humano (BSA) e CORM-3–HEWL foram também avaliados, recorrendo a ensaios de viabilidade celular , riscados celulares, e RT-qPCR em várias linhas celulares tumorais e linha primária de fibroblastos humanos. Foi possível iniciar o desenvolvimento de nanosistemas de AuNPs@PEG@BSA e AuNPs@PEG@HEWL, seguindo-se futuramente a conjugação com o CORM-3. Não foi possível determinar o efeito anti-inflamatório do CORM-3 e seus conjugados através da análise dos genes de resposta por RT-qPCR em tempo real, no entanto determinou-se que o composto CORM-3 não possui toxicidade em linhas celulares tumorais, e que aparenta fomentar a regeneração celular em fibroblastos e células tumorais NINA, sendo este efeito potenciado aquando conjugação com BSA.

Desenvolvimento e avaliação in vitro de um revestimento multifuncional para possível aplicação em implantes ósseos

As fraturas ósseas têm sido consideradas como um problema sócio económico mundial afetando sobretudo os jovens e idosos. No caso de pequenas correções de fraturas ou defeitos ósseos é necessário a aplicação de implantes biodegradáveis que atuem de forma temporária durante o período de formação do novo tecido ósseo. Uma das grandes vantagens da sua aplicação é evitar uma segunda intervenção cirúrgica para a sua remoção. Para isso, o Magnésio (Mg) e as suas ligas têm vindo a ser considerados como uma boa opção para este tipo de implantes temporários pois para além de serem biodegradáveis e biocompatíveis possuem propriedades semelhantes ao osso. No entanto, a sua elevada taxa de degradação em ambiente biológico é uma desvantagem para a sua utilização que conduz à perda da sua funcionalidade. O objetivo deste trabalho foi desenvolver revestimentos multifuncionais biocompatíveis, para a superfície do implante biodegradável, que permitam controlar a taxa de degradação do Mg e em simultâneo promovam a adesão e proliferação celular no local afetado. Neste trabalho, foram desenvolvidos três tipos de revestimentos biocompatíveis: Fosfatos, Fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e óxido de grafeno aplicados na superfície da liga de Mg AZ31 através do método de eletrodeposição/eletroforese química. Foi realizado um tratamento térmico e avaliada a sua influência na resposta celular e na sua resistência à degradação. As propriedades físico-químicas do revestimento foram obtidas por microscopia electrónica de varrimento e de transmissão, microscopia de Raman, difração de raios-X e microscopia de força atómica. Foram ainda analisadas medições do ângulo de contacto da superfície dos revestimentos e realizados ensaios de degradação em soluções fisiológicas. A resposta celular aos revestimentos foi testada in vitro através da avaliação da adesão e proliferação de células osteoblásticas (Saos-2). Os resultados obtidos demonstram que o tratamento térmico modifica a estrutura do revestimento e promove a adesão celular. A incorporação do óxido grafeno no revestimento de fosfatos e hidroxiapatite permite aumentar a resistência à degradação e promover uma melhor resposta celular.

Primary cilia and the regulation of hedgehog signaling: link to cardiac development

RESUMO: As células eucarióticas evoluíram um sistema de sinalização complexo que lhes permite responder aos sinais extracelulares e intracelulares. Desta forma, as vias de sinalização são essenciais para a sobrevivência da célula e do organismo, uma vez que regulam processos fundamentais, tais como o desenvolvimento, o crescimento, a imunidade, e a homeostase dos tecidos. A via de transdução de sinal Hedgehog (Hh) envolve o receptor Patched1 (Ptch1), que tem um efeito inibidor sobre a proteína Smoothened (Smo) na ausência dos seus ligandos, as proteínas Sonic hedgehog (Shh). Estas proteínas são reguladores fundamentais do desenvolvimento embrionário, como ilustrado pelas malformações drásticas observadas em embriões humanos e de murganho com perturbações da transdução de sinal da via Hh e que incluem polidactilia, defeitos craniofaciais e malformações ósseas. Igualmente importantes são as consequências da ativação inapropriada da via de sinalização Hh na formação de tumores. Curiosamente, os componentes desta via localizam-se nos cílios primários. Além disso, demonstrou-se que esta localização é crucial para a sinalização através da via Hh. Na presença dos ligandos, Ptch1 é internalizado e destinado a degradação ou sequestrado num compartimento da célula de onde não pode desempenhar o seu papel inibitório. A proteína Arl13b é uma pequena GTPase pertencente à família Arf/Arl da superfamília Ras de pequenas GTPases e foi implicada no síndrome de Joubert, uma ciliopatia caracterizada por ataxia congénita cerebelar, hipotonia, atrso mental e cardiopatia congénita. Murganhos deficientes para Arl13b, chamado hennin (hnn) morrem morrem prematuramente ao dia 13,5 de gestação (E13,5) e exibem anomalias morfológicas nos cílios que levam à interrupção da sinalização Hh. Além disso, a Arl13b está diretamente envolvida na regulação da via Hh, controlando a localização de vários componentes desta via nos cílios primários. Neste trabalho, mostramos que a Arl13b se localiza em circular dorsal ruffles (CDRs), que são estruturas de actina envolvidas em macropinocitose e internalização de recetores, e que regula a sua formação. Além disso, aprofundámos o conhecimento do processo de ativação da via de sinalização Hh, mostrando que as CDRs sequestram seletivamente e internalizam o recetor Ptch1. As CDRs formam-se minutos após ativação da via por ligandos Shh ou pelo agonista de Smo SAG e continuam a ser formadas a partir daí, sugerindo uma indução contínua da reorganização do citoesqueleto de actina quando a via está ativada. Observámos ainda que a inibição da formação de CDRs através do silenciamento de WAVE1, uma proteína necessária para a formação destas estruturas, resulta na diminuição da ativação da via de sinalização Hh. Além disso, o bloqueio da macropinocitose, que se segue ao fecho das CDRs, através do silenciamento de uma proteína necessária para a cisão de macropinossomas, nomeadamente a proteína BARS, tem um efeito semelhante. Estes resultados sugerem que as CDRs e a macropinocitose são necessárias para a ativação da via de sinalização Hh e indicam que esta via de internalização controla os níveis de sinal Hh. Durante o desenvolvimento, as células proliferativas dependem do cílio primário para a transdução de várias vias de sinalização. A via Hh induz a diferenciação do músculo cardíaco. Por conseguinte, os murganhos deficientes na via de sinalização Hh exibem uma variedade de defeitos de lateralidade, incluindo alteração do looping do coração, como pode ser visto em murganhos deficientes para Arl13b. Por conseguinte, investigámos o papel da Arl13b no desenvolvimento do coração. Mostramos que a Arl13b é altamente expressa no coração de embriões de murganho e de murganhos adultos ao nível do mRNA e da proteína. Além disso, o perfil de distribuição da Arl13b no coração segue o dos cílios primários, que são essenciais para o desenvolvimento cardíaco. Corações de murganhos hnn no estadio E12,5 mostram um canal átrio-ventricular aberto, espessamento da camada compacta ventricular e aumento do índice mitótico no ventrículo esquerdo. Além disso, um atraso de 1 a 2 dias no desenvolvimento é observado em corações de murganhos hnn, quando comparados com controlos selvagens no estadio E13,5. Assim, estes resultados sugerem que a Arl13b é necessária para o desenvolvimento embrionário do coração e que defeitos cardíacos podem contribuir para a letalidade embrionária de murganhos hnn. Em suma, foi estabelecido um novo mecanismo para a regulação dos níveis de superfície do recetor Ptch1, que envolve a remodelação do citoesqueleto de actina e a formação de CDRs após a ativação da via de sinalização Hh. Este mecanismo permite um feedback negativo que evita a repressão excessiva da via através da remoção de Ptch1 da superfície da célula. Além disso, determinou-se que uma mutação de perda de função na Arl13b causa defeitos cardíacos durante o desenvolvimento, possivelmente relacionados com a associação dos defeitos em cílios primários e na sinalização Hh, existentes em murganhos deficientes para Arl13b. A via de sinalização Hh tem tido um papel central entre as vias de sinalização, uma vez que a sua regulação é crucial para o funcionamento apropriada da célula. Assim, a descoberta de um novo mecanismo de tráfego através de macropinocitose e CDRs que controla a ativação e repressão da via de sinalização Hh traz novas perspetivas de como esta via pode ser regulada e pode ainda conduzir à identificação de novos alvos e estratégias terapêuticas. --------------------ABSTRACT: Eukaryotic cells have evolved a complex signaling system that allows them to respond to extracellular and intracellular cues. Signaling pathways are essential for cell and organism survival, since they regulate fundamental processes such as development, growth, immunity, and tissue homeostasis. The Hedgehog (Hh) pathway of signal transduction involves the receptor Patched1 (Ptch1), which has an inhibitory effect on Smoothened (Smo) in the absence of its ligands, the Sonic hedgehog (Shh) proteins. These proteins are fundamental regulators of embryonic development, as illustrated by the dramatic malformations seen in human and mouse embryos with perturbed Hh signal transduction that include polydactyly, craniofacial defects and skeletal malformations. Equally important are the consequences of inappropriate activation of the Hh signaling response in tumor formation. Interestingly, the components of this pathway localize to primary cilia. Moreover, it has been shown that this localization is crucial for Hh signaling. However, in the presence of the ligands, Ptch1 is internalized and destined for degradation or sequestered in a cell compartment where it no longer can play its inhibitory role. ADP-ribosylation factor-like (Arl) 13b, a small GTPase belonging to Arf/Arl family of the Ras superfamily of small GTPases has been implicated in Joubert syndrome, a ciliopathy characterized by congenital cerebellar ataxia, hypotonia, intellectual disability and congenital heart disease. Arl13b-deficient mice, called hennin (hnn) die at embryonic day 13.5 (E13.5) and display morphological abnormalities in primary cilia that lead to the disruption of Hh signaling. Furthermore, Arl13b is directly involved in the regulation of Hh signaling by controlling the localization of several components of this pathway to primary cilia. Here, we show that Arl13b localizes to and regulates the formation of circular dorsal rufles (CDRs), which are actin-basedstructures known to be involved in macropinocytosis and receptor internalization. Additionally, we extended the knowledge of the Hh signaling activation process by showing that CDRs selectively sequester and internalize Ptch1 receptors. CDRs are formed minutes after Hh activation by Shh ligands or the Smo agonist SAG and keep being formed thereafter, suggesting a continuous induction of actin reorganization when the pathway is switched on. Importantly, we observed that disruption of CDRs by silencing WAVE1, a protein required for CDR formation, results in down-regulation of Hh signaling activation. Moreover, the blockade of macropinocytosis, which follows CDR closure, through silencing of a protein necessary for the fission of macropinosomes, namely BARS has a similar effect. These results suggest that CDRs and macropinocytosis are necessary for activation of Hh signaling and indicate that this pathway of internalization controls Hh signal levels. During development, proliferating cells rely on the primary cilium for the transduction of several signaling pathways. Hh induces the differentiation of cardiac muscle. Accordingly, Hh-deficient mice display a variety of laterality defects, including alteration of heart looping, as seen in Arl13b-deficient mice. Therefore, we investigated the role of Arl13b in heart development. We show that Arl13b is highly expressed in the heart of both embryonic and adult mice at mRNA and protein levels. Also, Arl13b localization profile mimics that of primary cilia, which have been shown to be essential to early heart development. E12.5 hnn hearts show an open atrioventricular channel, increased thickening of the ventricular compact layer and increased mitotic index in the left ventricle. Moreover, a delay of 1 to 2 days in development is observed in hnn hearts, when compared to wild-type controls at E13.5. Hence, these results suggest that Arl13b is necessary for embryonic heart development and that cardiac defects might contribute to the embryonic lethality of hnn mice. Altogether, we established a novel mechanism for the regulation of Ptch1 surface levels, involving cytoskeleton remodeling and CDR formation upon Hh signaling activation. This mechanism allows a negative feedback loop that prevents excessive repression of the pathway by removing Ptch1 from the cell surface. Additionally, we determined that the Arl13b loss-offunction mutation causes cardiac defects during development, possibly related to the associated ciliary and Hh signaling defects found in Arl13b-deficient mice. Hh signaling has taken a center stage among the signaling pathways since its regulation is crucial for the appropriate output and function of the cell. Hence, the finding of a novel trafficking mechanism through CDRs and macropinocytosis that controls Hh signaling activation and repression brings new insights to how this pathway can be regulated and can lead to the discovery of novel therapeutic targets and strategies.