Photochemical degradation of triclosan: a comparison between different light sources

New emerging contaminants could represent a danger to the environment and Humanity with repercussions not yet known. One of the major worldwide pharmaceutical and personal care productions are antimicrobials products, triclosan, is an antimicrobial agent present in most products. Despite the high removal rate of triclosan present in wastewater treatments, triclosan levels are on the rise in the environment through disposal of wastewater effluent and use of sewage sludge in land application. Regulated in the EC/1272/2008 (annex VI, table 3.1), this compound is considered very toxic to aquatic life and it has been reported that photochemical transformation of triclosan produces dioxins. In the current work it was defined three objectives; determination of the most efficient process in triclosan degradation, recurring to photochemical degradation methods comparing different sources of light; identification of the main by-products formed during the degradation and the study of the influence of the Fenton and photo-Fenton reaction. Photochemical degradation methods such as: photocatalysis under florescent light (UV), photocatalysis under visible light (sunlight), photocatalysis under LEDs, photo-Fenton and Fenton reaction have been compared in this work. The degradation of triclosan was visualized through gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). In this study photo-Fenton reaction has successfully oxidized triclosan to H2O and CO2 without any by-products within 2 hours. Photocatalysis by titanium dioxide (TiO2) under LEDs was possible, having a degradation rate of 53% in an 8 hours essay. The degradation rate of the Fenton reaction, UV light and sunlight showed degradation between 90% and 95%. The results are reported to the data observed without statistic support, since this was not possible during the work period. Hydroquinone specie and 2,4-dichlorophenol by-products were identified in the first hour of photocatalysis by UV. A common compound, possibly identified has C7O4H , was present at the degradation by UV, sunlight and LEDs and was concluded to be a contaminant. In the future more studies in the use of LEDs should be undertaken given the advantages of long durability and low consumption of energy of these lamps and that due to their negative impact on the environment fluorescent lamps are being progressively made unavailable by governments, requiring new solutions to be found. Fenton and photo-Fenton reactions can also be costly processes given the expensive reagents used.

New fluorescent chemosensors based on bio-inspired ligands and macrocycles: from single molecules to nanoparticles

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Biotecnologia pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia. A presente dissertação foi preparada no âmbito do protocolo de acordo bilateral de educação avançada (ERASMUS) entre a Universidade de Vigo e a Universidade Nova de Lisboa

Synthesis, characterization and applications of new schiff base fluorescent chemosensors for metal and DNA interactions: conventional and "green" approaches

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável, especialidade de Química-Física Inorgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

The impact of CdSe/ZnS Quantum Dots in cells of Medicago sativa in suspension culture

Abstract Background: Nanotechnology has the potential to provide agriculture with new tools that may be used in the rapid detection and molecular treatment of diseases and enhancement of plant ability to absorb nutrients, among others. Data on nanoparticle toxicity in plants is largely heterogeneous with a diversity of physicochemical parameters reported, which difficult generalizations. Here a cell biology approach was used to evaluate the impact of Quantum Dots (QDs) nanocrystals on plant cells, including their effect on cell growth, cell viability, oxidative stress and ROS accumulation, besides their cytomobility. Results: A plant cell suspension culture of Medicago sativa was settled for the assessment of the impact of the addition of mercaptopropanoic acid coated CdSe/ZnS QDs. Cell growth was significantly reduced when 100 mM of mercaptopropanoic acid -QDs was added during the exponential growth phase, with less than 50% of the cells viable 72 hours after mercaptopropanoic acid -QDs addition. They were up taken by Medicago sativa cells and accumulated in the cytoplasm and nucleus as revealed by optical thin confocal imaging. As part of the cellular response to internalization, Medicago sativa cells were found to increase the production of Reactive Oxygen Species (ROS) in a dose and time dependent manner. Using the fluorescent dye H2DCFDA it was observable that mercaptopropanoic acid-QDs concentrations between 5-180 nM led to a progressive and linear increase of ROS accumulation. Conclusions: Our results showed that the extent of mercaptopropanoic acid coated CdSe/ZnS QDs cytotoxicity in plant cells is dependent upon a number of factors including QDs properties, dose and the environmental conditions of administration and that, for Medicago sativa cells, a safe range of 1-5 nM should not be exceeded for biological applications.

Vascularização do útero: estudo morfológico e experimental

RESUMO Os trabalhos de investigação, conducentes à elaboração do presente estudo morfofuncional, subordinado ao tema da "VASCULARIZAÇÃO ARTERIAL DO ÚTERO",fundamenta-se em conceitos da anatomia descritiva clássica, complementados por técnicas de estudo mais modernas, permitindo-nos observações originais. O principal objectivo é de definir um padrão descritivo da vascularização uterina e de estabelecer uma correlação anatomo-fisiológica e anatomo-clínica na descrição da angiomorfologia uterina, actualizando as descrições clássicas da artéria com dados de observação originais, segundo as técnicas de estudo angiomorfológicas correntemente empregues no Departamento de Anatomia da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Nova de Lisboa. Correlacionam-se as observações com os mais recentes dados publicados, no âmbito da imuno-histoquímica e da moderna bioquímica endocrinológica, uma vez que os conceitos modernos de fisiologia uterina e ginecológica praticamente dominam a vasta literatura científica mundial. Como objectivos particulares, ou linhas orientadoras da tese, escolhemos: - A definição de parâmetros descritivos do padrão genérico da vascularização uterina, actualizando a nomenclatura descritiva de acordo com a moderna Nomina Anatomica mundialmente debatida, desde o XIV Congresso Internacional da Federação Internacional das Associações de Anatomistas, sob a presidência do Prof. Doutor J.A. Esperança Pina (1994) e publicada em 1999-2001. - A comparação do caso humano com o do animal de experiência, por observação meticulosa do maior número de casos possíveis, realizando um estudo comparativo que nos permita extrapolar dados de experimentação animal para o caso humano; - O estabelecimento de uma correlação anatomo-fisiológica, por análise do comportamento da vascularização uterina, ao longo da vida, desde o nascimento até à menopausa, e perante as influências hormonais a que se encontra exposta. A tese constrói-se em torno de três núcleos fundamentais: 1. Um capítulo introdutório, de contextualização teórica, por enquadramento histórico dos estudos dos órgãos genitais femininos e da evolução das técnicas de diagnóstico e terapêutica do útero, focando as primeiras referências à técnica da histerotomia (Cesariana) (com a lenda persa do nascimento do herói Rostam, ou do nascimento do deus Asclepius), as primeiras representações da vascularização uterina (por LEONARDO e iii VESÁLIO), ou as primeiras descrições anatómicas do útero, da autoria de Portugueses (RODRIGO DE CASTRO, 1516 e AMATO LUSITANO, 1551). Prossegue a contextualização teórica com breve referência à recente evolução das técnicas de diagnóstico e terapêutica dos fibromiomas uterinos, mencionando de modo particular a evolução das técnicas de embolização arterial uterina, por nos parecer corresponder a um campo de aplicação imediata dos estudos da vascularização do útero. Termina este capítulo com breve referência aos trabalhos do Prof. Doutor J. MARTINS PISCO que tem actualmente, no nosso País uma das mais extensas listas de trabalhos efectuados com sucesso a nível mundial, no campo da embolização arterial de fibromiomas uterinos. 2. O segundo núcleo fundamental, intitulado "Angiomorfologia uterina" corresponde a extensa revisão bibliográfica dos estudos descritivos da vascularização uterina, desde logo ilustrando a resenha teórica com algumas imagens fotográficas de úteros humanos, seleccionadas da nossa colecção. A descrição da vascularização uterina, fundamentada em 1500 citações bibliográficas, organiza-se, de acordo com o paralelismo entre a estratificação histológica e angiológica do órgão, e a hierarquia funcional, regulada pelas cíclicas variações hormonais. Descreve-se a camada serosa e correspondente vascularização; a camada muscular e vascularização do miométrio; e, por fim, a camada mucosa e os vasos endometriais. Verifica-se, perante os dados colhidos da literatura mundial, o interesse do aprofundamento dos estudos morfológicos da microvascularização endometrial e da adaptação das descrições aos resultados dos modernos estudos funcionais obtidos por técnicas da imuno-histoquímica. 3. Fundamentados nos dados colhidos das revisões bibliográficas, elaborámos um projecto de investigação original, visando o estabelecimento da relação morfo-funcional resultante do aprofundamento dos estudos descritivos da angiomorfologia e da microvascularização do útero. O capítulo de trabalho experimental organiza-se em três principais passos: – No capítulo de Materiais e métodos, procede-se à escolha, por um lado do animal de experiência mais adequado para os estudos da vascularização uterina (por estudo comparativo ao longo da escala animal) e, por outro lado, à escolha de três das técnicas disponíveis no Laboratório de Anatomia Experimental e aplicáveis à investigação angiomorfológica do útero; iv - No capítulo de Resultados, procedemos à exposição das nossas observações de 25 úteros humanos e de 154 úteros de animais de experiência, segundo as três técnicas seleccionadas (dissecção, Injecção-corrosão-fluorescência, Injecção-diafanização e injecção-corrosão paraobservação de moldes vasculares em microscopia electrónica de varrimento), organizando aselecção da vasta iconografia coleccionada em três novos subcapítulos: o útero humano, oútero do animal de experiência e um estudo comparativo, essencial para validar osresultados do trabalho experimental. - O capítulo de trabalho experimental, inteiramente efectuado por estudos na artéria uterina do rato Wistar, abrange primeiramente a tentativa de definição macroscópica de territórios de vascularização, seguido das observações microscópicas conducentes à definição dos parâmetros angiomorfológicos característicos de cada uma das etapas da grande variabilidade a que se sujeita a vascularização uterina, ao longo da vida, incluindo a infância, a gravidez, a paridade e o envelhecimento, e consoante as fases do ciclo hormonal ovárico. Aperfeiçoámos essa tarefa com a elaboração de três experiências distintas, para análise dos efeitos microvasculares uterinos da administração exógena de preparados comerciais hormonais, por observação em microscopia electrónica de varrimento. De acordo com as leituras da literatura clássica sobre a metodologia do trabalho científico, completamos os trabalhos por um capítulo de síntese e critica dos resultados, sequencialmente organizado consoante cada um dos passos experimentais atrás referidos. SUMMARY The aim of the present thesis is the description of the uterine arterial network, complementing the classical concepts of descriptive Anatomy with modern techniques of anatomical research, thus achieving original final results and observations. One of the main objectives of the research is to establish physiological and clinical correlations in the description of the uterine angiomorphology, with the techniques currently available for angiomorphological research in the Department of Anatomy of Faculty of Medical Sciences of the New University of Lisbon. As guidelines to our research, we established the following specific objectives: - defining the descriptive parameters of the standard pattern of the uterine vasculature, according to the modern Nomina Anatomica, as underlined in the latest Federative Congresses of the International Federation of the Associations of Anatomists, one of which took place in Lisbon, in 1994, under the presidency of Professor J.A. Esperança Pina, the supervisor of the present works; - comparing the human uterus with the uterus of the experimental animal, to extrapolate the experimental observations in animals to the particular case of the human uterus; - establishing a correlation between the physiology and the anatomical observations of the uterine vasculature throughout life, from childhood to menopause and in relation to the hormonal influences to which the uterus is exposed. The thesis is built around three main chapters: 1) The introduction chapter defines the historical framework of the studies of the female genital anatomy and the historical evolution of the clinical management of common uterine diseases, focusing on the first historical references to the Caesarean section (such as the Persian legend of the birth of the hero ROSTAM, or that of the birth of ASCLEPIUS, the Greek god of Medicine); the first depictions of the uterine vasculature (by LEONARDO and VESALIUS) or the first anatomical descriptions of the uterus, by Portuguese authors (RODRIGO DE CASTRO, 1517, or AMATUS LUSITANUS, 1551). The theoretical context proceeds, with reference to the recent evolution of the clinical and surgical management of uterine fibroids, and a particular mention to the modern techniques of Uterine Fibroid Embolisation, which corresponds to one of the fields of interest of the anatomic studies of uterine arterial vascularization. 2) The second chapter, devoted to the anatomical description of the Uterine Angiomorphology, is based on an extensive review of the available Medical literature,illustrated by a selection of our own research observations of the human uterine vasculature. The description is organized in view of the parallelism between histological and angiological stratification and the functional hierarchy, under the control of the cyclic hormonal variations. Each layer of the uterine wall is depicted with photographs of the human uterus and descriptions of its specific vascular network: the serosa, the muscular Myometrium, and the mucosa, or endometrium. This classical description, based on extensive quotations of the international scientific literature, enhances our interest for the research of a more detailed knowledge of the endometrial microvascular network, accordingly to the modern physiologic results obtained through immunohistochemical studies. 3) The results of our experimental research, aiming to establish the intimate relationship between the anatomical and functional studies of uterine vasculature, are organized in three main steps: - The chapter of Materials and Methods debates the choice of the experimental animal, based on a short review of the comparative anatomy of the uterus, and uterine physiology, throughout the animal scale. The selection of three fundamental techniques of anatomic research is made from the current variety available in the Laboratory of Experimental Anatomy of the Lisbon School of Medical Sciences. - The Results of our personal research and observations of 25 human and 154 animal uteri,after dissection, and the techniques of arterial injection for the preparation of fluorescent corrosion casts, of vascular injection and clearing, and of arterial injection and preparation of corrosion casts for Scanning Electron Microscopy are rganized in terms of human or animal macroscopic anatomy and microvascular network, followed by a summary of the comparative anatomy of human and rat uteri, which is essential to validate the resultant experimental observations of the rat endometrial microvasculature. - The experimental research is entirely devoted to the uterine artery of the Wistar rat. The first step consists of the attempt to define macroscopic territories of vascularization, followed by microscopic observations for the definition of the angiomorphological pattern that is characteristic of each stage of the extreme variations to which the uterus is subject throughout life, from childhood to sexual maturity, throughout the hormonal cycle, in pregnancy, according to parity, and through ageing. We complete these observations with the experimental exposure of the Wistar rat uterus to pharmacologic preparations of hormones, currently available in clinical practice, and observations of the vascular uterine changes in Scanning Electron Microscopy. The outcome results of our anatomical observations are followed by a critical synthesis of the results.

DNA nanoprobes for molecular detection

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Biológica – especialidade Engenharia Genética, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Estudo da exposição profissional a formaldeído em laboratórios hospitalares de anatomia patológica

RESUMO - A exposição a formaldeído é reconhecidamente um dos mais importantes factores de risco presente nos laboratórios hospitalares de anatomia patológica. Neste contexto ocupacional, o formaldeído é utilizado em solução, designada comummente por formol. Trata-se de uma solução comercial de formaldeído, normalmente diluída a 10%, sendo pouco onerosa e, por esse motivo, a eleita para os trabalhos de rotina em anatomia patológica. A solução é utilizada como fixador e conservante do material biológico, pelo que as peças anatómicas a serem processadas são previamente impregnadas. No que concerne aos efeitos para a saúde do formaldeído, os efeitos locais parecem apresentar um papel mais importante comparativamente com os efeitos sistémicos, devido à sua reactividade e rápido metabolismo nas células da pele, tracto gastrointestinal e pulmões. Da mesma forma, a localização das lesões correspondem principalmente às zonas expostas às doses mais elevadas deste agente químico, ou seja, o desenvolvimento dos efeitos tóxicos dependerá mais da intensidade da dose externa do que da duração da exposição. O efeito do formaldeído no organismo humano mais facilmente detectável é a acção irritante, transitória e reversível sobre as mucosas dos olhos e aparelho respiratório superior (naso e orofaringe), o que acontece em geral para exposições frequentes e superiores a 1 ppm. Doses elevadas são citotóxicas e podem conduzir a degenerescência e necrose das mucosas e epitélios. No que concerne aos efeitos cancerígenos, a primeira avaliação efectuada pela International Agency for Research on Cancer data de 1981, actualizada em 1982, 1987, 1995 e 2004, considerando-o como um agente cancerígeno do grupo 2A (provavelmente carcinogénico). No entanto, a mais recente avaliação, em 2006, considera o formaldeído no Grupo 1 (agente carcinogénico) com base na evidência de que a exposição a este agente é susceptível de causar cancro nasofaríngeo em humanos. Constituiu objectivo principal deste estudo caracterizar a exposição profissional a formaldeído nos laboratórios hospitalares de anatomia patológica Portugueses. Pretendeu-se, ainda, descrever os fenómenos ambientais da contaminação ambiental por formaldeído e explorar eventuais associações entre variáveis. Considerou-se uma amostra de 10 laboratórios hospitalares de anatomia patológica, avaliada a exposição dos três grupos profissionais por comparação com os dois referenciais de exposição e, ainda, conhecidos os valores de concentração máxima em 83 actividades. Foram aplicados simultaneamente dois métodos distintos de avaliação ambiental: um dos métodos (Método 1) fez uso de um equipamento de leitura directa com o princípio de medição por Photo Ionization Detection, com uma lâmpada de 11,7 eV e, simultaneamente, realizou-se o registo da actividade. Este método disponibilizou dados para o referencial de exposição da concentração máxima; o outro método (Método 2) traduziu-se na aplicação do método NIOSH 2541, implicando o uso de bombas de amostragem eléctricas de baixo caudal e posterior processamento analítico das amostras por cromatografia gasosa. Este método, por sua vez, facultou dados para o referencial de exposição da concentração média ponderada. As estratégias de medição de cada um dos métodos e a definição dos grupos de exposição existentes neste contexto ocupacional, designadamente os Técnicos de Anatomia Patológica, os Médicos Anatomo-Patologistas e os Auxiliares, foram possíveis através da informação disponibilizada pelas técnicas de observação da actividade da análise (ergonómica) do trabalho. Estudaram-se diversas variáveis independentes, nomeadamente a temperatura ambiente e a humidade relativa, a solução de formaldeído utilizada, as condições de ventilação existentes e o número médio de peças processadas por dia em cada laboratório. Para a recolha de informação sobre estas variáveis foi preenchida, durante a permanência nos laboratórios estudados, uma Grelha de Observação e Registo. Como variáveis dependentes seleccionaram-se três indicadores de contaminação ambiental, designadamente o valor médio das concentrações superiores a 0,3 ppm em cada laboratório, a Concentração Média Ponderada obtida para cada grupo de exposição e o Índice do Tempo de Regeneração de cada laboratório. Os indicadores foram calculados e definidos através dos dados obtidos pelos dois métodos de avaliação ambiental aplicados. Baseada no delineado pela Universidade de Queensland, foi ainda aplicada uma metodologia de avaliação do risco de cancro nasofaríngeo nas 83 actividades estudadas de modo a definir níveis semi-quantitativos de estimação do risco. Para o nível de Gravidade considerou-se a informação disponível em literatura científica que define eventos biológicos adversos, relacionados com o modo de acção do agente químico e os associa com concentrações ambientais de formaldeído. Para o nível da Probabilidade utilizou-se a informação disponibilizada pela análise (ergonómica) de trabalho que permitiu conhecer a frequência de realização de cada uma das actividades estudadas. A aplicação simultânea dos dois métodos de avaliação ambiental resultou na obtenção de resultados distintos, mas não contraditórios, no que concerne à avaliação da exposição profissional a formaldeído. Para as actividades estudadas (n=83) verificou-se que cerca de 93% dos valores são superiores ao valor limite de exposição definido para a concentração máxima (VLE-CM=0,3 ppm). O “exame macroscópico” foi a actividade mais estudada e onde se verificou a maior prevalência de resultados superiores ao valor limite (92,8%). O valor médio mais elevado da concentração máxima (2,04 ppm) verificou-se no grupo de exposição dos Técnicos de Anatomia Patológica. No entanto, a maior amplitude de resultados observou-se no grupo dos Médicos Anatomo-Patologistas (0,21 ppm a 5,02 ppm). No que respeita ao referencial da Concentração Média Ponderada, todos os valores obtidos nos 10 laboratórios estudados para os três grupos de exposição foram inferiores ao valor limite de exposição definido pela Occupational Safety and Health Administration (TLV-TWA=0,75 ppm). Verificou-se associação estatisticamente significativa entre o número médio de peças processadas por laboratório e dois dos três indicadores de contaminação ambiental utilizados, designadamente o valor médio das concentrações superiores a 0,3 ppm (p=0,009) e o Índice do Tempo de Regeneração (p=0,001). Relativamente à temperatura ambiente não se observou associação estatisticamente significativa com nenhum dos indicadores de contaminação ambiental utilizados. A humidade relativa apresentou uma associação estatisticamente significativa apenas com o indicador de contaminação ambiental da Concentração Média Ponderada de dois grupos de exposição, nomeadamente com os Médicos Anatomo-Patologistas (p=0,02) e os Técnicos de Anatomia Patológica (p=0,04). A aplicação da metodologia de avaliação do risco nas 83 actividades estudadas permitiu verificar que, em cerca de dois terços (35%), o risco foi classificado como (pelo menos) elevado e, ainda, constatar que 70% dos laboratórios apresentou pelo menos 1 actividade com a classificação de risco elevado. Da aplicação dos dois métodos de avaliação ambiental e das informações obtidas para os dois referenciais de exposição pode concluir-se que o referencial mais adequado é a Concentração Máxima por estar associado ao modo de actuação do agente químico. Acresce, ainda, que um método de avaliação ambiental, como o Método 1, que permite o estudo das concentrações de formaldeído e simultaneamente a realização do registo da actividade, disponibiliza informações pertinentes para a intervenção preventiva da exposição por permitir identificar as actividades com a exposição mais elevada, bem como as variáveis que a condicionam. As peças anatómicas apresentaram-se como a principal fonte de contaminação ambiental por formaldeído neste contexto ocupacional. Aspecto de particular interesse, na medida que a actividade desenvolvida neste contexto ocupacional e, em particular na sala de entradas, é centrada no processamento das peças anatómicas. Dado não se perspectivar a curto prazo a eliminação do formaldeído, devido ao grande número de actividades que envolvem ainda a utilização da sua solução comercial (formol), pode concluir-se que a exposição a este agente neste contexto ocupacional específico é preocupante, carecendo de uma intervenção rápida com o objectivo de minimizar a exposição e prevenir os potenciais efeitos para a saúde dos trabalhadores expostos. ---------------- ABSTRACT - Exposure to formaldehyde is recognized as one of the most important risk factors present in anatomy and pathology laboratories from hospital settings. In this occupational setting, formaldehyde is used in solution, typically diluted to 10%, and is an inexpensive product. Because of that, is used in routine work in anatomy and pathology laboratories. The solution is applied as a fixative and preservative of biological material. Regarding formaldehyde health effects, local effects appear to have a more important role compared with systemic effects, due to his reactivity and rapid metabolism in skin, gastrointestinal tract and lungs cells. Likewise, lesions location correspond mainly to areas exposed to higher doses and toxic effects development depend more on external dose intensity than exposure duration. Human body formaldehyde effect more easily detectable is the irritating action, transient and reversible on eyes and upper respiratory tract (nasal and throat) membranes, which happen in general for frequent exposure to concentrations higher than 1 ppm. High doses are cytotoxic and can lead to degeneration, and also to mucous membranes and epithelia necrosis. With regard to carcinogenic effects, first assessment performed by International Agency for Research on Cancer in 1981, updated in 1982, 1987, 1995 and 2004, classified formaldehyde in Group 2A (probably carcinogenic). However, most recent evaluation in 2006, classifies formaldehyde carcinogenic (Group 1), based on evidence that exposure to this agent is likely to cause nasopharyngeal cancer in humans. This study principal objective was to characterize occupational exposure to formaldehyde in anatomy and pathology hospital laboratories, as well to describe formaldehyde environmental contamination phenomena and explore possible associations between variables. It was considered a sample of 10 hospital pathology laboratories, assessed exposure of three professional groups for comparison with two exposure metrics, and also knows ceiling concentrations in 83 activities. Were applied, simultaneously, two different environmental assessment methods: one method (Method 1) using direct reading equipment that perform measure by Photo Ionization Detection, with 11,7 eV lamps and, simultaneously, make activity description and film. This method provided data for ceiling concentrations for each activity study (TLV-C). In the other applied method (Method 2), air sampling and formaldehyde analysis were performed according to NIOSH method (2541). This method provided data average exposure concentration (TLV-TWA). Measuring and sampling strategies of each methods and exposure groups definition (Technicians, Pathologists and Assistants) was possible by information provided by activities (ergonomic) analysis. Several independent variables were studied, including temperature and relative humidity, formaldehyde solution used, ventilation conditions, and also anatomic pieces mean value processed per day in each laboratory. To register information about these variables was completed an Observation and Registration Grid. Three environmental contamination indicators were selected has dependent variables namely: mean value from concentrations exceeding 0,3 ppm in each laboratory, weighted average concentration obtained for each exposure group, as well each laboratory Time Regeneration Index. These indicators were calculated and determined through data obtained by the two environmental assessment methods. Based on Queensland University proposal, was also applied a methodology for assessing nasopharyngeal cancer risk in 83 activities studied in order to obtain risk levels (semi-quantitative estimation). For Severity level was considered available information in scientific literature that defines biological adverse events related to the chemical agent action mode, and associated with environment formaldehyde concentrations. For Probability level was used information provided by (ergonomic) work analysis that helped identifies activity frequency. Environmental assessment methods provide different results, but not contradictory, regarding formaldehyde occupational exposure evaluation. In the studied activities (n=83), about 93% of the values were above exposure limit value set for ceiling concentration in Portugal (VLE-CM = 0,3 ppm). "Macroscopic exam" was the most studied activity, and obtained the higher prevalence of results superior than 0,3 ppm (92,8%). The highest ceiling concentration mean value (2,04 ppm) was obtain in Technicians exposure group, but a result wider range was observed in Pathologists group (0,21 ppm to 5,02 ppm). Concerning Method 2, results from the three exposure groups, were all lower than limit value set by Occupational Safety and Health Administration (TLV-TWA=0,75ppm). There was a statistically significant association between anatomic pieces mean value processed by each laboratory per day, and two of the three environmental contamination indicators used, namely average concentrations exceeding 0,3 ppm (p=0,009) and Time Regeneration Index (p=0,001). Temperature was not statistically associated with any environmental contamination used indicators. Relative humidity had a statistically significant association only with one environmental contamination indicator, namely weighted average concentration, particularly with Pathologists group (p=0,02) and Technicians group (p=0,04). Risk assessment performed in the 83 studied activities showed that around two thirds (35%) were classified as (at least) high, and also noted that 70% of laboratories had at least 1 activity with high risk rating. The two environmental assessment methods application, as well information obtained from two exposure metrics, allowed to conclude that most appropriate exposure metric is ceiling concentration, because is associated with formaldehyde action mode. Moreover, an environmental method, like Method 1, which allows study formaldehyde concentrations and relates them with activity, provides relevant information for preventive information, since identifies the activity with higher exposure, as well variables that promote exposure. Anatomic pieces represent formaldehyde contamination main source in this occupational setting, and this is of particular interest because all activities are focused on anatomic pieces processing. Since there is no prospect, in short term, for formaldehyde use elimination due to large number of activities that still involve solution use, it can be concluded that exposure to this agent, in this particular occupational setting, is preoccupant, requiring an rapid intervention in order to minimize exposure and prevent potential health effects in exposed workers.

Linking the embryonic clock with temporal collinearity of Hox gene activation

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Quantum dots: synthesis, functionalization and bioconjugation for biological applications

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Engineering Sciences and Technology

Comparison of different techniques for mouse transgenesis

RESUMO: O uso de ratinhos transgénicos em neurociências aumentou consideravelmente nos últimos anos devido ao crescente interesse em compreender o cérebro e a necessidade de solucionar situações clínicas do foro neurológico e psiquiátrico. Para esse efeito, diferentes métodos de produção de animais transgénicos têm sido testados. O objectivo desta tese foi comparar métodos de integração aleatória de um transgene no genoma de ratinhos em termos de eficiência, estabilidade da integração do transgene, número de animais e de horas de trabalho necessárias para cada método. Assim, foi comparado o método mais utilizado - microinjecção pronuclear (PNMI) - com duas outras técnicas cujo desempenho foi considerado promissor – a transferência génica através dos testículos por electroporação e transfecção por lentivírus in vivo. As três técnicas foram realizadas usando um gene repórter sob o controlo de um promotor constitutivo, e depois reproduzidas usando um gene de interesse de modo a permitir obtenção de um animal capaz de ser usado em experimentação laboratorial. O transgene de interesse utilizado codifica uma proteína de fusão correspondendo a uma variante da rodopsina (channelrhodopsin) fundida à proteína enhanced yellow fluorescente protein ((EYFP) resultando num produto designado ChR2-EYFP. Este animal transgénico apresentaria expressão deste canal iónico apenas em células dopaminergicas, o que, com manipulação optogenética, tornaria possivel a activação especifica deste grupo de neurónios e, simultaneamente, a observação do impacto desta manipulação no comportamento num animal em livre movimento. Estas ferramentas são importantes na investigação básica em neurociências pois ajudam a esclarecer o papel de grupos específicos de neurónios e compreender doenças como a doença de Parkinson ou a esquizofrenia onde a função de certos tipos de neurónios de encontra alterada. Quando comparados os três métodos realizados verifica-se que usando um gene repórter PMNI resulta em 31,3% de, a de animais transgénicos obtidos, a electroporação de testículos em 0% e a injecção de lentivírus em 0%. Quando usado o gene de interesse, os resultados obtidos são, respectivamente, 18,8%, 63,9% e 0%.--------------ABSTRACT: The use of transgenic mice is increasing in all fields of research, particularly in neuroscience, due to the widespread need of animal models to solve neurological and psychiatric medical conditions. Different methodologies have been tested in the last decades in order to produce such transgenic animals. The ultimate goal of this thesis is to compare different methods of random integration of a transgene in the genome of mice in terms of efficiency, stability of the transgene integration, number of animals required and the labour intensity of each technique. We compared the most used method – pronuclear microinjection (PNMI) – with two other promising techniques – Testis Mediated Gene Transfer (TMGT) by electroporation and in vivo lentiviral transfection. The three techniques were performed using a reporter gene – green fluorescent protein (GFP), whose transcription was driven by the constitutive cytomegalovirus (CMV) promoter. These three techniques were later reproduced using the tyrosine hydroxylase promoter (TH) and the neuronal manipulator, channelrhodopsin-2 fused to the enhanced yellow fluorescent reporter protein (ChR2-EYFP). The transgenic animal we sough to produce would express the light driven channel only in dopaminergic cells, making possible to specifically activate this group of neurons, while simultaneously observe the behaviour in a freely moving animal. This is a very important tool in basic neuroscience research since it helps to clarify the role of specific groups of neurons, map circuits in the brain, and consequently understand neurological diseases such as Parkinson’s disease or schizophrenia, where the function of certain types of neurons is affected. When comparing the three methods, it was verified that using a reporter gene PNMI resulted in 31.3% of transgenic mice obtained, testis electroporation in 0% and lentiviral injection in 0%. When using the gene of interest, the results obtained were, respectively, 18.8%, 63.9% and 0%.

Contribuição para o estudo de infecção por Treponema pallidum subespécie pallidum: resposta serológica, diagnóstico molecular e genotipagem

A sífilis é uma doença sexualmente transmitida, reconhecida como tal desde o século XVI, cujo agente etiológico é Treponema pallidum subespécie pallidum, para o qual não existe meio de cultura artificial. Sendo uma infecção com inúmeras manifestações clínicas, incluindo a fase de latência e não havendo uma técnica que possa ser um verdadeiro teste padrão, o seu diagnóstico clínico e laboratorial afigura-se muitas vezes difícil. Nesta tese foram avaliados vários testes Venereal Disease Research Laboratory (VDRL), Rapid Plasma Reagin Test (RPR), Treponema pallidum Hemaglutination Antibody (TPHA), Fluorescent Treponemal Antibody Absortion (FTA-Abs), Passive Particle Agglutination Test (TP.PA), teste imunoenzimática (SYPHILIS-EIA) e Western-blot para a pesquisa de anticorpos anti-Treponema pallidum e técnicas de biologia molecular reacção em cadeia da polimerase (PCR) para o diagnóstico da sífilis nos seus diferentes estádios, incluindo neurossífilis. Experimentaram-se várias sequências iniciadoras (47-F/47-R, polA-F/polA-R-(PE), KO3A/KO4 e polA-F/polA-R) para amplificação de fragmentos dos genes da lipoproteína de 47kDa e do ADN polimerase I, e diferentes tipos de amostras: exsudado de úlceras genitais e de lesões cutâneas de secundarismo, exsudado de biopsias do lóbulo da orelha, sangue total, plasma, soro e liquor. Foram também optimizadas técnicas de PCR para a genotipagem de Treponema pallidum (amplificação de um fragmento do gene tpr e do gene arp) as quais foram aplicadas em algumas amostras incluídas neste estudo. Com a técnica de RPR obtiveram-se resultados idênticos ao VDRL no sangue e no liquor, pelo que parece que ambas as técnicas podem ser indiscriminadamente utilizadas nos dois tipos de produtos. Com os testes treponémicos obtiveram-se também, resultados semelhantes no liquor e no sangue. No entanto, as diferenças encontradas indicam que: a) o FTA-Abs, o Western-blot e o TP.PA devem ser os testes a utilizar nas fases precoces da infecção; b) o teste EIA parece indicado no caso de um grande número de amostras; c) o TP.PA e o TPHA podem ser utilizados na rotina laboratorial e, o primeiro eventualmente, também, na monitorização da terapêutica; d) o FTA-Abs e o Western-blot são os testes treponémicos que, de preferência devem ser utilizados no diagnóstico de neurossífilis embora os resultados do TP.PA se comparem aos do TPHA, no caso da infecção do sistema nervoso central por Treponema pallidum. A co-infecção com o VIH parece, ter efeito apenas, na reactividade dos testes não treponémicos, ocasionando falsa reactividade, independentemente da existência simultânea de toxicodependência. Em relação à técnica de PCR para o diagnóstico de sífilis, e para as várias sequências iniciadoras experimentadas os melhores resultados obtiveram-se com o par KO3A/KO4. A sensibilidade da técnica de PCR e de genotipagem nas amostras das úlceras genitais e das lesões cutâneas de sífilis secundária foi de 100%, o mesmo não acontecendo quando as técnicas se aplicaram à identificação de Treponema pallidum no sangue e no liquor, pelo que a técnica de PCR aplicada a este tipo de amostras necessita de ser aperfeiçoada. No entanto o exsudado de biopsia do lóbulo da orelha, seguida do plasma são os produtos, em que mais vezes, se identificou ADN de Treponema pallidum. O genótipo de Treponema pallidum subespécie pallidum mais frequentemente encontrado foi o 14c, sendo que o genótipo 10a foi pela primeira vez identificado no presente estudo.

Cancer theranostics: multifunctional gold nanoparticles for diagnostics and therapy

Doctorate in Biology, Specialty in Biotechnology

Microbial contribution to biofuels production

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Enrichment of a PHA producing microbial community in a continuous bioreactor setup

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biosynthetic polyesters, biodegradable and biocompatible making them of great interest for industrial purposes. The use of low value substrates with mixed microbial communities (MMC) is a strategy currently used to decrease the elevated PHA production costs. PHA production process requires an important step for selection and enrichment of PHA-storing microorganisms which is usually carried out in a Sequencing Batch Reactor (SBR). The aim of this study was to optimize the PHA accumulating culture selection stage using a 2-stage Continuous Stirrer Tank Reactor (CSTR) system. The system was composed by two separate feast and famine bioreactors operated continuously, mimicking the feast and famine phases in a SBR system. Acetate was used as carbon source and biomass seed was highly enriched in Plasticicumulans acidivorans obtained from activated sludge. The system was operated under two different sets of conditions (setup 1 and 2), maintaining a system total retention time of 12 hours and an OLR of 2.25 Cmmol/L.h-1. An average PHB-content of 3.3 % wt was obtained in setup 1 and 4.8% wt in setup 2. Several other experiments were performed in order to better understand the continuous system behaviour, using biomass from the continuous system. With the fed-batch experiment a maximum of 8.1% PHB was stored and the maximum substrate uptake and specific growth rates obtained in the growth experiment (1.15 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.53 Cmol Cmol-1.h-1) were close to the ones from continuous system (1.12 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.59 Cmol Cmol-1.h-1). The microbial community was characterized trough microscopic visualization, Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) analysis and Fluorescent in situ hybridization (FISH). The last studied performed mimicked the continuous system by building up a SBR system with all the same operational conditions while adding an extra acetate dosage during the 12 h cycle, simulating the substrate passing from the feast to the famine reactors under continuous operation. It was shown that possibly the continuous system was not able to efficiently select for PHB storing organisms under the operational conditions imposed, although the selected culture was capable of consuming the substrate and grow fast. This main conclusion might have resulted from two major factors affecting the system performance: the ammonium concentration in the Feast reactor and the amount of substrate leaching from the Feast to the Famine reactor.

Melanosome transfer between melanocytes and keratinocytes

RESUMO: A pele é o maior órgão do corpo humano e a sua pigmentação é essencial para a sua coloração e proteção contra os efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV). A pigmentação da pele resulta essencialmente de três processos: a síntese e o armazenamento de melanina pelos melanócitos, em organelos especializados denominados melanossomas; o transporte dos melanossomas dentro dos melanócitos; e finalmente, a transferência dos melanossomas para os queratinócitos adjacentes. Nos queratinócitos, a melanina migra para a região perinuclear apical da célula para formar um escudo protetor,responsável pela proteção do DNA dos danos causados pela radiação UV. Os melanócitos estão localizados na camada basal da epiderme e contactam com 30-40 queratinócitos. Em conjunto, estas células formam a “unidade melano-epidérmica”. Apesar dos processos de síntese e transporte de melanina nos melanócitos estarem bastante bem caracterizados, os mecanismos moleculares subjacentes à transferência inter-celular de melanina são menos conhecidos e ainda controversos. Dados preliminares obtidos pelo nosso grupo, que se basearam na observação de amostras de pele humana por microscopia electrónica, indicam que a forma predominante de transferência de melanina na epiderme consiste na exocitose dos melanossomas pelos melanócitos e subsequente endocitose da melanina por queratinócitos. Para além disso sabe-se que as proteínas Rab, que controlam o tráfego membranar, estão envolvidas em várias etapas de pigmentação da pele, nomeadamente na biogénese e no transporte de melanina. Assim, dado o seu papel fundamental nestes processos, questionámo-nos sobre o seu envolvimento na transferência de melanina. Com este trabalho, propomo-nos a expandir o conhecimento atual sobre a transferência de melanina na pele, através do estudo detalhado dos seus mecanismos moleculares, identificando as proteínas Rab que regulam o processo. Pretendemos também confirmar o modelo de exo/endocitose como sendo o mecanismo principal de transferência de melanina. Primeiro, explorámos a regulação da secreção de melanina pelos melanócitos e analisámos o papel de proteínas Rab neste processo. Os resultados foram obtidos recorrendo a um método in vitro, desenvolvido previamente no laboratório, que avalia a quantidade de melanina segregada para o meio de cultura por espectrofotometria, e ainda por microscopia, contando o número de melanossomas transferidos para os queratinócitos. Através de co-culturas de melanócitos e queratinócitos, verificou-se que os queratinócitos estimulam a libertação de melanina dos melanócitos para o meio extra-celular, bem como a sua transferência para os queratinócitos. Além disso, a proteína Rab11b foi identificada como um regulador da exocitose de melanina e da sua transferência para os queratinócitos. De facto, a diminuição da expressão de Rab11b em melanócitos provocou a redução da secreção de melanina estimulada por queratinócitos, bem como da transferência desta. Em segundo lugar, para complementar o nosso estudo, centrámos a nossa investigação na internalização de melanina por queratinócitos. Especificamente, usando uma biblioteca de siRNA, explorámos o envolvimento de proteínas Rab na captação de melanina por queratinócitos. Como primeira abordagem, usámos esferas fluorescentes como substituto de melanina, avaliando os resultados por citometria de fluxo. No entanto, este método revelou-se ineficaz uma vez que a internalização destas esferas é independente do recetor PAR-2 (recetor 2 ativado por protease), que foi previamente descrito como essencial na captação de melanina por queratinócitos Posteriormente, foi desenvolvido um novo protocolo de endocitose baseado em microscopia, usando melanossomas sem a membrana envolvente (melanocores) purificados do meio de cultura de melanócitos, incluindo um programa informático especialmente desenhado para realizar uma análise semi-automatizada. Após internalização, os melanocores acumulam-se na região perinuclear dos queratinócitos, em estruturas que se assemelham ao escudo supranuclear observado na pele humana. Seguidamente, o envolvimento do recetor PAR-2 na captação de melanocores por queratinócitos foi confirmado, utilizando o novo protocolo de endocitose desenvolvido. Para além disso, a necessidade de quatro proteínas Rab foi identificada na internalização de melanocores por queratinócitos. A redução da expressão de Rab1a ou Rab5b em queratinócitos diminuiu significativamente o nível de internalização de melanocores, enquanto o silenciamento da expressão de Rab2a ou Rab14 aumentou a quantidade de melanocores internalizados por estas células. Em conclusão, os resultados apresentados corroboram as observações anteriores, obtidas em amostras de pele humana, e sugerem que o mecanismo de transferência predominante é a exocitose de melanina pelos melanócitos, induzida por queratinócitos, seguida por endocitose pelos queratinócitos. A pigmentação da pele tem implicações tanto ao nível da cosmética, como ao nível médico, relacionadas com foto-envelhecimento e com doenças pigmentares. Assim sendo, ao esclarecer quais os mecanismos moleculares que regulam a transferência de melanina na pele, este trabalho pode conduzir ao desenvolvimento de novas estratégias para modular a pigmentação da pele.----------------ABSTRACT: Skin pigmentation is achieved through the highly regulated production of the pigment melanin in specialized organelles, termed melanosomes within melanocytes. These are transported from their site of synthesis to the melanocyte periphery before being transferred to keratinocytes where melanin forms a supra-nuclear cap to protect the DNA from UVinduced damage. Together, melanocytes and keratinocytes form a functional complex, termed “epidermal-melanin unit”, that confers color and photoprotective properties to the skin. Skin pigmentation requires three processes: the biogenesis of melanin; its intracelular transport within the melanocyte to the cell periphery; and the melanin transfer to keratinocytes. The first two processes have been extensively characterized. However, despite significant advances that have been made over the past few years, the mechanisms underlying inter-cellular transfer of pigment from melanocytes to keratinocytes remain controversial.Preliminary studies from our group using electron microscopy and human skin samples found evidence for a mechanism of coupled exocytosis-endocytosis. Rab GTPases are master regulators of intracellular trafficking and have already been implicated in several steps of skin pigmentation. Thus, we proposed to explore and characterize the molecular mechanisms of melanin transfer and the role of Rab GTPases in this process. Moreover, we investigated whether the exo/endocytosis model is the main mechanism of melanin transfer. We first focused on melanin exocytosis by melanocytes. Then, we started to investigate the key regulatory Rab proteins involved in this step by establishing an in vitro tissue culture model of melanin secretion. Using co-cultures of melanocytes and keratinocytes, we found that keratinocytes stimulate melanin release and transfer. Moreover, depletion of Rab11b decreases keratinocyte-induced melanin exocytosis by melanocytes. In order to determine whether melanin exocytosis is a predominant mechanism of melanin transfer, the amount of melanin transferred to keratinocytes was then assayed in conditions where melanin exocytosis was inhibited. Indeed, Rab11b depletion resulted in a significant decrease in melanin uptake by keratinocytes. Taken together, these observations suggest that Rab11b mediates melanosome exocytosis from melanocytes and transfer to keratinocytes. To complement and extend our study, we of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptakecentred our attention in the internalization of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptake.Therefore, we concluded that microspheres were uptaken by keratinocytes through a different pathway than melanin. Subsequently, we developed a microscopy-based endocytosis assay using purified melanocores (melanosomes lacking the limiting membrane) from melanocytes, including a program to perform a semi-automated analysis. Melanocores are taken up by keratinocytes and accumulate in structures in the perinuclear area that resemble the physiological supranuclear cap observed in human skin. We then confirmed the involvement of PAR-2 receptor in the uptake of melanocores by keratinocytes, using the newly developed assay. Furthermore, we identified the role of four Rab GTPases on the uptake of melanocores by keratinocytes. Depletion of Rab1a and Rab5b from keratinocytes significantly reduced the uptake of melanocores, whereas Rab2a, and Rab14 silencing increased the amount the melanocores internalized by XB2 keratinocytes. In conclusion, we present evidence supporting keratinocyte-inducedmelanosome exocytosis from melanocytes, followed by endocytosis of the melanin core by keratinocytes as the predominant mechanism of melanin transfer in skin. Although advances have been made, there is a need for more effective and safer therapies directed at pigmentation disorders and also treatments for cosmetic applications. Hence, the understanding of the above mechanisms of skin pigmentation will lead to a greater appreciation of the molecular machinery underlying human skin pigmentation and could interest the pharmaceutical and cosmetic industries.