Tomographic imaging with a scanning laser ophtalmoscop

Retinal imaging with a confocal scaning laser Ophthalmoscope (cSLO) involves scanning a small laser beam over the retina and constructing an image from the reflected light. By applying the confocal principle, tomographic images can be produced by measuring a sequence of slices at different depths. However, the thickness of such slices, when compared with the retinal thickness, is too large to give useful 3D retinal images, if no processing is done. In this work, a prototype cSLO was modified in terms hardware and software to give the ability of doing the tomographic measurements with the maximum theoretical axial resolution possible. A model eye was built to test the performance of the system. A novel algorithm has been developed which fits a double Gaussian curve to the axial intensity profiles generated from a stack of images slices. The underlying assumption is that the laser light has mainly been reflected by two structures in the retina, the internal limiting membrane and the retinal pigment epithelium. From the fitted curve topographic images and novel thickness images of the retina can be generated. Deconvolution algorithms have also been developed to improve the axial resolution of the system, using a theoretically predicted cSLO point spread function. The technique was evaluated using measurements made on a model eye, four normal eyes and seven eyes containing retinal pathology. The reproducibility, accuracy and physiological measurements obtained, were compared with available published data, and showed good agreement. The difference in the measurements when using a double rather than a single Gaussian model was also analysed.

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.

Avaliação da eficiência de microscópios de fluorescência confocais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica. A presente dissertação foi desenvolvida em colaboração com o Instituto Gulbenkian de Ciência

UMA ABORDAGEM YEAST TWO-HYBRID PARA O ESTUDO DA REPLICAÇÃO E PATOGÉNESE DO VÍRUS DA HEPATITE DELTA

O vírus da hepatite delta (HDV) é o agente etiológico de uma das formas mais graves de hepatite viral e é ainda endémico em diversas regiões do globo, nomeadamente em África, na Amazónia e no Extremo Oriente. O HDV co-infecta ou super-infecta hepatócitos infectados com o vírus da hepatite B (HBV) aumentando em cerca de 10 vezes o risco de cirrose e hepatite fulminante. A associação clínica entre os dois vírus deve-se ao facto do invólucro do HDV ser constituído pelos antigénios de superfície do HBV (HBsAgs) que são necessários para a propagação da infecção. O genoma do HDV é constituído por uma molécula de RNA de cadeia simples, circular, com cerca de 1.7 Kb, que possui cerca de 70% de emparelhamento interno. Foi identificada uma única grelha de leitura aberta (ORF) no RNA viral que codifica para o antigénio delta (HDAg). A ocorrência de um mecanismo de editing do RNA, resulta na expressão de duas formas do HDAg, a pequena (S-HDAg) e a grande (L-HDAg). Várias funções essenciais para a replicação do HDV têm sido atribuídas a ambas as formas do HDAg, sendo a S-HDAg essencial para a acumulação de RNA viral e a L-HDAg responsável pela interacção com os HBsAgs para formar partículas virais. No entanto, dada a simplicidade dos seus componentes, admite-se que a replicação viral depende das interacções estabelecidas entre os HDAgs e factores celulares do hospedeiro. Apesar do número considerável de factores celulares descritos como interactores dos HDAgs ou RNA virais, a importância de muitas destas interacções não foi elucidada e muitas etapas do ciclo de replicação do HDV permanecem pouco claras. Para além disso, dado o número limitado de factores do hospedeiro que estão envolvidos na sua replicação, é muito provável que um número elevado de interactores do HDV permaneça por identificar. Este trabalho teve como objectivo a identificação de proteínas de fígado humano capazes de interagir com os HDAgs, utilizando o sistema yeast Two-Hybrid (YTH). Identificaram-se trinta proteínas com capacidade de interagir com a S-HDAg no sistema YTH, sendo que estas proteínas se encontram envolvidas em diferentes processos celulares. Com base nas características funcionais, foram seleccionadas três destas proteínas e as suas interacções com a S-HDAg foram investigadas com maior detalhe. As três proteínas seleccionadas foram a ribonucleoproteína nuclear heterogénea C (hnRNPC), a embryonic lethal abnormal vision like1 (ELAVL1/HuR) e a proteína 2 de ligação a EBNA1 (EBP2). As duas primeiras são proteínas de ligação a RNA, previamente descritas como envolvidas em processos de replicações de outros vírus com genoma RNA, enquanto a EBP2, é uma proteína de localização preferencialmente nucleolar, tal como por vezes acontece com os HDAgs. As interacções foram analisadas recorrendo a vários ensaios bioquímicos. No caso da hnRNPC e da HuR, após validação no sistema YTH, a capacidade de interacção com a S-HDAg foi confirmada quer in vitro por blot overlay quer in vivo por co-imunoprecipitação em células de hepatoma humano. Nas mesmas células, observou-se uma co-localização considerável entre os HDAgs e os RNAs virais. Finalmente, de modo a investigar a contribuição das proteínas hnRNPC e HuR na replicação do HDV, procedeu-se ao silenciamento destas proteínas pela utilização de short hairpin RNAs (shRNAs) específicos para os mRNAs correspondentes Observou-se que o silenciamento de ambas as proteínas hnRNPC e HuR endógenas, individualmente resultou numa diminuição acentuada nos níveis de expressão dos HDAgs. No que respeita à EBP2, a interacção com a S-HDAg foi confirmada em condições in vitro com recurso a ensaios de blot overlay e de cromatografia de afinidade. A análise por imunofluorescência indirecta e microscopia confocal revelou co-localização elevada entre os HDAgs e a EBP2, principalmente nos nucléolos de células de hepatoma humano. Finalmente, foi ainda utilizado o sistema YTH para estudar os mecanismos de importação dos HDAgs. Assim, este sistema foi utilizado com o propósito de identificar proteínas celulares capazes de interagir com um domínio específico dos HDAgs, o sinal de localização nuclear (NLS). Na pesquisa YTH realizada obtiveram-se 161 clones positivos, sendo que um deles mostrou codificar para a carioferina α4 (KPNA4). A interacção da KPNA4 com a S-HDAg foi reproduzida em condições in vitro através de um ensaio de cromatografia de afinidade tendo sido utilizadas formas recombinantes das duas proteínas. Este trabalho permitiu identificar várias proteínas celulares que interagem com a S-HDAg. Obtiveram-se evidências sugestivas de que algumas das proteínas identificadas podem desempenhar funções importantes no ciclo de replicação do HDV e que abrem novas perspectivas para o estudo do ciclo de replicação do vírus.

Automated segmentation, tracking and evaluation of bacteria in microscopy images

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Cross-presentation by WASp deficient B cells and dendritic cells

The immune system comprises of different cell types whose role is to protect us against pathogens. This thesis investigates a very important mechanism for our organism protection in a specific disorder: cross-presentation in Wiskott-Aldrich Syndrome (WAS). WAS is caused by loss-of-function mutations in the cytoskeletal regulator WASp and WAS patients suffer from eczema, thrombocytopenia, and immunodeficiency. X-linked neutropenia (XLN) is caused by gain-of-function mutations in WASp and XLN patients suffer from severe congenital neutropenia and immunodeficiency. This thesis was focused on the role of B and T lymphocytes and dendritic cells (DCs). This work will be divided into two main topics: 1) In the first part I studied the capacity of B cells to take up, degrade and present antigen. Moreover I studied the capacity of B cells to induce T cell proliferation. 2) In the second part, I studied T cell proliferation induced by dendritic cells. To increase our understanding about this mechanism, additional experiments were performed, including acidification capacity of CD8+ and CD8- DCs, reactive oxygen species (ROS) production since it is directly connected to acidification. These assays were measured by flow cytometry. Localization of Rac1 and Rac2 GTPases was assessed by confocal microscopy. Proliferation, acidification and ROS production assays were performed also with cells from X-linked neutropenia (XLN) mice. From this study we concluded that B cells cannot induce CD8+ T cell proliferation however they take up and present antigen. Moreover I have shown that increased cross-presentation by WASp KO DCs with ovalbumin is associated with decreased capacity to acidify endosomal compartment; and WASp KO CD8- DCs have increased Rac2 localization to the phagosome. XLN dendritic cells have similar acidification and ROS production capacity than wildtype cells. In conclusion, our data suggests that WASp regulates antigen processing and presentation in DCs.