Monitoring antibiotics in the environment. Study of Quinoxaline derivatives bioactivity

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Chemical reaction network of flavylium ions in heterogeneous media

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

Light controlled synthesis of nucleic acids

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica - especialidade Biotecnologia, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

An NMR structural study of nickel-substituted rubredoxin

J Biol Inorg Chem (2010) 15:409–420 DOI 10.1007/s00775-009-0613-6

Valorization of olive pomace through combination of biocatalysis with supercritical fluid technology

A supercritical carbon dioxide (scCO2) based oil extraction method was implemented on olive pomace (alperujo), and an oil yield of 25,5 +/- 0,8% (goil/gdry residue) was obtained. By Soxhlet extraction with hexane, an oil extraction yield of 28,9 +/- 0,8 % was obtained, which corresponds to an efficiency of 88,4 +/- 4,8 % for the supercritical method. The scCO2 extraction process was optimized for operating conditions of 50 MPa and 348,15 K, for which an oil loading of 32,60 g oil/kg CO2 was calculated. As a proof of concept, olive pomace was used as feedstock for biodiesel production, in a process combining the use of lipase as a catalyst with the use of scCO2 as a solvent, and integrating the steps of oil extraction, oil to biodiesel transesterification and subsequent separation of the latter. In the conducted experiments, FAME (fatty acid methyl ester) purities of 90% were obtained, with the following operating parameters: an oil:methanol molar ratio of 1:24; a residence time of 7,33 and 11,6 mins; a pressure of 40 MPa; a temperature of 313,15 K; and Lipozyme (Mucor miehei; Sigma-Aldritch) as an enzyme. However, oscillations of FAME purity were registered throughout the experiments, which could possibly be due to methanol accumulation in the enzymatic reactor. Finally, the phenolic content of olive pomace, and the effect of the drying process – oven or freeze-drying – and the extraction methods – hydro-alcoholic method and supercritical method – on the phenolic content were analysed. It was verified that the oven-drying process on the olive pomace preserved 90,1 +/- 3,6 % of the total phenolic content. About 62,3 +/- 5,53% of the oven-dried pomace phenolic content was extracted using scCO2 at 60 MPa and 323,15 K. Seven individual phenols – hydroxytyrosol, tyrosol, oleuropein, quercetin, caffeic acid, ferulic acid and p-coumaric acid – were identified and quantified by HPLC.

On the initial conditions in continuous-time fractional linear systems

Signal Processing, Vol. 83, nº 11

POST-PROCESSING TECHNIQUES SUITABILITY FOR MESOLEVEL FREE BOUNDARY FLOWS

Reliable flow simulation software is inevitable to determine an optimal injection strategy in Liquid Composite Molding processes. Several methodologies can be implemented into standard software in order to reduce CPU time. Post-processing techniques might be one of them. Post-processing a finite element solution is a well-known procedure, which consists in a recalculation of the originally obtained quantities such that the rate of convergence increases without the need for expensive remeshing techniques. Post-processing is especially effective in problems where better accuracy is required for derivatives of nodal variables in regions where Dirichlet essential boundary condition is imposed strongly. In previous works influence of smoothness of non-homogeneous Dirichlet condition, imposed on smooth front was examined. However, usually quite a non-smooth boundary is obtained at each time step of the infiltration process due to discretization. Then direct application of post-processing techniques does not improve final results as expected. The new contribution of this paper lies in improvement of the standard methodology. Improved results clearly show that the recalculated flow front is closer to the ”exact” one, is smoother that the previous one and it improves local disturbances of the “exact” solution.

Post-processing Techniques in Free Boundary Flows during Liquid Composite Moulding Processes

Post-processing a finite element solution is a well-known technique, which consists in a recalculation of the originally obtained quantities such that the rate of convergence increases without the need for expensive remeshing techniques. Postprocessing is especially effective in problems where better accuracy is required for derivatives of nodal variables in regions where Dirichlet essential boundary condition is imposed strongly. Consequently such an approach can be exceptionally good in modelling of resin infiltration under quasi steady-state assumption by remeshing techniques and with explicit time integration, because only the free-front normal velocities are necessary to advance the resin front to the next position. The new contribution is the post-processing analysis and implementation of the freeboundary velocities of mesolevel infiltration analysis. Such implementation ensures better accuracy on even coarser meshes, which in consequence reduces the computational time also by the possibility of employing larger time steps.

Using gold nanoparticles in protein crystallography: studies in crystal growth and derivatization

Dissertation for the Master Degree in Structural and Functional Biochemistry

EFFECT – Efficient finite element code

The theme of this dissertation is the finite element method applied to mechanical structures. A new finite element program is developed that, besides executing different types of structural analysis, also allows the calculation of the derivatives of structural performances using the continuum method of design sensitivities analysis, with the purpose of allowing, in combination with the mathematical programming algorithms found in the commercial software MATLAB, to solve structural optimization problems. The program is called EFFECT – Efficient Finite Element Code. The object-oriented programming paradigm and specifically the C ++ programming language are used for program development. The main objective of this dissertation is to design EFFECT so that it can constitute, in this stage of development, the foundation for a program with analysis capacities similar to other open source finite element programs. In this first stage, 6 elements are implemented for linear analysis: 2-dimensional truss (Truss2D), 3-dimensional truss (Truss3D), 2-dimensional beam (Beam2D), 3-dimensional beam (Beam3D), triangular shell element (Shell3Node) and quadrilateral shell element (Shell4Node). The shell elements combine two distinct elements, one for simulating the membrane behavior and the other to simulate the plate bending behavior. The non-linear analysis capability is also developed, combining the corotational formulation with the Newton-Raphson iterative method, but at this stage is only avaiable to solve problems modeled with Beam2D elements subject to large displacements and rotations, called nonlinear geometric problems. The design sensitivity analysis capability is implemented in two elements, Truss2D and Beam2D, where are included the procedures and the analytic expressions for calculating derivatives of displacements, stress and volume performances with respect to 5 different design variables types. Finally, a set of test examples were created to validate the accuracy and consistency of the result obtained from EFFECT, by comparing them with results published in the literature or obtained with the ANSYS commercial finite element code.

Biological activity of well defined hydantoin derivatives on efflux pump systems of bacteria and cancer cells

A multi-resistência a antibióticos e medicamentos usados em quimioterapia é um dos grandes problemas com os quais as instituições de saúde se debatem hoje em dia. A acção provocada por bombas de efluxo é uma das suas causas. Estas bombas têm uma importância fundamental, uma vez que, ao expelirem todo o tipo de tóxicos para o exterior das células, também expelem medicamentos, fazendo com que estes não tenham o efeito desejado dentro delas. As bombas de efluxo são transportadores que se encontram nas membranas de todo o tipo de células. Existem dois grandes tipos de bombas de efluxo: as primárias e as secundárias. As primeiras conferem multi-resistência principalmente em células eucariotas, como as células do cancro em humanos, tendo como função a mediação da repulsa de substâncias tóxicas por intermédio da hidrólise de ATP. A primeira a ser descoberta e mais estudada destas bombas foi a ABCB1 que é o gene que codifica a glicoproteína-P (P de permeabilidade). Enquanto as secundárias, que são a maior fonte de multi-resistência em bactérias, promovem a extrusão de substâncias tóxicas através da força motriz de protões. Neste tipo de bombas são conhecidas quatro famílias principais, das quais uma das mais importantes é a superfamília RND, uma vez que inclui a bomba AcrAB-TolC, que é muito importante no metabolismo xenobiótico de bactérias Gramnegativas, nomeadamente a E.coli. Com o objectivo de reverter a multi-resistência, tanto em células eucariotas como procariotas, têm-se desenvolvido estratégias de combate que envolvem a descoberta de substâncias que inibam as bombas de efluxo. Assim sendo, ao longo dos tempos têm sido descobertas variadas substâncias que cumprem este objectivo. É o caso, por exemplo, dos derivados de fluoroquinolonas usados como inibidores de bombas de efluxo em bactérias ou do Tamoxifen, utilizado na terapia de pacientes com cancro da mama. Um dos grupos de substâncias estudados para o desenvolvimento de possíveis compostos que actuem como reversores de multi-resistência são os compostos derivados de hidantoínas. Estes, são conhecidos por possuírem uma grande variedade de propriedades bioquímicas e farmacológicas, sendo portanto usados para tratarem algumas doenças em humanos, como a epilepsia. Nestes, estão englobados compostos com actividade anti-convulsão que constitui a sua grande mais-valia e, dependente da substituição no anel que os constitui, uma grande variedade de outras propriedades farmacológicas como a anti-fungica, a anti-arritmica, a anti-viral, a anti-diabética ou por exemplo a antagonização de determinados receptores, como os da serotonina. Apesar de pouco usados em estudos experimentais para desenvolver substâncias anti-carcinogénicas, existem alguns estudos com este efeito. Objectivos: O presente projecto envolve o estudo de bombas de efluxo primárias e secundárias, em células eucariotas e procariotas, respectivamente. Em bactérias, foram usados quatro modelos experimentais: Staphylococcus aureus ATCC 25923, Enterococcus faecalis ATCC 29212, E. coli AG 100 e Salmonella Enteritidis NCTC 13349. Em células de cancro foram usadas, células T de linfoma de rato parentais e células T de linfoma de rato transfectadas com o gene humano MDR-1. O principal objectivo deste estudo foi a pesquisa de novos moduladores de bombas de efluxo presentes em bactérias e células do cancro, tentando assim contribuir para o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos que consigam reverter a multi-resistência a medicamentos. Assim sendo foram testados trinta compostos derivados de hidantoínas: SZ-2, SZ-7, LL-9, BS-1, JH-63, MN-3, TD-7k, GG-5k, P3, P7, P10, P11, RW-15b, AD-26, RW-13, AD-29, KF-2, PDPH-3, Mor-1, KK-XV, Thioam-1, JHF-1, JHC-2, JHP-1, Fur-2, GL-1, GL-7, GL-14, GL-16, GL-18. Como forma de atingir estes objectivos, a actividade biológica dos trinta compostos derivados de hidantoínas foi avaliada nas quatro estirpes de bactérias da seguinte forma: foram determinadas as concentrações mínimas inibitórias dos trinta compostos como forma de definir as concentrações em que os compostos seriam utilizados. Os compostos foram posteriormente testadas com um método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo, que é um substrato comum em bombas de efluxo bacterianas, desenvolvido por Viveiros et al. A actividade biológica dos compostos derivados de hidantoínas nas células de cancro foi demonstrada por diferentes métodos. O efeito anti-proliferativo e citotóxico dos trinta compostos foi avaliado nas células T de linfoma de rato transfectadas com o gene humano MDR-1 pelo método de thiazolyl de tetrazólio (MTT). Como o brometo de etídeo também é expelido pelos transportadores ABC, estes compostos foram posteriormente testados com um método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo desenvolvido por Spengler et al nos dois diferentes tipos de células eucariotas. Resultados: A maioria dos compostos derivados de hidantoínas foi eficaz na modulação de bombas de efluxo, nas duas estirpes de bactérias Gram-negativas e nos dois diferentes tipos de células T de linfoma. Em contraste com estes resultados, nas duas estirpes de células Gram-positivas, a maioria dos compostos tiveram pouco efeito na inibição de bombas de efluxo ou até nenhum, em muitos dos casos. De uma maneira geral os melhores compostos nas diferentes estirpes de bactérias foram: Thioam-1, SZ-2, P3, Rw-15b, AD-26, AD-29, GL-18, GL-7, KF-2, SZ-7, MN-3, GL-16 e GL- 14. Foram portanto estes os compostos que provocaram maior acumulação de brometo de etídeo, inibindo assim com maior eficácia as bombas de efluxo. No presente estudo, a maioria dos compostos conseguiu inibir a resistência provocada pela bomba de efluxo ABCB1, tanto nas células parentais bem como nas células que sobre-expressam esta bomba, causando a acumulação de brometo de etídeo dentro das células. As células que sobreexpressam a bomba ABCB1 foram posteriormente testadas com citometria de fluxo que é a técnica padrão para pesquisa de inibidores de bombas de efluxo. Os compostos que foram mais efectivos na inibição da bomba ABCB1, causando assim maior acumulação de brometo de etídeo nas células que sobre-expressam esta bomba foram: PDPH-3, GL-7, KK-XV, AD-29, Thioam-1, SZ-7, KF-2, MN-3, RW-13, LL-9, P3, AD-26, JH-63 e RW- 15b. Este facto não corroborou totalmente os resultados da citometria de fluxo uma vez que os moduladores que provocaram maior inibição da bomba ABCB1 foram o MN-3, JH-63 e o BS-1, sendo que o último não foi seleccionado como um bom composto usando o método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo. Conclusão: Os compostos derivados de hidantoínas testados tiveram maior efeito nas estirpes de bactérias Gram-negativas do que nas Gram-positivas. Relativamente às células eucariotas, as estruturas mais activas apresentam substituintes aromáticos bem como alguns fragmentos aminicos terciários.

Development of new biomaterials based on liquid crystalline phases of cellulose derivatives

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica