Metabolic signature of lung cancer: a metabolomic study of human tissues and biofluids

This thesis reports the application of metabolomics to human tissues and biofluids (blood plasma and urine) to unveil the metabolic signature of primary lung cancer. In Chapter 1, a brief introduction on lung cancer epidemiology and pathogenesis, together with a review of the main metabolic dysregulations known to be associated with cancer, is presented. The metabolomics approach is also described, addressing the analytical and statistical methods employed, as well as the current state of the art on its application to clinical lung cancer studies. Chapter 2 provides the experimental details of this work, in regard to the subjects enrolled, sample collection and analysis, and data processing. In Chapter 3, the metabolic characterization of intact lung tissues (from 56 patients) by proton High Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is described. After careful assessment of acquisition conditions and thorough spectral assignment (over 50 metabolites identified), the metabolic profiles of tumour and adjacent control tissues were compared through multivariate analysis. The two tissue classes could be discriminated with 97% accuracy, with 13 metabolites significantly accounting for this discrimination: glucose and acetate (depleted in tumours), together with lactate, alanine, glutamate, GSH, taurine, creatine, phosphocholine, glycerophosphocholine, phosphoethanolamine, uracil nucleotides and peptides (increased in tumours). Some of these variations corroborated typical features of cancer metabolism (e.g., upregulated glycolysis and glutaminolysis), while others suggested less known pathways (e.g., antioxidant protection, protein degradation) to play important roles. Another major and novel finding described in this chapter was the dependence of this metabolic signature on tumour histological subtype. While main alterations in adenocarcinomas (AdC) related to phospholipid and protein metabolisms, squamous cell carcinomas (SqCC) were found to have stronger glycolytic and glutaminolytic profiles, making it possible to build a valid classification model to discriminate these two subtypes. Chapter 4 reports the NMR metabolomic study of blood plasma from over 100 patients and near 100 healthy controls, the multivariate model built having afforded a classification rate of 87%. The two groups were found to differ significantly in the levels of lactate, pyruvate, acetoacetate, LDL+VLDL lipoproteins and glycoproteins (increased in patients), together with glutamine, histidine, valine, methanol, HDL lipoproteins and two unassigned compounds (decreased in patients). Interestingly, these variations were detected from initial disease stages and the magnitude of some of them depended on the histological type, although not allowing AdC vs. SqCC discrimination. Moreover, it is shown in this chapter that age mismatch between control and cancer groups could not be ruled out as a possible confounding factor, and exploratory external validation afforded a classification rate of 85%. The NMR profiling of urine from lung cancer patients and healthy controls is presented in Chapter 5. Compared to plasma, the classification model built with urinary profiles resulted in a superior classification rate (97%). After careful assessment of possible bias from gender, age and smoking habits, a set of 19 metabolites was proposed to be cancer-related (out of which 3 were unknowns and 6 were partially identified as N-acetylated metabolites). As for plasma, these variations were detected regardless of disease stage and showed some dependency on histological subtype, the AdC vs. SqCC model built showing modest predictive power. In addition, preliminary external validation of the urine-based classification model afforded 100% sensitivity and 90% specificity, which are exciting results in terms of potential for future clinical application. Chapter 6 describes the analysis of urine from a subset of patients by a different profiling technique, namely, Ultra-Performance Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry (UPLC-MS). Although the identification of discriminant metabolites was very limited, multivariate models showed high classification rate and predictive power, thus reinforcing the value of urine in the context of lung cancer diagnosis. Finally, the main conclusions of this thesis are presented in Chapter 7, highlighting the potential of integrated metabolomics of tissues and biofluids to improve current understanding of lung cancer altered metabolism and to reveal new marker profiles with diagnostic value.

Ajustamento psicossocial e adesão terapêutica em doentes oncológicos: estudo em doentes com cancro colorectal

O cancro do cólon e reto (CCR) representa uma das neoplasias malignas mais relevantes, não só pela morbilidade mas também pelas altas taxas de mortalidade. Paralelamente, esta neoplasia representa uma elevada sobrecarga psicossocial, para o indivíduo, que se reflete na existência de sintomatologia depressiva e ansiosa e de uma qualidade de vida deficitária e que se estima influenciar o processo de adesão terapêutica. Assim, o presente estudo tem como objetivo estudar a associação das variáveis sóciodemográficas, clínicas e de ajustamento psicossocial, com a adesão terapêutica em doentes com cancro colo-rectal. Trinta e cinco pacientes com cancro colo-rectal, acompanhados na Liga Portuguesa Contra o Cancro, foram selecionados de acordo com o método de amostragem de conveniência. Os instrumentos de avaliação psicossocial utilizados consistiram nos seguintes: questionário de variáveis sociodemográficas e clínicas; na Escala de Ansiedade e Depressão Hospitalar (EADH); no questionário de Qualidade de Vida da Organização Europeia de Investigação e Tratamento de Cancro (QLQC30) e na Escala de Adesão Geral (EAG). Os resultados obtidos revelam a existência de relações significativas entre sintomatologia psicopatológica, qualidade de vida e adesão ao tratamento em pacientes com CCR, mais espeficamente, encontrou-se que: a sintomatologia psicopatológica correlacionou-se negativamente com adesão ao tratamento e com a qualidade de vida, e a adesão ao tratamento associou-se positivamente com a qualidade de vida. Concluimos que o presente estudo contribui com a clarificação do sofrimento psicossocial do paciente com CCR e da interação das variáveis demográficas, clínicas e de ajustamento psicossocial com a adesão terapeutica destes doentes. Implicações clinicas e de investigação são apontadas neste contexto.

Farmacogenómica na terapêutica das leucemias agudas

As leucemias agudas são doenças raras, quando comparadas com outros tipos de neoplasias constituindo, no entanto, a doença maligna mais comum na infância. São responsáveis por 30% de todos os tipos de cancros diagnosticados em crianças menores de 15 anos em países industrializados. Enquanto que a leucemia linfoblástica aguda apresenta uma taxa de incidência superior em crianças até aos 15 anos, correspondendo a cerca de 80% das leucemias em crianças e adolescentes, a leucemia mieloide aguda é rara abaixo dos 40 anos, sendo que a sua incidência aumenta progressivamente com a idade. As estratégias atuais de tratamento dividem a terapêutica em duas etapas: a primeira possui como objetivo induzir a remissão da doença e a segunda consiste numa terapêutica de pós-remissão com o objetivo de erradicar a doença residual mínima, evitar recidivas e promover a cura. Após anos de pesquisa na área da farmacogenómica, observa-se que as diferenças genéticas entre indivíduos podem explicar alguma da variabilidade observada na farmacocinética, eficácia e toxicidade de alguns fármacos. Embora muitos estudos relacionem diferentes respostas farmacológicas com a variabilidade genética, a maioria daqueles aplicam-se à população adulta pelo que a atenção dada à população pediátrica tem sido muito menor. Assim, o aperfeiçoamento na terapêutica das leucemias agudas é urgente. Atualmente encontra-se perfeitamente estabelecida a relação entre reações adversas à 6-mercaptopurina e polimorfismos no gene que codifica para a enzima tiopurina s-metiltransferase, sendo um dos poucos exemplos na área da farmacogenética a ser “traduzido” para a prática clínica.

Loss of Par3 leads to aberrant divisions and faster mitotic progression in differentiating primary murine keratinocytes

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Locust bean gum-based microparticles for pulmonary delivery of antibiotics

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Desenvolvimento de um sistema multidimensional para classificação e gestão de informação em saúde: aplicabilidade à informação clínica

Introdução: A profusão de informação na área médica cria problemas de gestão, sendo necessários métodos sistematizados para armazenamento e recuperação. Quando a informação se insere no contexto do processo clínico, os métodos devem integrar terminologias biomédicas controladas e igualmente devem integrar as características desejáveis dirigidas à estrutura, conteúdo e resultados clínicos. O objectivo deste artigo é testar a aplicabilidade e capacidade de recuperação, de um sistema multidimensional desenvolvido para classificação e gestão de informação em saúde. Métodos: A partir das questões recebidas em seis anos (Serviço de Informação de Medicamentos, Serviços Farmacêuticos, Hospitais da Universidade de Coimbra), seleccionaram-se 300 questões sobre informação clínica, por método aleatório informatizado. Caracterizou-se e avaliou-se a aplicabilidade pela quantidade classificada e pela necessidade de alterações ao sistema que é constituído por várias dimensões independentes e que englobam conceitos por vezes hierarquizados. A recuperação das questões foi testada pesquisando informação numa dimensão ou cruzamento de dimensões. Resultados: Todas as questões foram classificadas: 53% são casos clínicos com incidência nas doenças geniturinárias; doenças metabólicas, nutricionais e endócrinas; neoplasias; infecções e doenças do sistema nervoso. Em 81%, o objecto é o medicamento, sobretudo anti-infecciosos e anti-neoplásicos. As áreas de terapêutica e segurança foram as mais solicitadas, incidindo principalmente sobre os assuntos: utilização, reacções adversas, identificação de medicamentos e tecnologia farmacêutica. Na aplicabilidade, foi necessário adicionar alguns conceitos e modificar alguns grupos hierárquicos que não modificaram a estrutura base, nem colidiram com as características desejáveis. As limitações prenderam-se com os sistemas de classificação externos integrados. A pesquisa na dimensão assunto, do conceito administração de medicamentos, recuperou 19 questões. O cruzamento de duas dimensões: anti-infecciosos (externa) e teratogenicidade (assunto), recuperou três questões. Nos dois exemplos recupera-se informação a partir de qualquer um dos níveis da hierarquia, do mais geral ao mais específico e mesmo a partir de dimensões externas. Conclusões: A utilização do sistema nesta amostra demonstrou aplicabilidade na classificação e arquivo de informação clínica, capacidade de recuperação e flexibilidade, sofrendo alterações sem interferir com as características desejáveis. Esta ferramenta permite a recuperação da evidência que interessa orientada para o doente. Introduction: The large amount of information in the medical area creates management problems, being necessary systematic methods for filing and retrieval. With information on the context of clinical records, methods must integrate controlled biomedical terminologies and desirable characteristics oriented to the structure, content and clinical results. The objective is to test the applicability and capacity for retrieval of a multidimensional system developed for classification and management of health information. Methods: Three hundred questions were randomly selected, by computerized method, from the questions received in six years (Medicine Information Service, Pharmaceutical Department, Coimbra University Hospitals). They were characterized and applicability evaluated by classified amount and need to alter the system, which is composed of various independent dimensions, incorporating concepts sometimes hierarchical. Questions retrieval was tested searching information in a dimension or between dimensions. Results: All questions were classified: 53% are clinical cases with illnesses incidence in the genitourinary system; metabolic, nutritional and endocrine disease; cancer; infections and nervous system. In 81%, the object is a drug, mostly anti-infectious and anti-neoplastic agents. The therapeutic and safety areas had been the most requested, regarding the subjects: use, adverse reactions, drug identification and pharmaceutical technology. As to applicability, it was necessary to add some concepts and modify same hierarchical groups, that didn’t modify the basic structure, nor had collided with the desirable characteristics. The limitations were related with the incorporated external classification systems. The search in the subject dimension of the concept drug administration retrieved 19 questions. The search between two dimensions: antiinfectious (external) and teratogenicity (subject) retrieved three questions. In the two examples, it was possible to retrieve information from any one of the levels of the hierarchy, from the most general to the most specific and even from external dimensions. Conclusions: The use of the system in this sample showed its applicability in clinical information classification and filing, retrieval capacity and flexibility, supporting modifications without interfering with desirable characteristics. This tool allows retrieval of patient-oriented evidence that matters.

New approaches for the diagnosis of human papillomavirus infection:relevance for clinical practice and cancer prevention

Tese de doutoramento, Biologia (Microbiologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Contribution to fundamental aspects of biophysics, radiobiology, and modeling of cellular response to low radiation doses

Tese de doutoramento, Engenharia Biomédica e Biofísica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

The role of reciprocal regulation between TAL1 and miRNA expression in T-cell leukemia progression

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Caracterização da marcação imunohistoquímica da protein gene product 9.5 (PGP 9.5) em células astrocitárias

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Cancer-associated fibroblasts in brain metastases

Tese de mestrado. Oncobiologia, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Remoção de fibrocimento: amianto

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Ramo Edificações

PET/CT com 18-fluor-fluorodeoxiglucose no seguimento do melanoma maligno cutâneo

Introdução – O melanoma maligno cutâneo (MMC) é considerado uma das mais letais neoplasias e no seu seguimento recorre-se, para além dos exames clínicos e da análise de marcadores tumorais, a diversos métodos imagiológicos, como é o exame Tomografia por Emissão de Positrões/Tomografia Computorizada (PET/CT, do acrónimo inglês Positron Emission Tomography/Computed Tomography) com 18fluor-fluorodeoxiglucose (18F-FDG). O presente estudo tem como objetivo avaliar a utilidade da PET/CT relativamente à análise da extensão e à suspeita de recidiva do MMC, comparando os achados imagiológicos com os descritos em estudos CT. Metodologia – Estudo retrospetivo de 62 estudos PET/CT realizados em 50 pacientes diagnosticados com MMC. Excluiu-se um estudo cujo resultado era duvidoso (nódulo pulmonar). As informações relativas aos resultados dos estudos anatomopatológicos e dos exames imagiológicos foram obtidas através da história clínica e dos relatórios médicos dos estudos CT e PET/CT. Foi criada uma base de dados com os dados recolhidos através do software Excel e foi efetuada uma análise estatística descritiva. Resultados – Dos estudos PET/CT analisados, 31 foram considerados verdadeiros positivos (VP), 28 verdadeiros negativos (VN), um falso positivo (FP) e um falso negativo (FN). A sensibilidade, especificidade, o valor preditivo positivo (VPP), o valor preditivo negativo (VPN) e a exatidão da PET/CT para o estadiamento e avaliação de suspeita de recidiva no MMC são, respetivamente, 96,9%, 96,6%, 96,9%, 96,6% e 96,7%. Dos resultados da CT considerados na análise estatística, 14 corresponderam a VP, 12 a VN, três a FP e cinco a FN. A sensibilidade, especificidade, o VPP e o VPN e a exatidão da CT para o estadiamento e avaliação de suspeita de recidiva no MMC são, respetivamente, 73,7%, 80,0%, 82,4%, 70,6% e 76,5%. Comparativamente aos resultados CT, a PET/CT permitiu uma mudança na atitude terapêutica em 23% dos estudos. Conclusão – A PET/CT é um exame útil na avaliação do MMC, caracterizando-se por uma maior acuidade diagnóstica no estadiamento e na avaliação de suspeita de recidiva do MMC comparativamente à CT isoladamente.

Avaliação funcional ventilatória e dos músculos respiratórios em doentes com artrite reumatóide e sem compromisso clínico pulmonar

Arquivos de Medicina, 1994, 8 (4): 199-202

Implicações imunobiológicas da infecção a herpesvirus em tumores malignos : pesquisa e análise quantitativa de herpesvirus humanos no astrocitoma pilocítico

RESUMO: As infecções virais podem contribuir para o desenvolvimento do cancro, estando vários tumores malignos associados aos Herpesvirus (HHV). O vírus de Epstein-Barr (EBV) e o Herpesvirus 8, dois Herpesvirus, foram reconhecidos como agentes etiológicos de várias neoplasias. O astrocitoma pilocítico do cerebelo é um dos tumores cerebrais mais frequentes na criança, adolescentes e jovens adultos e a proliferação astrocitária ocorre geralmente após vários tipos de agressão, nomeadamente a infecção viral. Para investigar esta eventual interligação, estudámos 35 astrocitomas pilocíticos, pesquisando a presença dos 8 Herpesvirus. Neste estudo, foram utilizadas 10 amostras de biópsias do cerebelo de doentes que faleceram por doenças não relacionadas com infecção ou patologia tumoral. A maioria dos astrocitomas (33) eram tumores de baixa malignidade. As amostras foram analisadas por PCR (Polymerase Chain Reaction) quantitativa em tempo real (qPCR), com amplificação do gene da DNA polimerase viral. Treze astrocitomas e 7 controles revelaram pequenas quantidades de DNA viral (1-100 cópias/100ng DNA) de todos os Herpesvirus, com excepção do HHV6 A e B que estava ausente nas amostras. O EBV foi identificado em 9 dos 35 astrocitomas (26%) e em 7 dos 10 controles (70%) estando muito mais presente nos controles. As amostras positivas para o EBV foram também analisadas por imunohistoquímica, não tendo sido imunoreactivas para os anticorpos utilizados. A PCR com CODEHOP (consensus-degenerated hybrid oligonucleotide primers) foi utilizada para investigar a presença de um eventual Herpesvirus novo nestas amostras. Não foi identificada nenhuma sequência indicativa de um novo HHV por este método. 24. Em conclusão, os dados apontam para a presença de Herpesvirus, com particular relevância para o EBV, em tecido de cerebelo normal e em tumores cerebrais, embora em níveis demasiado baixos para poderem ser responsabilizados pela indução tumoral. A presença de sequências de DNA de Herpesvirus, nomeadamente do EBV, no Sistema Nervoso Central vem enriquecer a discussão sobre o significado da infecção viral na oncogénese humana, particularmente na neuro-oncogénese. ABSTRACT: Viral infections can contribute to the development of human cancer. Several human malignancies are linked with Human Herpesviruses (HHVs). Epstein-Barr virus and HHV8, two hHerpesvirus, have been recognized as etiologic agents of several neoplasms. Pilocytic astrocytoma of the cerebellum is one of the most common brain tumour in children, adolescents and young adults and astrocytary proliferation generally occurs after several types of injury, namely viral infection. To further explore this association, we have searched the tissue from 35 pilocytic astrocytoma, for all the 8 HHV. In this study, ten brain biopsies (cerebellum) from patients who died of unrelated diseases were used as controls. Most of the astrocytomas (33) were of low grade malignity. Samples were assessed by Real-time quantitative Polymerase Chain Reaction (q PCR) amplification of viral DNA polymerase gene. Thirteen astrocytoma and 7 controls showed low viral DNA levels (1-100 copies/100ng DNA) for all HHVs, with the exception of HHV6 that was absent. EBV was identified in 9 of the 35 astrocytoma (26 %) and in 7 of the 10 controls (70%) being more present in controls. EBV positive samples were also assessed by Immunohistochemistry (IHC) but none showed immunoreactivity for the antibodies used. PCR with consensus-degenerated hybrid oligonucleotide primers (CODEHOP) were also used to look for novel HHVs in these samples and no sequence indicative of a new HHV was detected. 26 Altogether the data indicate the presence of HHVs, with relevance for EBV in normal cerebellum tissue and also in brain tumours but at too low levels to be considered responsible for tumour induction. The presence of HHV DNA sequences, particularly EBV, in the studied brain tumours and control samples, further enriches the discussion about the relevance of viral infection in human oncogenesis, particularly neuro-oncogenesis.RÉSUMÉ: Les infections virales peuvent contribuer au développement du cancer. Les vírus de type Herpès sont associés à plusieurs néoplasies. Il est par exemple établi que les vírus Epstein-Barr et « human Herpesvirus 8 » (HHV-8) sont responsables de plusieurs tumeurs malignes. L´astrocytome pilocitique du cervelet est l’une des tumeurs les plus fréquentes chez les enfants, adolescents et adultes jeunes. En général la prolifération des astrocytes se produit en réponse à une agression. Posant l’hypothèse d’une agression d’origine virale, nous avons recherché la présence des 8 vírus Herpès dans les tissus de 35 astrocytomes. Dans cette étude, 10 échantillons de biopsie de cervelet de patients décédés suite à d’autres pathologies, ont été utilisés comme contrôles. La majorité des astrocytomes étaient de très basse malignité. Les échantillons ont été étudiés par PCR quantitative en temps réel, en amplifiant le gène de l’ADN-polymérase virale. Treize astrocytomes sur 35 (37%) et 7 contrôles sur 10 (70%) ont été trouvés positifs pour tous les HHV sauf l´HHV6, toujours avec un nombre de copies de polymérase virale bas (< 100 copies/100 ng d’ADN). Notamment l’EBV a été identifié 7 fois dans les contrôles (70%) et 9 fois dans les astrocytomes (26%). Les échantillons positifs pour l`EBV ont aussi été étudiés par immuno-histochimie. Aucun signal n’a été observé avec les anticorps utilisés. Enfin, une technique de PCR avec oligonucléotides dégénérés (CODEHOP ou consensus degenerated hybrid oligonucleotide primers) a été utilisée pour rechercher la présence d´un éventuel nouveau vírus Herpès dans les échantillons d’astrocytome. Aucun nouveau vírus n’a été identifié. 28 En résumé, nous avons établi la présence de vírus Herpès, en particulier l´EBV, dans le cervelet normal et dans les tumeurs du cerveau. Les quantités d’ADN viral retrouvées sont faibles et ne permettent pas d’attribuer à ces vírus la responsabilité de l’induction des tumeurs. Cependant, la présence d’ADN de vírus Herpès dans le cerveau sain ou pathologique vient enrichir la discussion sur le signification de l´infection virale dans les processus d´oncogenèse en général, et dans la neuroonco-genèse en particulier.