Development of polymeric nanoparticles containing neuroprotective compounds of Hypericum perforatum

Tese de Doutoramento em Biologia das Plantas - MAP BIOPLANT

Encapsulation and controlled release of bioactive compounds in lactoferrin-glycomacropeptide nanohydrogels : curcumin and caffeine as model compounds

Curcumin and caffeine (used as lipophilic and hydrophilic model compounds, respectively) were successfully encapsulated in lactoferrin-glycomacropeptide (Lf-GMP) nanohydrogels by thermal gelation showing high encapsulation efficiencies (>90 %). FTIR spectroscopy confirmed the encapsulation of bioactive compounds in Lf-GMP nanohydrogels and revealed that according to the encapsulated compound different interactions occur with the nanohydrogel matrix. The successful encapsulation of bioactive compounds in Lf-GMP nanohydrogels was also confirmed by fluorescence measurements and confocal laser scanning microscopy. TEM images showed that loaded nanohydrogels maintain their spherical shape with sizes of 112 and 126 nm for curcumin and caffeine encapsulated in Lf-GMP nanohydrogels, respectively; in both cases a polydispersity of 0.2 was obtained. The release mechanisms of bioactive compounds through Lf-GMP nanohydrogels were evaluated at pH 2 and pH 7, by fitting the Linear Superimposition Model to the experimental data. The bioactive compounds release was found to be pH-dependent: at pH 2, relaxation is the governing phenomenon for curcumin and caffeine compounds and at pH 7 Ficks diffusion is the main mechanism of caffeine release while curcumin was not released through Lf-GMP nanohydrogels.

Lipid based nanocarriers for the delivery of the bioactive compound resveratrol

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas

Contributos para a elucidação do modo de ação de própolis português: o caso do própolis do Pereiro

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Advances in preservation of fruits and vegetables with bioactive coatings

Bioactive compounds are a large group of compounds (antimicrobials, antioxidants, nutrients, etc.), but its use in edible fi lms and coatings for application on fruits and vegetables has been very important because nowadays the consumers demand fruits and vegetables that are fresh, healthy, high quality and easy to prepare. A number of investigations have shown that the use of additives in edible fi lms and coatings improve its functionability and provide compounds for human health. However, it is necessary to continue research that can generate specifi c or tailor-made edible fi lms and coatings for each product with the best characteristics for preservation. In this review we present and analyze the concepts, progress and perspectives in the design and application of edible fi lms and coatings for fruits and vegetables in order to defi ne the challenges and opportunities that this topic of study in the fi eld of science, technology and food engineering.

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Development of a water-in-oil-in-water multiple emulsion system integrating biomimetic aqueous-core lipid nanodroplets for protein entity stabilization. Part I: experimental factorial design

Lipid nanoballoons integrating multiple emulsions of the type water-in-oil-in-water enclose, at least in theory, a biomimetic aqueous-core suitable for housing hydrophilic biomolecules such as proteins, peptides and bacteriophage particles. The research effort entertained in this paper reports a full statistical 23x31 factorial design study (three variables at two levels and one variable at three levels) to optimize biomimetic aqueous-core lipid nanoballoons for housing hydrophilic protein entities. The concentrations of protein, lipophilic and hydrophilic emulsifiers, and homogenization speed were set as the four independent variables, whereas the mean particle hydrodynamic size (HS), zeta potential (ZP) and polydispersity index (PI) were set as the dependent variables. The V23x31 factorial design constructed led to optimization of the higher (+1) and lower (-1) levels, with triplicate testing for the central (0) level, thus producing thirty three experiments and leading to selection of the optimized processing parameters as 0.015% (w/w) protein entity, 0.75% (w/w) lipophilic emulsifier (soybean lecithin) and 0.50% (w/w) hydrophilic emulsifier (poloxamer 188). In the present research effort, statistical optimization and production of protein derivatives encompassing full stabilization of their three-dimensional structure, has been attempted via housing said molecular entities within biomimetic aqueous-core lipid nanoballoons integrating a multiple (W/O/W) emulsion.

Electroquímica de sustancias de interés en los sistemas agroalimentario y de sanidad animal. Desarrollo de biosensores electroquímicos. Aplicaciones analíticas.Electrochemistry of substances of interest in agroalimentary and animal health systems. Development of electrochemical biosensors. Analytical applications.

Se estudiarán los mecanismos de reacción electroquímica de las micotoxinas (metabolitos tóxicos generados por hongos) citrinina (CIT), patulina (PAT) y moniliformina (MON), de los antioxidantes naturales alfa, beta, gama y delta tocoferoles, de los flavonoides fisetina (FIS), morina (MOR), luteolina (LUT), rutina (RUT), buteina (BUT), naringenina (NAR) y miricetina (MIR) y de las hormonas esteroides estradiol (EDIOL), estrona (EONA) y estriol (ETRIOL). Por otra parte, se implementarán técnicas electroanalíticas para la detección y cuantificación de estos sustratos en muestras de matrices naturales que los contengan. Se realizará el diseño y caracterización de biosensores enzimáticos a partir de peroxidasas y/o fosfatasa alcalina para la determinación de la micotoxina CIT y de los flavonoides y, por otro, de inmunosensores para las micotoxinas ocratoxina A (OTA) y PAT y hormonas. Para el anclaje de enzimas y/o anticuerpos, se estudiarán las propiedades de electrodos modificados por monocapas autoensambladas, nanotubos de carbono y partículas magnéticas. Se usarán las técnicas de voltamperometría cíclica, de onda cuadrada y de redisolución con acumulación adsortiva, espectroscopías de impedancia electroquímica, electrólisis a potencial controlado, uv-vis e IR, microbalanza de cristal de cuarzo y microscopías de alta resolución (SEM, TEM, AFM). La importancia de este proyecto apunta a la obtención de nuevos datos electroquímicos de los sustratos indicados y conocimientos relacionados con la aplicación de electrodos modificados en la preparación de biosensores y en el desarrollo de técnicas alternativas para la determinación de los analitos mencionados precedentemente. Electrochemical reaction mechanisms of mycotoxins (toxic metabolites generated by fungi) citrinin (CIT), Patulin (PAT) and moniliformin (MON), natural antioxidants alpha, beta, gamma and delta tocopherols, flavonoids fisetin (FIS), morin (MOR), luteolin (LUT), rutin (RUT), butein (BUT), naringenin (NAR), miricetin (MIR) and steroid hormones estradiol (EDIOL), estrone (EONA) and estriole (ETRIOL) will be explored. On the other hand, electroanalytical techniques for the detection and quantification of these substrates in samples of natural matrices will be implemented. The design and characterization of enzymatic biosensors from peroxidases and/or from alkaline phosphatase for the determination of CIT and flavonoids, and also of inmunosensors for ochratoxin A (OTA) and PAT and hormones will be performed. For the anchor of enzymes and/or antibody, properties of electrodes modified by self assembled monolayers, carbon nanotubes and magnetic particles will be explored. Cyclic, square wave and adsorptive stripping voltammetries, electrochemical impedance spectroscopy, controlled potential electrolysis, uv-vis and IR, quartz crystal microbalance and high-resolution microcopies (SEM, TEM, AFM) will be used. The importance of this project is aimed at obtaining new electrochemical data for the indicated substrates and knowledge on the application of modified electrodes in preparation of biosensors and in the development of alternative techniques for the determination of the above-mentioned analytes.

Procesos oxidativos en matrices alimentarias complejas. Oxidative processes in complex food matrices.

Las reacciones bioquímicas que ocurren como consecuencia del tratamiento y almacenamiento de los alimentos, mejoran la seguridad alimentaria, las propiedades sensoriales y la vida útil. Sin embargo, el tratamiento térmico, la exposición a la luz y el oxígeno pueden causar daño oxidativo a los lípidos y proteínas. Los procesos oxidativos de matrices complejas tienen características distintivas que no se manifiestan cuando los componentes son sometidos a oxidación individualmente. La hipótesis de trabajo es que la oxidación de proteínas en matrices alimentarias complejas altera la estructura y las propiedades funcionales de las proteínas y, que las modificaciones que se producen varían según las condiciones de procesamiento y de la composición química del alimento. Nuestros estudios intentan demostrar que el estado oxidativo de las proteínas de un alimento es un parámetro importante para la evaluación de las propiedades funcionales, sensoriales y nutricionales de un producto lácteo. El objetivo general del proyecto es el estudio de los procesos de oxidación de matrices alimentarias complejas (la leche, miel) y su relación con distintos procesos y materiales utilizados en la industria. Es decir, nos proponemos estudiar las consecuencias funcionales y biológicas (calidad nutricional, coagulación) de la oxidación proteica en modelos experimentales “in vitro” y en productos comerciales. 1. Estudiar los fenómenos de peroxidación proteica en leche entera y descremada sometida a los distintos procesos tecnológicos de la producción de leche y queso a escala laboratorio. Se realizarán las mismas experiencias con albúmina sérica y con proteínas aisladas de suero de leche para comparar diferencias entre una matriz compleja y una simple. 2. Determinar la relación entre oxidación y composición proteica de la leche, y los cambios en las fracciones proteicas aisladas (caseínas y beta-lactoglobulina). 3. Analizar el impacto de los procesos tecnológicos a nivel de producción primaria (composición proteica y estado de oxidación) en los indicadores de inflamación (contenido de células somáticas y proteína C Reactiva) y de estado redox (capacidad antioxidante de los productos lácteos y nivel de carbonilos de proteinas). 4. Comparar las características de composición química y el estado de oxidación de leche provenientes de las tres regiones (Buenos Aires, Santa Fe y Córdoba) que conforman la cuenca láctea Argentina. Este objetivo se realizará conjuntamente con los integrantes de nuestro grupo de investigación que trabajan en el Laboratorio de Control de Calidad de la Escuela Superior de Lechería. 5. Determinar los metabolitos secundarios de mieles uniflorales propuestos como responsables de la capacidad antioxidante de estas (polifenoles) y como indicadores de su origen botánico. 6. Valorar la capacidad antioxidante total de mieles uniflorales. 7. Validar los métodos analíticos y semicuantitativos utilizados y a utilizar en el presente proyecto teniendo en cuenta lo efectos de matrices típico de los fluidos biológicos y las mezclas. El estudio de las modificaciones oxidativas de matrices complejas es un tema que es importante tanto desde el punto de vista del conocimiento básico como del aplicado. Nosotros creemos que el presente proyecto aportará conocimiento sobre las características de las vías oxidativas de proteínas en matrices complejas y que podrá ser utilizado para diseñar estrategias productivas tendientes a disminuir el deterioro de la calidad de la leche debido a la exposición a energía radiante. Parte de la experiencia ganada por el grupo ha sido ya volcada a subsanar dificultades y problemas de oxidación y deterioro de la calidad de alimentos. Además, se contribuirá a discernir la paradoja que existe en el área sobre las propiedades oxidantes/antioxidantes de los polifenoles y la relación entre estas y el estado oxidativo de un alimento. The biochemical reactions that occur as a result of food treatment and storage, improve food security, sensory properties and shelf life. Heat treatment, exposure to light and oxygen can cause oxidative damage to lipids and proteins. Oxidative processes in complex matrices display distinctive features that do not appear when the components are individually subjected to oxidation. The hypothesis is that protein oxidation in complex food matrices alters the structure and functional properties of proteins and that the modifications vary according to process conditions and food composition. The main goal is to study oxidation of complex food matrices (milk, honey) with different processes and materials used in the industry. The specific aims are: 1. To study protein oxidation in whole milk and skim subject to various technological processes. The same experiences will be done with serum albumin and isolated whey proteins to compare complex and simple matrices. 2. To determine the relationship between oxidation and milk protein composition, and changes in casein and beta-lactoglobulin. 3. Analyze the impact of technological processes at the level of primary production on markers of inflammation and redox (antioxidant capacity and protein carbonyls). 4. Compare characteristics of chemical composition and oxidation state of milk. 5. Determine secondary metabolites of honey responsible for the antioxidant capacity of these. 6. To evaluate the total antioxidant capacity unifloral honey. This project will provide knowledge about characteristics of oxidative pathways of proteins in complex matrices that can be used to design production strategies aimed at reduce the deterioration of milk quality. Also, it would help to discern the paradox that exists on the oxidants/antioxidants properties of polyphenols and the relationship between these and the oxidative status of a food.

Pentoxifylline Attenuates Cardiac Remodeling Induced by Tobacco Smoke Exposure

Abstract Background: Tobacco smoke exposure is an important risk factor for cardiac remodeling. Under this condition, inflammation, oxidative stress, energy metabolism abnormalities, apoptosis, and hypertrophy are present. Pentoxifylline has anti‑inflammatory, anti-apoptotic, anti-thrombotic and anti-proliferative properties. Objective: The present study tested the hypothesis that pentoxifylline would attenuate cardiac remodeling induced by smoking. Methods: Wistar rats were distributed in four groups: Control (C), Pentoxifylline (PX), Tobacco Smoke (TS), and PX-TS. After two months, echocardiography, invasive blood pressure measurement, biochemical, and histological studies were performed. The groups were compared by two-way ANOVA with a significance level of 5%. Results: TS increased left atrium diameter and area, which was attenuated by PX. In the isolated heart study, TS lowered the positive derivate (+dp/dt), and this was attenuated by PX. The antioxidants enzyme superoxide dismutase and glutathione peroxidase were decreased in the TS group; PX recovered these activities. TS increased lactate dehydrogenase (LDH) and decreased 3-hydroxyacyl Coenzyme A dehydrogenases (OH-DHA) and citrate synthase (CS). PX attenuated LDH, 3-OH-DHA and CS alterations in TS-PX group. TS increased IL-10, ICAM-1, and caspase-3. PX did not influence these variables. Conclusion: TS induced cardiac remodeling, associated with increased inflammation, oxidative stress, apoptosis, and changed energy metabolism. PX attenuated cardiac remodeling by reducing oxidative stress and improving cardiac bioenergetics, but did not act upon cardiac cytokines and apoptosis.

Dietary modulation of plasma antioxidant deficiencies: effect of mediterranean diet

Estudi elaborat a partir d’una estada al National Research Institute for Food and Nutrition, Itàlia, des de novembre del 2006 fins a febrer del 2007. La capacitat antioxidant total (TAC) en plasma pot ser un bon biomarcador del estat antioxidant dels humans. Prenent les mostres de dos projectes diferents de recerca s’ha mesurat la TAC mitjançant el FRAP (ferric reductant antioxidant potencial) i el TRAP (total radical-trapping antioxidant parameter ). D’una banda el PREDIMED, és un estudi prospectiu aleatoritzat i controlat, amb una cohort d’ individus sense patología vascular coneguda, però amb un alt risc de patir-la. En aquest es valora la utilitat d’una intervenció dietética del tipus mediterrània en la prevenció primària de la malaltia cardiovascular. L’altre és el de biodisponibilitat en humans dels metabòlits dels polifenols presents en els solubles de cacau, un estudi crònic (28 dies) on es vol mesurar la influència de la llet en l’absorció dels polifenols del cacau, en voluntaris amb elevat risc de sofrir patologia cardiovascular.

Determinació de diferents compostos bioactius en ingredients naturals per a l'elaboració de bombons funcionals amb beneficis cardiovasculars

Durant les darreres dècades, i degut, principalment, a un canvi en els hàbits alimentaris, hi ha hagut un augment a nivell mundial de malalties cròniques (l’obesitat, malalties cardiovasculars, etc.). En els països mediterranis hi ha menys incidència d’aquestes malalties i sembla ser que això es deu a l’anomenada dieta mediterrània. La dieta mediterrània es caracteritza per una combinació d’oli d’oliva com a grassa principal, verdures, hortalisses i fruites en abundància, lleguminoses, fruits secs, formatges i iogurt, peix, pa, pasta, cereals i els seus derivats i un consum moderat de vi i carns. Aquest model alimentari, ric en tocoferols, fitosterols i fitoestanols que ajuden a reduir el contingut de colesterol en sang, fa que en les poblacions mediterrànies hi hagi menys incidència de malalties cardiovasculars. Aquests compostos inhibeixen el deteriorament oxidatiu dels olis, actuen com agent antipolimerització per olis de fregir. Tenen capacitat de reduir els nivells de colesterol, evitant la incidència de malalties cardiovasculars. Els fitoesterols y fitoestanols es poden trobar en forma lliure o esterificada amb àcids grassos, àcids fenòlics i glucosa. Els objectius d’ aquest treball han estat, primer en el desenvolupament de mètodes d'anàlisi ràpids, fiables i robusts dels tocoferols, fitoesterols i fitoestanols i la seva aplicació en fruits sec, oli de segó, oli de pinyol de raïm i productes que els continguin. El primer mètode va estar basat en la cromatografía líquida (HPLC-DAD) amb extracció en fase sòlida (SPE) com tècnica alternativa a la saponificació para la determinació de fitoesterols lliures. Aquest mètode va estar aplicada a mostres de bombons que contenia fitoesterols. El segon mètode va estar basat en la cromatografia de gasos (GCFID) amb aponificació i SPE per quantificar fitoesterols i fitoestanols lliures, esterificats i totals. En els documents annexos es descriuen a profunditat els mètodes desenvolupats.

Perioperative stress in dogs underwent elective surgery: evaluation of the antioxidant activity

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Department of Biological Science a la University of Lincoln, a la Gran Bretanya, entre octubre i desembre del 2006. L'objectiu del present assaig va ser desciure les respostes antioxidants d'estrès en gossos sotmesos a cirurgia electiva, en condicions de pràctica clínica normals, durant les fases de preoperatori i postoperatori.Setze gossos van ser sotmesos a orquiectomia o ovariohisterectomia electives, utilitzant un protocol quirúrgic estàndard. Durant les fases preoperatoria i postoperatoria, cada animal va ser confinat a la Unitat de Cures Intensives, temps durant el qual es va estudiar la seva resposta antioxidant. Els valors obtinguts a diferents temps van ser comparats amb el valor basal, que s'havia obtingut del mateix animal estant aquest en el seu ambient habitual. No es van detectar variacions significants causades per l'estrès perioperatori. Els valors màxims es van observar durant la fase preoperatoria, just després que l'animal fós confinat a la Unitat de Cures Intensives, moment en el que l'estrès percebut era degut a les amenaces psicològiques de una àrea restringida i de la manipulació per persones desonegudes. L'abscència de variacions significants podrien ser degudes al sistema i el temps d'emmagatzement de les mostres. En humana s'han descrit les alteracions en l'activitat dels antioxidants sèrics després d'un mes d'emmagatzematent. Per definir l'estabilitat, després de la recollida de mostres, de l'activitat dels antioxidants en sèrum de gos és necessari realitzar més estudis.

Reduced capacity of peritoneal exudate cells for oxidative killing of Schistosoma mansoni schistosomula

Peritoneal exudate cells from mice infected with Schistosoma mansoni (S-PEC) can kill schistosomula in vitro in the presence of immune serum. S-PEC produce a low level of respiratory burst, and schistosomula mortality in their presence is not reduced when exogenous antioxidants are added, suggesting that with S-PEC, oxidative killing is not important. Hydrogen peroxide (H2O2) and superoxide production by S-PEC, and cells from BCG and thioglycollate (THGL) injected non-infected mice, non-specifically stimulated with opsonized zymosan, were measured. Levels of H2O2 produced by S-PEC were significantly lower than BCG or THGL PEC, and were below the H2O2 threshold for schistosomula killing. This resulted in lower levels of cell-mediated killing of schistosomula in vitro by S-PEC than by BCG or THGL PEC. Superoxide levels, however, were similar between the three cell populations. The efficiency of PEC to kill schistosomules in vitro correlated with H2O2 rather than superoxide levels. The lower tolerance of schistosomula, compared to adult S. mansoni to GSH depleting agents increases their sensitivity to oxidative attack and resulted in higher levels of cell-mediated killing in vitro.