Optimization of antioxidants extraction from coffee silverskin, aroasting by-product, having in view a sustainable process

Coffee silverskin is a major roasting by-product that could be valued as a source of antioxidant compounds. The effect of the major variables (solvent polarity, temperature and extraction time) affecting the extraction yields of bioactive compounds and antioxidant activity of silverskin extracts was evaluated. The extracts composition varied significantly with the extraction conditions used. A factorial experimental design showed that the use of a hydroalcoholic solvent (50%:50%) at 40 °C for 60 min is a sustainable option to maximize the extraction yield of bioactive compounds and the antioxidant capacity of extracts. Using this set of conditions it was possible to obtain extracts containing total phenolics (302.5 ± 7.1 mg GAE/L), tannins (0.43 ± 0.06 mg TAE/L), and flavonoids (83.0 ± 1.4 mg ECE/L), exhibiting DPPHradical dot scavenging activity (326.0 ± 5.7 mg TE/L) and ferric reducing antioxidant power (1791.9 ± 126.3 mg SFE/L). These conditions allowed, in comparison with other “more effective” for some individual parameters, a cost reduction, saving time and energy.

Defective protein folding and function in metabolic disorders: studies on the mitochondrial flavoenzyme ETF

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biochemistry at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Genetics of berry colour and anthocyanin content variation in grapevine (Vitis vinifera L.subsp. vinifera)

Dissertation presented in fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Biology (Molecular Genetics) at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Biochemistry of grape berries: post-genomics approaches to uncover the effects of water deficits on ripening

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Plant Physiology

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

In vitro SCREENING ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF Bidens pilosa LINNÉ AND Annona crassiflora MART. AGAINST OXACILLIN RESISTANT Staphylococcus aureus (ORSA) FROM THE AERIAL ENVIRONMENT AT THE DENTAL CLINIC

Currently multiresistant Staphylococcus aureus is one common cause of infections with high rates of morbidity and mortality worldwide, which directs scientific endeavors in search for novel antimicrobials. In this study, nine extracts from Bidens pilosa (root, stem, flower and leaves) and Annona crassiflora (rind fruit, stem, leaves, seed and pulp) were obtained with ethanol: water (7:3, v/v) and their in vitro antibacterial activity evaluated through both the agar diffusion and broth microdilution methods against 60 Oxacillin Resistant S. aureus (ORSA) strains and against S. aureus ATCC6538. The extracts from B. pilosa and A. crassiflora inhibited the growth of the ORSA isolates in both methods. Leaves of B. pilosa presented mean of the inhibition zone diameters significantly higher than chlorexidine 0.12% against ORSA, and the extracts were more active against S. aureus ATCC (p < 0.05). Parallel, toxicity testing by using MTT method and phytochemical screening were assessed, and three extracts (B. pilosa, root and leaf, and A. crassiflora, seed) did not evidence toxicity. On the other hand, the cytotoxic concentrations (CC50 and CC90) for other extracts ranged from 2.06 to 10.77 mg/mL. The presence of variable alkaloids, flavonoids, tannins and saponins was observed, even though there was a total absence of anthraquinones. Thus, the extracts from the leaves of B. pilosa revealed good anti-ORSA activity and did not exhibit toxicity.

The Use of Statins in People at Risk of Developing Diabetes Mellitus: Evidence and Guidance for Clinical Practice

Reducing low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) levels using statins is associated with significant reductions in cardiovascular (CV) events in a wide range of patient populations. Although statins are generally considered to be safe, recent studies suggest they are associated with an increased risk of developing Type 2 diabetes (T2D). This led the US Food and Drug Administration (FDA) to change their labelling requirements for statins to include a warning about the possibility of increased blood sugar and HbA1c levels and the European Medicines Agency (EMA) to issue guidance on a small increased risk of T2D with the statin class. This review examines the evidence leading to these claims and provides practical guidance for primary care physicians on the use of statins in people with or at risk of developing T2D. Overall, evidence suggests that the benefits of statins for the reduction of CV risk far outweigh the risk of developing T2D, especially in individuals with higher CV risk. To reduce the risk of developing T2D, physicians should assess all patients for T2D risk prior to starting statin therapy, educate patients about their risks, and encourage risk-reduction through lifestyle changes. Whether some statins are more diabetogenic than others requires further study. Statin-treated patients at high risk of developing T2D should regularly be monitored for changes in blood glucose or HbA1c levels, and the risk of conversion from pre-diabetes to T2D should be reduced by intensifying lifestyle changes. Should a patient develop T2D during statin treatment, physicians should continue with statin therapy and manage T2D in accordance with relevant national guidelines.

Humoral response towards high density lipoprotein : a new mechanism for atherogenesis

RESUMO:Aterosclerose é uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo ocidental. É responsável, direta ou indiretamente, pela maior percentagem de gastos com a saúde na maioria dos países europeus. A “teoria lipídica” da aterosclerose, que se baseia na dislipidemia como causa primária para a doença vascular tem algumas implicações práticas importantes: permite a definição de linhas de orientação e protocolos simples e ainda estabelece alvos terapêuticos que podem ser atingidos na maior parte dos casos com a atual intervenção farmacológica. A associação da aterosclerose com o sistema imunológico (a “teoria imunológica”), forneceu por sua vez novas formas de explorar os mecanismos envolvidos e abriu novas perspetivas para um conhecimento mais completo da doença. No entanto, levanta dificuldades evidentes no que diz respeito às possibilidades terapêuticas. De todos os intervenientes no processo aterosclerótico (bioquímicos, imunológicos e anatómicos), as lipoproteínas de elevada densidade (HDL) são atualmente reconhecidas como um dos fatores mais importantes na aterogénese. Isto é baseado no reconhecimento das múltiplas propriedades anti-aterogénicas das HDL como por exemplo: a anti-oxidante, a anti-inflamatória e a antitrombótica, bem como o seu importante papel na melhoraria da função endotelial. Atualmente, é consensual que as funções anti-aterogénicas das HDL vão além do seu papel no transporte reverso do colesterol (RCT) e a importância das HDL no processo aterosclerótico baseia-se não apenas no seu papel protetor impedindo a formação da placa de ateroma, mas também na estabilização destas, prevenindo a sua ruptura e, consequentemente o evento trombótico. Como fundamentais no processo aterosclerótico estão reconhecidos dois principais conjuntos de eventos: um caracterizado por alterações no metabolismo das lipoproteínas que resultam em lipoproteínas pró-inflamatórias e pró-oxidantes que interagem com os componentes celulares da parede arterial e que conduzem à formação da placa de ateroma; o outro evento é a resposta imunológica desencadeada contra um novo conjunto de antigénios que por sua vez leva à produção de citoquinas pró-inflamatórias. Dada a complexidade da HDL e das suas múltiplas funções estas lipoproteínas tornaram-se um potencial alvo para a resposta auto-imune, e cujas consequências podem explicar algumas das associações identificados em estudos clínicos e epidemiológicos. Contudo esta interação entre o sistema imunológico e HDL nunca foi exaustivamente estudada. Portanto, pomos a hipótese de que em condições oxidativas e pró-inflamatórias, um aumento do antigénio (HDL) conduz a um consequente acréscimo na produção de anticorpos anti-HDL (aHDL) responsáveis pela alteração quantitativa e / ou qualitativa das HDL. O conceito de que estes anticorpos podem contribuir tanto para a evolução a longo prazo do processo aterosclerótico, como para o desencadeamento de eventos clínicos pode também explicar a heterogeneidade encontrada em cada doente e nos grandes estudos clínicos, no que diz respeito aos fatores de risco e outcomes clínicos. Para além disso, a confirmação desta hipótese pode permitir explicar porque é que as intervenções terapêuticas atualmente em desenvolvimento para aumentar os níveis de HDL, não conseguem mostrar a tão esperada redução do risco vascular. O objetivo geral desta tese foi identificar e caracterizar a resposta humoral contra os componentes da HDL, e avaliar possíveis mecanismos que possam contribuir para a modificação das propriedades anti-aterogénicas das HDL. Para alcançar este objetivo investigou-se: 1) A presença de anticorpos aHDL em doentes com lúpus eritematoso sistémico (SLE) e em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como os doentes com doença arterial coronária (CAD), acidente vascular cerebral isquémico (IS) e diabetes tipo 2; 2) Os principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL e a associação entre os títulos de anticorpos aHDL e diferentes características clínicas destas doenças; 3) As modificações das funções normais associadas às HDL, em particular da função anti-oxidante e anti-inflamatória; 4) A atividade biológica dos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes através de um conjunto de experiências in vitro de inibição da atividade da paraoxonase 1 (PON1) e da expressão de moléculas de adesão em culturas de células endoteliais. Para tal foi necessário estabelecer um método de isolamento dos anticorpos. Os anticorpos aHDL isolados do soro de doentes foram utilizados de forma a identificar as potenciais alterações dos sistemas celulares utilizados; 5) O efeito de fármacos usados no tratamento das dislipidemias, em particular o ácido nicotínico e as estatinas, na variação dos títulos de anticorpos aHDL através de ensaios clínicos randomizados, controlados com placebo e em dupla ocultação. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas imunológicas (como por exemplo, enzyme-linked immunoabsorbent assay - ELISA, ensaio imunoturbidimetrico e cromatografia de imuno-afinidade) técnicas bioquímicas (tais como a quantificação de atividade enzimática por espectrofotometria e por luminescência), experiências com cultura de células e citometria de fluxo. Os nossos resultados mostram que: 1) A presença de anticorpos aHDL, e mais especificamente anticorpos contra alguns do seus principais componentes como a apolipoproteína A-I (ApoA-I, principal apolipoproteína presente nas HDL) e a PON1 (o enzima que mais contribui para a propriedade anti-oxidante das HDL), quer em doentes com doenças auto-imunes, como o SLE, quer em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como CAD, IS e diabetes tipo 2. Os doentes apresentaram títulos de anticorpos IgG aHDL, aApoA-I e aPON1 significativamente mais elevados do que controlos saudáveis com a mesma idade e sexo. 2) A correlação positiva estatisticamente significativa entre os títulos de aHDL e aApoA-I e aPON1 sugere que estes sejam dois dos principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL. Os anticorpos encontrados nestes doentes estão associados com a diminuição da atividade da PON1 e a uma redução da capacidade anti-oxidante total (TAC) do soro, um aumento dos biomarcadores de disfunção endotelial (como por exemplo dos metabolitos do óxido nítrico - NO2- e NO3-, as moléculas de adesão vascular e intracelular - VCAM-1 e ICAM-1 e os níveis de 3-nitrotirosina). Nos doentes com SLE os títulos destes estão associados a um aumento do dano cardiovascular e à atividade global da doença avaliados pelas escalas SLICC/ACR DI e BILAG score, respetivamente. Enquanto que nos doentes com diabetes tipo 2 estes anticorpos estão associados com um aumento dos níveis de glicemia em jejum (FGP) e hemoglobina glicada (HbA1c). 3) Após se ter estabelecido um método de isolamento dos anticorpos que permite isolar quantidades significativas de anticorpos do soro de doentes sem perder a sua especificidade, foi identificada a capacidade dos anticorpos isolados do soro de doentes inibirem de uma forma dependente da concentração a atividade da PON1 até um máximo de 70% no caso dos doentes com SLE e ente 7-52% no caso dos anticorpos isolados de doentes com CAD e IS. 4) O efeito anti-inflamatório das HDL na inibição da produção de VCAM-1 induzida por citoquinas (como o TNF-) foi revertido em mais de 80% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 5) A angiogenesis induzida por HDL através do aumento do fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) foi anulada em 65% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 6) Os atuais agentes farmacológicos disponíveis para aumentar as concentrações de HDL-C estão associados a um aumento dos títulos de anticorpos.-------- ABSTRACTAtherosclerosis is the major cause of morbidity and mortality in the western world. It is also responsible, directly or indirectly, for the highest percentage of health costs in most European countries. Despite the use of new technologies for the diagnosis of vascular disease and regardless of the major advances in treatment, the atherosclerosis-related clinical burden is still raising. The “lipid theory” of atherogenesis, which identifies dyslipidemia as the primary cause of this vascular disease has some important practical implications: it allows the definition of simple guidelines and establishes therapeutic targets which can be generally met with current pharmacologic intervention. The association between atherosclerosis an the immune system (the immune concept) has in turn provided new ways of exploring the mechanisms involved in this condition and has opened new perspectives in the understanding of the disease. However, it raises obvious difficulties when it comes to treatment options. Of all the players (biochemical, immunological and anatomical) involved in this matter, high-density lipoproteins (HDL) are currently recognised as one of the most important factors in atherogenesis. This is based on the recognition of HDL's multiple anti-atherogenic properties: anti-oxidant, anti-inflammatory and antithrombotic, as well as its capacity to improve endothelial function. Nowadays, it is widely recognized that the anti-atherogenic functions of HDL go beyond reverse cholesterol transport (RCT), and the importance of HDL is based not just on its ability to reduce atheroma formation but also on its ability to stabilise plaques, therefore preventing their rupture and ultimately thrombosis. Two main set of events have been recognised as fundamental in atherogenesis: one, characterized by lipoprotein metabolism alterations, resulting in pro-inflammatory and pro-oxidative lipoproteins, which interact with the normal cellular elements of the arterial wall leading to atheroma formation; the other, the immune cellular response towards new sets of antigens which lead to the production of pro-inflammatory cytokines. Given to HDL complexity and multiple functions this lipoprotein has became a potential target for an auto-immune response, the consequences of which may explain some of the association identified in epidemiological and clinical studies, though the interaction between the immune system and HDL has never been thoroughly addressed. Therefore, we hypothesized that under oxidative and pro-inflammatory conditions, the increase in the antigen (HDL) would lead to a consequent increase in the production of anti-HDL (aHDL) antibodies be responsible for quantitative and/or qualitative changes of HDL. The concept that these antibodies may contribute either to the long-term evolution of atherosclerosis or to the triggering of clinical events may also explain the heterogeneity found in individual patients and in large cohorts regarding risk factors and clinical outcomes. Moreover this may be a major breakthrough in understanding why therapeutic interventions that increase HDL levels, failed to show the anticipated reduction in vascular risk. The overall aims of this thesis were to identified and characterize the humoral response towards HDL components and to evaluate the possible mechanisms that may contribute to the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL. To achieve this objective we investigated: 1) the presence of aHDL antibodies in patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and in patients with atherosclerosis-related clinical events, such as coronary artery disease (CAD), ischemic stroke (IS) and type 2 diabetes; 2) the association between the titres of aHDL antibodies and different clinical features of these diseases; 3) the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL; 4) the biologic effect of aHDL antibodies isolated from serum of patients on the anti-oxidant and anti-inflammatory properties of HDL; 5) the effect of different pharmacologic treatments for dyslipidemia on the prevalence and activity of aHDL antibodies. The methodologies used in this work included immunologic-related techniques (e.g. enzyme-linked immunoabsorbent assay – ELISA, immunoturbidimetric immunoassay and immunoaffinity chromatography), biochemical techniques (enzymatic assays with quantification by spectrophotometry and luminescence methods), cell culture experiments and flow cytometry. Our results indicate that: 1) The titres of IgG aHDL, anti-apolipoprotein A-I (aApoA-I) and anti-paraoxonase 1 (aPON1) antibodies were higher in patients with SLE, CAD, IS and type 2 diabetes when compared with age and sex matched healthy controls. 2) The antibodies found in these patients were associated with decreased PON1 activity, (the enzyme responsible for most of the anti-oxidant effect of HDL), reduced total anti-oxidant capacity (TAC) of serum and increased biomarkers of endothelial dysfunction (nitric oxide metabolites, adhesion molecules, nitrotyrosine). In patients with SLE the antibody titres were associated with an increase in disease-related cardiovascular damage and activity whereas in patients with type 2 diabetes they were directly related with the fasting glucose plasma (FGP) levels and the glycosylated haemoglobin (HbA1c). 3) The antibodies isolated from serum of our patients, directly inhibited HDL-associated PON1 activity in a dose dependent way ranging from 7 to 52%. 4) The anti-inflammatory effect of HDL, measured by the percentage of inhibition of the cytokine-induced production of vascular adhesion molecules (VCAM-1), was reduced in more than 80% by aHDL antibodies isolated from our patients. 5) The HDL-induced angiogenesis by increasing vascular endothelial growth factor (VEGF) levels was abrogated in 65% by the antibodies isolated from serum of patients. 6) The current available pharmacologic agents for increasing HDL-C concentrations were associated with an increase in the titres of IgG aApoA-I antibodies. This increase was higher in the extended release niacin when compared to statins probably due to their dampening effect on oxidative stress. In conclusion, aHDL antibodies are present in different pathologic conditions. aHDL antibodies represent a family of self-reacting immunoglobulins, of which ApoA-I and PON1 might be the most relevant targets. These antibodies are biologically active, interfering with the HDL anti-oxidant and anti-inflammatory properties and, consequently, with the atherosclerotic process. The pathogenic potential of these antibodies may lead to the identification of a new biomarker for vascular disease, whilst presenting itself as a novel target for a different treatment approach which may redefine the treatment strategies and clinical trials design for HDL interventions in the future.

Preliminary assessment of medicinal plants used as antimalarials in the southeastern Venezuelan Amazon

Eighteen species of medicinal plants used in the treatment of malaria in Bolívar State, Venezuela were recorded and they belonged to Compositae, Meliaceae, Anacardiaceae, Bixaceae, Boraginaceae, Caricaceae, Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Leguminosae, Myrtaceae, Phytolaccaceae, Plantaginaceae, Scrophulariaceae, Solanaceae and Verbenaceae families. Antimalarial plant activities have been linked to a range of compounds including anthroquinones, berberine, flavonoids, limonoids, naphthquinones, sesquiterpenes, quassinoids, indol and quinoline alkaloids.

Spectroscopic characterization of natural dyes by their non-invasive identification on pre-Columbian codices: the Maya yellow

Mesoamerican cultures had a strong tradition of written and pictorial manuscripts, called the codices. In studies already performed it was found the use of Maya Blue, made from a mixture of indigo and a clay called palygorskite, forming an incredibly stable material where the dye is trapped inside the nanotubes of the clay, after heating. However, a bigger challenge lies in the study of the yellows used, for these civilizations might have used this clay-dye mixture to produce their yellow colorants. As a first step, it was possible to provide identification, by non-invasive methods, of two colorants (a flavonoid and a carotenoid). While the flavonoid absorbed between 368-379 nm, the carotenoid would absorb around 455 nm. A temperature study also conducted allowed to set 140ºC as the desirable temperature to heat the samples without degrading them. FT-IR, conventional Raman and SERS allowed us to understand the existence of a reaction between the dyes and the clays (palygorskite and kaolinite), however it is difficult to understand it in a molecular point of view. As a second step, five species of Mexican dyes were selected on the basis of historical sources. The Maya yellow samples were produced adapting the recipe proposed by Reyes-Valerio, supporting the yellow dyes extracted from the dried plants on the clays, with addition of water, and then heated at 140ºC. It was found that the addition of water in palygorskite would increase the pH, hence deprotonating the molecules having a clear negative effect in the color. A second recipe was developed, without the addition of water; however, it was found that the use of water based binders would still alter the color of the samples with palygorskite. In this case, kaolinite without heating yield better results as a Maya yellow hybrid. It was found that the Maya chemistry might not have been the same for all the colors. The Mesoamericans might have found that different dyes could work better to their desires if matched with different clays. It was noticeable that for a clear distinction between flavonoids and carotenoids the reflectance and emission studies suffice, but when clay is added, Raman techniques will perform better. For this reason, conventional Raman and SERS were employed in order to create a database for the Mesoamerican dyestuffs for a future identification.

Novel ready-to-eat mango product using gellan gum as gelling agent: physico-chemical, microbial and sensory characteristics

Este trabalho foi efectuado com o apoio da Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia com o Centro de Engenharia dos Biossistemas (CEER

Design and characterization of novel biopolymeric structure using biocompatible ionic liquids

The main objective of this thesis was the development of polymeric structures from the dissolution of FucoPol, a bacterial exopolysaccharide (EPS), in a biocompatible ionic liquid, choline acetate. The FucoPol was produced by the bacteria Enterobacter A47 using glycerol as carbon source at controlled temperature and pH (30ºC and 7, respectively). At the end of 3 days it was produced 7 g/L of FucoPol. The net yield of Fucopol in glycerol (YP/S) was 0.22 g/g and the maximum productivity 2.37 g/L.d This polymer was characterized about its composition in sugars and acyl groups (by High-Performance Liquid Chromatography - HPLC), containing fucose (35 % mol), galactose (21 % mol), glucose (29 % mol), rhamnose (3% mol) and glucuronic acid (12% mol) as well as acetate (14.28 % mol), pyruvate (2.15 % mol) and succinate (1.80 % mol). Its content of water and ash was 15% p/p and 2% p/p, respectively, and the chemical bonds (determined by Infrared Spectroscopy - FT-IR) are consistent to the literature reports. However, due to limitations in Differential Scanning Calorimetry (DSC) equipment it was not possible to determine the glass transition temperature. In turn, the ionic liquid showed the typical behavior of a Newtonian fluid, glass transition temperature (determined by DSC) -98.03ºC and density 1.1031 g/cm3. The study of chemical bonds by FT-IR showed that amount of water (8.80%) influenced the visualization of the bands predicted to in view of their chemical structure. After the dissolution of the FucoPol in the ionic liquid at different temperatures (50, 60, 80 and 100 ° C) it was promoted the removal of this by the phase inversion method using deionized water as a solvent, followed by drying in an oven at 70 ° C. The mixtures before and after the phase inversion method were characterized through the studies mentioned above. In order to explore possible application field’s biocompatibility assays and collage on balsa wood tests were performed. It was found that the process of washing with water by the phase inversion method was not totally effective in removing the biocompatible ionic liquid, since all FucoPol – IL mixtures still contained ionic liquid in their composition as can be seen by the DSC results and FT-IR. In addition, washing the mixtures with water significantly altered the composition of FucoPol. However, these mixtures, that developed a viscous behavior typical of a non-Newtonian fluid (shear-thinning), have the potential to be applied in the biomedical field as well as biological glues.

The role of α2,3- and α2,6-sialylation

RESUMO: Os glicoconjugados que decoram a superfície celular e os lípidos e proteínas secretados ocupam o ponto de encontro onde normalmente ocorrem interacções críticas homólogas (hospedeiro-hospedeiro) e heterólogas (hospedeiro-patogénio). Apesar de ser largamente aceite que os glicanos são parte integrante do processo de imunidade, continua a não ser claro qual o papel que os glicanos, em toda a sua diversidade, tomam no quadro geral da imunidade. Os glicanos, que são frequentemente terminados por resíduos de ácido siálico, podem ser alterados por factores externos, tais como patogénios, ou por acontecimentos fisiológicos celulares específicos. Normalmente em posição terminal, as glico-estruturas que contêm ácido siálico assumem um papel fundamental numa quantidade substancial de receptores imunes envolvidos na adesividade e tráfico celular, tal como as Selectinas e as Siglecs, das quais se sabe apresentarem uma relevante função imune. À altura do início desta tese, era sabido que os ácidos siálicos expressos à superfície das células poderiam modular mecanismos importantes nas respostas imunes adaptativas. Considerando a posição de charneira que as células dendríticas (DCs) ocupam na transição da resposta imune inata para a adaptativa, antecipámos que os ácidos siálicos poderiam também modular mecanismos relevantes nas DCs humanas. As DCs têm uma função muito relevante na verificação e captura antigénica, migração para os gânglios linfáticos e apresentação antigénica aos linfócitos, uma sequência de funções que conduz, em ultima instância, à indução da resposta inata adaptativa. Considerando estas premissas, a nossa hipótese principal foi que os ácidos siálicos podem influenciar funções relevantes das DCs, tais como captura de antigénios, maturação, migração para os gânglios linfáticos e apresentação antigénica às células Para testar esta hipótese, dividimos o trabalho em quatro partes: 1) Analisámos os glicanos sialilados de superfície, expressos durante a diferenciação de monócitos humanos em DCs (moDCs). Os nossos dados mostraram que a expressão dos glicanos com ligações em O (O-glicanos) e sialilados em α2,3, assim como glicanos com ligações em N (N-glicanos) sialilados em α2,6 e α2,3 aumentou durante o processo de diferenciação das moDCs. Contribuindo para esta nova configuração glicosídica, três sialiltransferases (STs) poderão estar envolvidas: a ST6Gal-1 correlaciona-se com a expressão aumentada de N-glicanos sialilados em α2,6; a ST3Gal-1 contribui para a sialilação em α2,3 de O-glicanos, em especial de antigénios T; e a ST3Gal-4 poderá ser responsável pelo aumento de N-glicanos sialilados em α2,3. Após estímulo e consequente maturação das moDCs, ambos os níveis de expressão génica de ST6Gal-1 e ST3Gal-4 são negativamente modificados sendo, também, que a expressão de ST3Gal-1 varia consoante o estímulo. 2) Estudámos posteriormente as consequências da modulação dos ácidos siálicos de superfície nas funções das DCs. Observámos que a remoção dos ácidos siálicos de superfície diminui significativamente a capacidade de macropinocitose e endocitose mediada por receptores nas moDCs. Em contrapartida, o tratamento com sialidase aumentou significativamente a capacidade das moDCs para fagocitar Escherichia coli. Determinou-se também que este mecanismo requer a existência de ácido siálico presente nas E. coli indicando um mecanismo de interacção hospedeiro-patogénio dependente de ácido siálico em ambas as partes envolvidas. As moDCs tratadas com sialidase também apresentam um nível superior de expressão de moléculas de MHC e moléculas co-estimulatórias, sugerindo um fenótipo celular mais maduro. Recorrendo ao modelo de ratinho, utilizaram-se DCs derivadas de células da medula (BMDCs) de ratinhos deficientes em ST3Gal-1 e ST6Gal-1. Estes ensaios revelaram que quer a endocitose quer a maturação são influenciadas por modificações 37 nos glicanos sialilados em α2,3 ou α2,6. A detecção e quantificação de proteínas Nglicosiladas e sialiladas em α2,6 apontou para um potencial envolvimento de integrinas β2 nestes mecanismos. 3) O efeito da sialilação em α2,6 na migração das DCs para os gânglios linfáticos foi também analisado. Observámos que BMDCs deficientes para ST6Gal-1 apresentam uma redução de cerca de 50% nos níveis de migração das DCs para os gânglios linfáticos, tal como aferido em ensaios de inflamação in situ e estudos de transferência adoptiva de células. Uma redução dos níveis deste tipo de migração foi também observada quando BMDCs nativas foram transferidas para ratinhos receptores deficientes em ST6Gal-1. São, contudo, necessários mais ensaios de forma a identificar as moléculas envolvidas neste processo. 4) Por último, analisámos o impacto da sialilação na estimulação antigénica das DCs às células T. Assim, concluiu-se que moDCs tratadas com sialidase apresentam um nível de expressão superior de IL-12, TNF-ɑ, IL-6 e IL-10, e activação do factor de transcrição nuclear kappa B (NF-κB). As DCs tratadas com sialidase induziram uma maior proliferação nas células T, com expressão correspondente de interferão-γ. Este dado sugere que a remoção de ácidos siálicos de superfície contribui para o desenvolvimento de uma resposta pro-inflamatória do tipo 1 por células T auxiliares (resposta Th1). Considerando estes dados no seu todo, concluímos que o ácido siálico tem um papel marcante nas funções imunes das DCs. Alterações à concentração de ácido siálico à superfície das células podem alterar a endocitose/fagocitose, maturação, migração para os tecidos e gânglios linfáticos e capacidade estimulatória para com as células T. Complementando estes dados, as ligações glicosídicas de ácidos siálicos criados por ST6Gal-1 e ST3Gal-1 são funcionalmente relevantes. A modulação programada da sialilação do glicocálice, mediada por sialidases individuais ou sialiltransferases é uma possibilidade aceitável para a melhoria da fagocitose por DCs e da sua potência imunológica. Este facto tem um significado particular para imunoterapias baseadas em DCs, podendo provar-se decisivo para a sua eficiência e aplicabilidade num futuro muito próximo.-------------------------------ABSTRACT: Glycans decorating cell surface and secreted proteins and lipids occupy the junction where critical host–host and host-pathogen interactions occur. In spite of the wide acceptance that glycans are centrally implicated in immunity, exactly how glycans and their variety and variability contribute to the overall immune response remains poorly defined. Glycans, frequently terminated by sialic acid residues, may be modified by external factors such as pathogens or upon specific physiological cellular events. The terminal, privileged positions of sialic acid-modified structures makes them key, fundamental determinants for a number of immune receptors with known involvement in cellular adhesiveness and cell trafficking, such as Selectins and Siglecs, with known relevant immune functions. At the time this thesis was initiated, it was established that sialic acids expressed at cell surface could modulate important mechanisms of the adaptive immune responses. Given the key role of dendritic cells (DCs) in the transition from innate to the adaptive immune responses, we anticipated that sialic acids could also modulate important mechanisms of human DCs. DCs have a relevant role in antigen screening and uptake, migration to lymph nodes and antigen presentation to lymphocytes, ultimately triggering the adaptive immune response. Therefore, our primary hypothesis was that sialic acids may modulate DC functions, such as antigen uptake, maturation, homing to lymph nodes and antigen presentation to T cells. To test this hypothesis, we divided our work in four parts. 1) Surface sialylated glycans expressed during differentiation from human monocytes to DCs (moDCs) were analyzed. Our data showed that α2,3-sialylated O-glycans and α2,6- and α2,3-sialylated N-glycans expression increased during moDC differentiation. Three main sialyltransferases (STs) are committed with this new glycan configuration: ST6Gal- 1 correlates with the increased expression of α2,6-sialylated N-glycans; ST3Gal-1 32 contributes for the α2,3-sialylation of O-glycans, especially T antigens; and ST3Gal-4 may contribute for the increased α2,3-sialylated N-glycans. Upon moDC maturation, ST6Gal-1 and ST3Gal-4 are downregulated and ST3Gal-1 is altered in a stimulus dependent manner. 2) We subsequently analyzed the consequences of the modulation of cell surface sialic acids in DC functions. We observed that removing surface sialic acid by sialidase significantly decreased the capacity of moDCs to micropinocytose and receptormediated endocytose. In contrast, treatment with a sialidase significantly improved the capacity of moDCs to phagocytose Escherichia coli. The improved phagocytosis mechanism required E. coli sialic acids, indicating a mechanism of host–pathogen interaction dependent on sialic acid moieties. Sialidase-treated moDCs have increased expression of MHC and co-stimulatory molecules, suggesting a more mature phenotype. Experiments using mouse bone marrow-derived DCs (BMDCs) from ST3Gal-1-/- and ST6Gal-1-/- strains indicated that endocytosis and maturation are influenced by changes in either α2,3 or α2,6-sialylated glycans. The analysis of α2,6-sialylated, N-glycosylated proteins, strongly suggested the potential involvement of β2 integrins, underlying these mechanisms. 3) The effect of α2,6-sialylation in DC homing to lymph nodes was also analyzed. We observed that BMDCs deficient for ST6Gal-1 have an almost 50% reduction in DC homing, as assayed by in situ inflammation and adoptive transfer studies. A reduction in DC homing was also observed when wild type BMDCs were transferred into ST6Gal-1-/- recipient mice. Further investigations are necessary to identify the molecules involved in this process. 4) Finally, we also analyzed the impact of sialylation on DCs ability to prime T cells. Sialidase-treated moDCs show increased gene expression of IL-12, TNF-α, IL-6 and IL- 10 cytokines, and activation of the transcription factor nuclear factor-κB. Sialidase33 treated DCs induced a higher proliferative response of T cells with concomitant higher expression of interferon-γ, suggesting that the clearance of cell surface sialic acids contributes to the development of a T helper type 1 proinflammatory response. Together, our data strongly support sialic acid’s relevance in DC immune functions. Alterations of cell surface sialic acid content can alter the endocytosis/phagocytosis, maturation, migration/homing and the ability for T cell priming in human DCs. Moreover, sialic acid linkages created by ST6Gal-1 and ST3Gal-1 are functionally relevant. The engineering of cell surface sialylation, mediated by individual sialidases or sialyltransferases is a likely possibility to fine tune DC phagocytosis and immunological potency, with particular significance to DC-based therapies.

Acellular Gellan-gum based bilayered structures for the regeneration of osteochondral defects: a preclinical study

 In orthopaedics, the management and treatment of osteochondral (OC) defects remains an ongoing clinical challenge. Autologous osteochondral mosaicplasty has been used as a valid option for OC treatments although donor site morbidity remains a source of concern [1]. Engineering a whole structure capable of mimicking different tissues (cartilage and subchondral bone) in an integrated manner could be a possible approach to regenerate OC defects. In our group we have been proposing the use of bilayered structures to regenerate osteochondral defects [2,3]. The present study aims to investigate the pre-clinical performance of bilayered hydrogels and spongy-like hydrogels in in vivo  models (mice and rabbit, respectively), in both subcutaneous and orthotopic models. The bilayered structures were produced from Low Acyl Gellan Gum (LAGG) from Sigma-Aldrich, USA. Cartilage-like layers were obtained from a 2wt% LAGG solution. The bone-like layers were made of 2wt% LAGG with incorporation of hydroxyapatite at 20% and 30% (w/v). Hydrogels and spongy-like were subcutaneouly implanted in mice to evaluate the inflammatory response. Then, OC defects were induced in rabbit knee to create a critical size defect (4 mm diameter and 5 mm depth), and then hydrogels and sponges implanted. Both structures followed different processing methods. The hydrogels were injected allowing in situ  crosslinking. Unlike, the spongy-like were pre-formed by freeze-drying. The studies concerning subcutaneous implantation and critical size OC defect were performed for 2 and 4 weeks time, respectively. Cellular behavior and inflammatory responses were assessed by means of histology staining and biochemical function and matrix deposition by immunohistochemistry. Additionally, both OC structures stability and new cartilage and bone formation were evaluated by using vivo- computed tomography (Scanco 80). The results showed no acute inflammatory response for both approaches. New tissue formation and integration in the adjacent tissues were also observed, which present different characteristic behaviors when comparing hydrogels and sponges response. As future insights, a novel strategy for regeneration of OC defects can be designed encompassing both, hydrogels and spongy-like structures and cellular approaches. References: 1. Espregueira-Mendes J. et al. Osteochondral transplantation using autografts from the upper tibio-fibular joint for the treatment of knee cartilage lesions. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy 20,1136, 2012. 2. Oliveira JM. et al, Novel hydroxyapatite/chitosan bilayered scaffold for osteochondral tissue-engineering applications: Scaffold design and its performance when seeded with goat bone marrow stromal cells. Biomaterials 27, 6123, 2006. 3. Pereira D R. et al. Gellan Gum-Based Hydrogel Bilayered Scaffolds for Osteochondral Tissue Engineering. Key Engineering Materials 587, 255, 2013.

Engineering of fatty acid production and secretion in Saccharomyces cerevisiae

Tese de Doutoramento em Ciências - Especialidade em Biologia