High sensitivity biosensors based on shear mode AIN resonators for in liquid operation

El diagnóstico y detección temprana de enfermedades son clave para reducir la tasa de mortalidad, las hospitalizaciones de larga duración y el desaprovechamiento de recursos. En los últimos años se ha impulsado, mediante un aumento de la financiación, el desarrollo de nuevos biosensores de bajo coste capaces de detectar y cuantificar cantidades muy pequeñas de especies biológicas de una forma barata y sencilla. El trabajo presentado en esta Tesis Doctoral describe la investigación llevada a cabo en el desarrollo de sensores gravimétricos basados en resonadores de ondas acústicas de volumen (BAW) de estructura maciza (SMR). Los dispositivos emplean películas delgadas de A1N como material piezoeléctrico y operan en modo de cizalladura, para así poder detectar especies biológicas en medio líquido. El principio de funcionamiento de estos sensores se basa en la variación que experimenta la frecuencia de resonancia al quedar una pequeña masa adherida a su superficie. Necesitan operar en modo de cizalladura para que su resonancia no se atenúe al trabajar en medio líquido, así como ofrecer una superficie capaz de ser funcionalizada específicamente para la especie biológica a detectar. El reto planteado en esta tesis requiere un acercamiento pluridisciplinar al problema que incluye el estudio de los diferentes materiales que constituyen la estructura multicapa que forma un SMR, el diseño y fabricación del dispositivo y del sistema de fluídica, la funcionalización bioquímica de la superficie del sensor, la demostración de la capacidad de detección de especies biológicas y finalmente el diseño y fabricación de la electrónica asociada para la detección de la señal eléctrica. Todas esas tareas han sido abordadas en las distintas etapas del desarrollo de esta tesis y las contribuciones más relevantes se describen en el documento. En el campo de desarrollo de los materiales, se propone un proceso en dos etapas para la pulverización reactiva de capas de A1N que contengan microcristales inclinados capaces de excitar el modo de cizalladura. Se caracteriza la velocidad acústica del modo de cizalladura en todos los materiales que componen la estructura, con el fin de poder obtener un diseño más adecuado del reflector acústico. Se propone un nuevo tipo de material aislante de alta impedancia acústica consistente en capas de W03 pulverizadas que presenta ciertas ventajas tecnológicas frente a las capas convencionales de Ta205. Respecto del diseño del transductor, se estudia la influencia que tienen los con tactos eléctricos extendidos del resonador necesarios para poder adaptar el sistema de fluídica a la estructura. Los resultados indican que es necesario trabajar sobre sustratos aislantes (tanto el soporte como el espejo acústico) para evitar efectos parásitos asociados al uso de capas metálicas bajo los electrodos del resonador que dañan su resonancia. Se analiza la influencia de las diferentes capas del dispositivo en el coeficiente de temperatura de la frecuencia (TCF) del resonador llegando a la conclusión de que las dos últimas capas del reflector acústico afectan significativamente al TCF del SMR, pudiendo reducirse ajusfando adecuadamente sus espesores. De acuerdo con los resultados de estos estudios, se han diseñado finalmente resonadores SMR operando a f .3 GHz en modo de cizalladura, con un área activa de 65000 /xm2, contactos eléctricos que se extienden f .7 mm y factores de calidad en líquido de f 50. Las extensiones eléctricas permiten adaptar el resonador a un sistema de fluídica de metacrilato. Para la detección de especies biológicas se realiza un montaje experimental que permite circular 800 ¡A por la superficie del sensor a través de un circuito cerrado que trabaja a volumen constante. La circulación de soluciones iónicas sobre el sensor descubierto pone de manifiesto que las altas frecuencias de operación previenen los cortocircuitos y por tanto el aislamiento de los electrodos es prescindible. Se desarrolla un protocolo ad-hoc de funcionalización basado en el proceso estándar APTESGlutaraldehído. Se proponen dos alternativas novedosas para la funcionalización de las áreas activas del sensor basadas en el uso de capas de oxidación de Ir02 y su activación a través de un plasma de oxígeno que no daña al dispositivo. Ambos procesos contribuyen a simplificar notablemente la funcionalización de los sensores gravimétricos. Se utilizan anticuerpos y aptámeros como receptores para detectar trombina, anticuerpo monoclonal IgG de ratón y bacteria sonicadas. Una calibración preliminar del sensor con depósitos de capas finas de Si02 de densidad y espesor conocidos permite obtener una sensibilidad de 1800 kHz/pg-cm2 y un límite de detección of 4.2 pg. Finalmente se propone el prototipo de un circuito electrónico de excitación y lectura de bajo coste diseñado empleando teoría de circuitos de microondas. Aunque su diseño y funcionamiento admite mejoras, constituye la última etapa de un sistema completo de bajo coste para el diagnóstico de especies biológicas basado en resonadores SMR de A1N. ABSTRACT Early diagnosis and detection of diseases are essential for reducing mortality rate and preventing long-term hospitalization and waste of resources. These requirements have boosted the efforts and funding on the research of accurate and reliable means for detection and quantification of biological species, also known as biosensors. The work presented in this thesis describes the development and fabrication of gravimetric biosensors based on piezoelectric AlN bulk acoustic wave (BAW) solidly mounted resonators (SMRs) for detection of biological species in liquid media. These type of devices base their sensing principles in the variation that their resonant frequency suffers when a mass is attached to their surface. They need to operate in the shear mode to maintain a strong resonance in liquid and an adequate functionalisation of their sensing area to guarantee that only the targeted molecules cause the shift. The challenges that need to be overcome to achieve piezoelectric BAW resonators for high sensitivity detection in fluids require a multidisciplinary approach, that include the study of the materials involved, the design of the device and the fluidic system, the biochemical functionalisation of the active area, the experimental proof-of-concept with different target species and the design of an electronic readout circuit. All this tasks have been tackled at different stages of the thesis and the relevant contributions are described in the document. In the field of materials, a two-stage sputtering deposition process has been developed to obtain good-quality AlN films with uniformly tilted grains required to excite the shear mode. The shear acoustic velocities of the materials composing the acoustic reflector have been accurately studied to ensure an optimum design of the reflector stack. WO3 sputtered films have been proposed as high acoustic impedance material for insulating acoustic reflectors. They display several technological advantages for the processing of the resonators. Regarding the design, a study of the influence of the electrical extensions necessary to fit a fluidic system on the performance of the devices has been performed. The results indicate that high resistivity substrates and insulating reflectors are necessary to avoid the hindering of the resonance due to the parasitic effects induced by the extensions. The influence of the different layers of the stack on the resultant TCF of the SMRs has also been investigated. The two layers of the reflector closer to the piezoelectric layer have a significant influence on the TCF, which can be reduced by modifying their thicknesses accordingly. The data provided by these studies has led to the final design of the devices, which operate at 1.3 GHz in the shear mode and display an active area of 65000 /xm2 and electrical extensions of 1.7 mm while keeping a Qahear=150 in liquid. The extensions enable to fit a custom-made fluidic system made of methacrylate. To perform the biosensing experiments, an experimental setup with a liquid closed circuit operating at constant flow has been developed. Buffers of ionic characteristics have been tested on non-isolated devices, revealing that high operation frequencies prevent the risk of short circuit. An ad-hoc functionalisation protocol based on the standard APTES - Glutaraldehyde process has been developed. It includes two new processes that simplify the fabrication of the transducers: the use of IrO2 as oxidation layer and its functionalisation through an O2 plasma treatment that does not damage the resonators. Both antibodies and aptamers are used as receptors. In liquid sensing proof-of-concept experiments with thrombin, IgG mouse monoclonal antibody and sonicated bacteria have been displayed. A preliminary calibration of the devices using SiO2 layers reveals a sensitivity of 1800 kHz/pg-cm2 and a limit of detection of 4.2 pg. Finally, a first prototype of a low-cost electronic readout circuit designed using a standard microwave approach has been developed. Although its performance can be significantly improved, it is an effective first approach to the final stage of a portable low-cost diagnostic system based on shear mode AlN SMRs.

Sistemas de ayuda al diagnóstico y a la terapia funcional en enfermedades neurodegenerativas

El incremento de la esperanza de vida en los países desarrollados (más de 80 años en 2013), está suponiendo un crecimiento considerable en la incidencia y prevalencia de enfermedades discapacitantes, que si bien pueden aparecer a edades tempranas, son más frecuentes en la tercera edad, o en sus inmediaciones. Enfermedades neuro-degenerativas que suponen un gran hándicap funcional, pues algunas de ellas están asociadas a movimientos involuntarios de determinadas partes del cuerpo, sobre todo de las extremidades. Tareas cotidianas como la ingesta de alimento, vestirse, escribir, interactuar con el ordenador, etc… pueden llegar a ser grandes retos para las personas que las padecen. El diagnóstico precoz y certero resulta fundamental para la prescripción de la terapia o tratamiento óptimo. Teniendo en cuenta incluso que en muchos casos, por desgracia la mayoría, sólo se puede actuar para mitigar los síntomas, y no para sanarlos, al menos de momento. Aun así, acertar de manera temprana en el diagnóstico supone proporcionar al enfermo una mayor calidad de vida durante mucho más tiempo, por lo cual el esfuerzo merece, y mucho, la pena. Los enfermos de Párkinson y de temblor esencial suponen un porcentaje importante de la casuística clínica en los trastornos del movimiento que impiden llevar una vida normal, que producen una discapacidad física y una no menos importante exclusión social. Las vías de tratamiento son dispares de ahí que sea crítico acertar en el diagnóstico lo antes posible. Hasta la actualidad, los profesionales y expertos en medicina, utilizan unas escalas cualitativas para diferenciar la patología y su grado de afectación. Dichas escalas también se utilizan para efectuar un seguimiento clínico y registrar la historia del paciente. En esta tesis se propone una serie de métodos de análisis y de identificación/clasificación de los tipos de temblor asociados a la enfermedad de Párkinson y el temblor esencial. Empleando técnicas de inteligencia artificial basadas en clasificadores inteligentes: redes neuronales (MLP y LVQ) y máquinas de soporte vectorial (SVM), a partir del desarrollo e implantación de un sistema para la medida y análisis objetiva del temblor: DIMETER. Dicho sistema además de ser una herramienta eficaz para la ayuda al diagnóstico, presenta también las capacidades necesarias para proporcionar un seguimiento riguroso y fiable de la evolución de cada paciente. ABSTRACT The increase in life expectancy in developed countries in more than 80 years (data belongs to 2013), is assuming considerable growth in the incidence and prevalence of disabling diseases. Although they may appear at an early age, they are more common in the elderly ages or in its vicinity. Nuero-degenerative diseases that are a major functional handicap, as some of them are associated with involuntary movements of certain body parts, especially of the limbs. Everyday tasks such as food intake, dressing, writing, interact with the computer, etc ... can become large debris for people who suffer. Early and accurate diagnosis is crucial for prescribing optimal therapy or treatment. Even taking into account that in many cases, unfortunately the majority, can only act to mitigate the symptoms, not to cure them, at least for now. Nevertheless, early diagnosis may provide the patient a better quality of life for much longer time, so the effort is worth, and much, grief. Sufferers of Parkinson's and essential tremor represent a significant percentage of clinical casuistry in movement disorders that prevent a normal life, leading to physical disability and not least social exclusion. There are various treatment methods, which makes it necessary the immediate diagnosis. Up to date, professionals and medical experts, use a qualitative scale to differentiate the disease and degree of involvement. Therefore, those scales are used in clinical follow-up. In this thesis, several methods of analysis and identification / classification of types of tremor associated with Parkinson's disease and essential tremor are proposed. Using artificial intelligence techniques based on intelligent classification: neural networks (MLP and LVQ) and support vector machines (SVM), starting from the development and implementation of a system for measuring and objective analysis of the tremor: DIMETER. This system besides being an effective tool to aid diagnosis, it also has the necessary capabilities to provide a rigorous and reliable monitoring of the evolution of each patient.

Wheat allergy in celiac children

Gluten is the main structural protein complex of wheat with equivalent toxic proteins found in other cereals (rye, barley, and oats) which are responsible for different immunologic responses with different clinical expressions of disease. The spectrum of gluten-related disorders has been classified according to pathogenic, clinical, and epidemiological differences in three main forms: (i) wheat allergy (WA), an IgE-mediated disease; (ii) autoimmune disease, including celiac disease (CD), dermatitis herpetiformis, and gluten ataxia; and (iii) possibly immune-mediated, gluten sensitivity [1]. WA is an immunologic Th2 response with typical manifestations which can vary from dermatological, respiratory, and/or intestinal to anaphylactic reactions. In contrast, CD is an autoimmune disorder, a gliadin-specific T-cell response which is enhanced by the action of intestinal tissue transglutaminase (tTG), with a wide clinical spectrum including symptomatic cases with either intestinal (e.g., chronic diarrhea, weight loss) or extraintestinal features (e.g., anemia, osteoporosis, neurologic disturbances) and silent forms that are occasionally discovered as a result of serological screening [1]. We studied wheat allergy in two children with early diagnosis of CD, who developed immediate allergic symptoms after eating small amounts of wheat flour.

Expression of the fructose transporter GLUT5 in human breast cancer.

The primary metabolic characteristic of malignant cells is an increased uptake of glucose and its anaerobic metabolism. We studied the expression and function of the glucose transporters in human breast cancer cell lines and analyzed their expression in normal and neoplastic primary human breast tissue. Hexose uptake assays and immunoblotting experiments revealed that the breast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-468 express the glucose transporters GLUT1 and GLUT2, isoforms expressed in both normal and neoplastic breast tissue. We also found that the breast cancer cell lines transport fructose and express the fructose transporter GLUT5. Immunolocalization studies revealed that GLUT5 is highly expressed in vivo in human breast cancer but is absent in normal human breast tissue. These findings indicate that human breast cancer cells have a specialized capacity to transport fructose, a metabolic substrate believed to be used by few human tissues. Identification of a high-affinity fructose transporter on human breast cancer cells opens opportunities to develop novel strategies for early diagnosis and treatment of breast cancer.

Biomarcatori per il monitoraggio biologico di soggetti esposti ad agenti cancerogeni per il polmone

Riassunto I biomarcatori o “marcatori biologici” svolgono un ruolo fondamentale nel monitoraggio biologico. In questo lavoro ci siamo soffermati sullo studio di biomarcatori di effetto e di esposizione a xenobiotici ambientali. Nel primo caso abbiamo valutato i micro RNA (miRNA) da utilizzare per la diagnosi precoce del tumore al polmone in matrici di facile accesso, quale il CAE e il plasma, utilizzando il miRNA-21, oncogeno, e il miRNA-486, oncosoppressore. I risultati evidenziano una loro capacità di distinguere correttamente i soggetti con tumore polmonare dai soggetti sani, ipotizzando un loro utilizzo a scopo diagnostico. Nella seconda parte del lavoro di tesi sono stati studiati i biomarcatori di esposizione a benzene per valutare gli effetti dell’esposizione a concentrazioni ambientali su bambini residenti in città e a diverso livello di urbanizzazione. Lo studio ha evidenziato una correlazione dose-effetto fra le concentrazioni di benzene e dei suoi metaboliti urinari e un danno ossidativo a livello degli acidi nucleici. Tuttavia, le concentrazioni di benzene urinario non sono influenzate dal grado di industrializzazione, a differenza dell’S-PMA e degli indicatori di stress ossidativo (8-oxodGuo e 8-oxoGuo) che sembrano risentire sia della residenza che del momento del campionamento. Infine abbiamo ricercato possibili biomarcatori di esposizione a vinilcicloesene (VCH), sottoprodotto industriale nella polimerizzazione del 1,3-butadiene, poiché non sono ancora stati proposti BEI di riferimento nonostante i bassi valori di TLV-TWA (0.1 ppm) proposti dall’ACGIH. Nella prima fase del lavoro abbiamo studiato i meccanismi di tossicità del VCH tramite modelli in vitro, testando varie linee cellulari. I risultati evidenziano come la dose reale di VCH sia di molto inferiore a quella nominale per effetto dell’evaporazione. Inoltre, nelle linee cellulari più sensibili si sono evidenziati effetti citostatici, con alterazioni del ciclo cellulare, a differenza dell’esposizione agli epossidi del VCH, il VCD e l’1,2-VCHME, che determinano lisi cellulare con IC50 di 3 ordini di grandezza inferiori a quelli del VCH. La quantificazione dei metaboliti di I fase e di II fase del VCH nelle linee cellulari epatiche ha evidenziato concentrazioni di circa 1000 volte inferiori a quelle del VCH confermando come la sua tossicità sia principalmente dovuta alla produzione degli intermedi epossidici. La trasformazione nei metaboliti di II fase conferma inoltre l’effetto detossificante del metabolismo. La trasferibilità dei risultati ottenuti in vitro su sistemi in vivo fornirà le basi per poter identificare possibili metaboliti da proporre per il monitoraggio biologico di lavoratori esposti a VCH. PAROLE CHIAVE: biomarcatori di effetto e di esposizione, tumore al polmone, miRNA, benzene, vinilcicloesene.

Utilità e limiti della diagnosi di patologie polmonari e pleuriche asbesto-correlate

L’apparato respiratorio rappresenta il bersaglio di numerose sostanze tossiche aerodisperse che rivestono un ruolo chiave nella patogenesi della maggior parte delle patologie polmonari e pleuriche, sia benigne che maligne. Nonostante per alcune di esse siano noti specifici fattori di rischio, le sole attività di prevenzione primaria non sono sufficienti a limitarne la diffusione. Si rende quindi necessario attuare adeguate misure di prevenzione secondaria per la diagnosi di malattie potenzialmente curabili allo stadio iniziale, in modo da aumentare l’efficacia dei trattamenti terapeutici e le possibilità di guarigione. Un approccio non invasivo per lo studio dei meccanismi fisiopatologici alla base delle patologie polmonari e pleuriche potrebbe essere effettuato anche con nuove metodiche (es. naso elettronico), al fine di identificare e validare nuovi biomarcatori per un più specifico approccio diagnostico. Il lavoro scientifico ha riguardato inizialmente l’identificazione di un indicatore o di un gruppo di indicatori dotati di potere diagnostico sufficientemente elevato per poter discriminare precocemente, nell’ambito di soggetti con pregressa esposizone ad asbesto, patologie benigne, sia polmonari che pleuriche, da patologie maligne. Successivamente l’attenzione è stata rivolta alla diagnosi precoce di patologie neoplastiche a carico del solo parenchima polmonare, valutando il potere discriminante di un pattern di composti organici volatili (VOCs, tra cui pentano, 2-metilpentano, esano, etilbenzene, eptanale e trans-2-nonenale) raccolti con metodiche non invasive e dotati di potere diagnostico tale da discriminare patologie benigne da patologie maligne potenzialmente curabili in soggetti ad alto rischio di sviluppare cancro del polmone. Infine abbiamo tentato di ottimizzare i parametri di impostazione e raccolta di un nuovo strumento: il naso elettronico. Su di esso esistono alcuni lavori in letteratura in cui ne vengono descritte le potenzialità in ambito diagnostico per il riconoscimento di specifici pattern suggestivi di patologie polmonari, sia flogistiche (TBC, BPCO) che neoplastiche (mesotelioma, NSCLC). Purtroppo nessuno di questi lavori definisce le condizioni ottimali di utilizzo, i limiti dello strumento e le interferenze di fattori ambientali e soggettivi riguardo al segnale elaborato. Il lavoro si è concentrato soprattutto sull’indagine delle condizioni ottimali di utilizzo e sull’eventuale condizionamento del segnale da parte di determinate variabili ambientali (es. umidità) o individuali (es. fumo, cibo, alcol).

Análise comparativa das alterações periapicais diagnosticadas pela técnica radiográfica do paralelismo e pelo mapeamento tomográfico cintilográfico (com e sem blindador de raios gama)

O diagnóstico precoce de focos de infecção dentários é de fundamental importância para prevenir a ocorrência de maiores injúrias locais ou sistêmicas. Dentre os diversos métodos utilizados para complementar os achados radiológicos das alterações dentoalveolares surge uma alternativa: a cintilografia tomográfica (SPECT/CT), que permite a fusão de achados morfológicos com alterações metabólicas. Com o objetivo de estabelecer o diagnóstico precoce e acurado de processos infecciosos dentários, foram estudadas 320 áreas dentárias em mandíbula e maxila em (10 pacientes de ambos os sexos selecionados por meio de exames clínicos e radiológicos convencionais, seguidos de cintilografia tomográfica com e sem aparato blindador de raios gama. Os exames cintilográficos foram realizados no Serviço de Medicina Nuclear do Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Para isso, foi administrado para cada paciente o radiofármaco tecnécio 99- metilenodifosfonato (99mTc-MDP) via endovenosa com a dose de 37mBq/3Kg de peso corporal do paciente. Após o período de acúmulo de três horas, foi realizado o protocolo de aquisição de imagens. Todas as imagens foram analisadas por um médico nuclear e um endodontista, com experiência em cintilografia tomográfica. O resultado obtido por meio do exame radiográfico intrabucal pela técnica periapical digital mostraram 6 imagens positivas, em um total de 1,87% da amostra; exame do mapeamento cintilográfico dos ossos da face com a utilização do blindador de raios gâma revelou 9 imagens positivas, correspondendo a 2,81% do total de áreas estudadas, havendo diferença estatisticamente significante ao nível de 95% pelo teste qui-quadrado. Pode-se concluir que o SPECT/CT permitiu identificar as alterações periapicais em maior número quando comparadas ao exame radiográfico periapical e ao mapeamento cintilográfico dos ossos da face com a utilização do blindador de raios gama; o exame de SPCET/CT além de mostrar imagens mais detalhadas, permitiu também localizar com exatidão as áreas alteradas.

Detecção de DNA de HPV no plasma para potencial identificação precoce de recidiva de câncer do colo de útero

O câncer do colo do útero constitui a terceira neoplasia maligna mais comum na população feminina, com aproximadamente 520 mil novos casos e 260 mil óbitos por ano e origina-se a partir da infecção genital persistente pelo Papiloma Vírus Humano (HPV) oncogênico. Os principais HPVs considerados de alto risco oncogênico são os tipos HPV-16 e 18, responsáveis por cerca de 70% de todos os casos de cânceres cervicais (CC) no mundo. Pacientes com CC apresentam taxa de recidiva variando de 8% a 49%. Dentro de dois anos de seguimento, 62% a 89% das recidivas são detectadas. Atualmente, os testes usados para detecção de recidiva são a citopatologia da cúpula vaginal e exames de imagem, porém ainda não estão disponíveis testes específicos. O DNA livre-circulante (cf-DNA) representa um biomarcador não-invasivo facilmente obtido no plasma e soro. Vários estudos mostram ser possível detectar e quantificar ácidos nucléicos no plasma de pacientes com câncer e que as alterações no cfDNA potencialmente refletem mudanças que ocorrem durante a tumorigênese. Essa ferramenta diagnóstica não-invasiva pode ser útil no rastreio, prognóstico e monitoramento da resposta ao tratamento do câncer. Portanto, o desenvolvimento e a padronização de testes laboratoriais não invasivos capazes de identificar marcadores tumorais e diagnosticar precocemente a recidiva da doença aumentam a chance de cura através da utilização dos tratamentos preconizados. Sendo assim, este estudo tem o objetivo de detectar o DNA de HPV no plasma de pacientes com CC para avaliar sua potencial utilidade como marcador precoce de recidiva. Um fragmento de tumor e sangue de pacientes com CC, atendidas no ICESP e HC de Barretos, foram coletados antes do tratamento. Entraram no estudo 137 pacientes nas quais o tumor foi positivo para HPV-16 ou 18, sendo 120 amostras positivas para HPV-16 (87,6%), 12 positivas para HPV-18 (8,8%) e cinco positivas para HPV-16 e 18 (3,6%). A média de idade das pacientes deste estudo foi de 52,5 anos. Plasma de 131 pacientes com CC da data do diagnóstico e de 110 pacientes do seguimento foram submetidas ao PCR em Tempo Real HPV tipo específico. A presença do DNA de HPV no plasma pré-tratamento foi observada em 58,8% (77/131) com carga viral variando de 204 cópias/mL a 2.500.000 cópias/mL. A positividade de DNA no plasma pré-tratamento aumentou com o estadio clínico do tumor: I - 45,2%, II - 52,5%, III - 80,0% e IV - 76,9%, (p=0,0189). A presença do DNA de HPV no plasma pós-tratamento foi observada em 27,3% (30/110). A média de tempo das recidivas foi de 3,1 anos (2,7 - 3,5 anos). O DNA de HPV foi positivo até 460 dias antes do diagnóstico clínico da recidiva. As pacientes com DNA de HPV no plasma apresentaram pior prognóstico, tanto sobrevida como o tempo livre de doença, em relação às que foram negativas. Nas pacientes com CC a presença de HPV no plasma de seguimento pode ser um marcador precoce útil para o monitoramento da resposta terapêutica e detecção de pacientes com risco aumentado de recidiva e progressão da doença.

Infrared microspectroscopy of inflammatory process and colon tumors.

According to the last global burden of disease published by the World Health Organization, tumors were the third leading cause of death worldwide in 2004. Among the different types of tumors, colorectal cancer ranks as the fourth most lethal. To date, tumor diagnosis is based mainly on the identification of morphological changes in tissues. Considering that these changes appears after many biochemical reactions, the development of vibrational techniques may contribute to the early detection of tumors, since they are able to detect such reactions. The present study aimed to develop a methodology based on infrared microspectroscopy to characterize colon samples, providing complementary information to the pathologist and facilitating the early diagnosis of tumors. The study groups were composed by human colon samples obtained from paraffin-embedded biopsies. The groups are divided in normal (n=20), inflammation (n=17) and tumor (n=18). Two adjacent slices were acquired from each block. The first one was subjected to chemical dewaxing and H&E staining. The infrared imaging was performed on the second slice, which was not dewaxed or stained. A computational preprocessing methodology was employed to identify the paraffin in the images and to perform spectral baseline correction. Such methodology was adapted to include two types of spectral quality control. Afterwards the preprocessing step, spectra belonging to the same image were analyzed and grouped according to their biochemical similarities. One pathologist associated each obtained group with some histological structure based on the H&E stained slice. Such analysis highlighted the biochemical differences between the three studied groups. Results showed that severe inflammation presents biochemical features similar to the tumors ones, indicating that tumors can develop from inflammatory process. A spectral database was constructed containing the biochemical information identified in the previous step. Spectra obtained from new samples were confronted with the database information, leading to their classification into one of the three groups: normal, inflammation or tumor. Internal and external validation were performed based on the classification sensitivity, specificity and accuracy. Comparison between the classification results and H&E stained sections revealed some discrepancies. Some regions histologically normal were identified as inflammation by the classification algorithm. Similarly, some regions presenting inflammatory lesions in the stained section were classified into the tumor group. Such differences were considered as misclassification, but they may actually evidence that biochemical changes are in course in the analyzed sample. In the latter case, the method developed throughout this thesis would have proved able to identify early stages of inflammatory and tumor lesions. It is necessary to perform additional experiments to elucidate this discrepancy between the classification results and the morphological features. One solution would be the use of immunohistochemistry techniques with specific markers for tumor and inflammation. Another option includes the recovering of the medical records of patients who participated in this study in order to check, in later times to the biopsy collection, whether they actually developed the lesions supposedly detected in this research.

Tumores indutores de osteomalácia: diagnóstico, caracterização tumoral e avaliação evolutiva em longo prazo de nove pacientes

INTRODUÇÃO: Tumores indutores de osteomalácia (TIOs) são raros, geralmente apresentam origem mesenquimal, têm produção excessiva de fosfatoninas sendo a mais comum o FGF23 (Fibroblast Growth Factor 23) que, em níveis elevados, provoca osteomalácia hipofosfatêmica. A cura dos TIOs envolve a remoção completa do tumor, o que torna essencial sua localização. OBJETIVOS: (1) caracterizar nove pacientes com TIO ao diagnóstico e avaliá-los evolutivamente em longo prazo; (2) avaliar a eficácia da cintilografia com Octreotida (Octreoscan®) e a da cintilografia de corpo inteiro com Mibi (MIBI) na detecção dos TIOs. MÉTODOS: O acompanhamento dos pacientes consistiu na avaliação clínica, na avaliação laboratorial com ênfase no metabolismo ósseo e na realização de exames de imagem para caracterização das deformidades esqueléticas. Para a localização dos TIOs, os pacientes foram submetidos a exames de Octreoscan®, MIBI, ressonância magnética (RM) e tomografia computadorizada (TC). RESULTADOS: O período de observação dos pacientes variou de dois a 25 anos. Ao diagnóstico, todos exibiam fraqueza muscular, dores ósseas e fraturas de fragilidade. Em relação à avaliação laboratorial, apresentavam: hipofosfatemia com taxa de reabsorção tubular de fosfato reduzida, fosfatase alcalina aumentada e níveis elevados de FGF23. O Octreoscan® permitiu a identificação dos TIOs nos nove pacientes e o MIBI possibilitou a localização dos TIOs em seis pacientes, sendo que ambos os exames foram concordantes entre si e com os exames topográficos (RM ou TC). Os achados histopatológicos das lesões dos nove pacientes confirmaram tratar-se de oito tumores mesenquimais fosfatúricos (PMTs) benignos e um PMT maligno. Após a primeira intervenção cirúrgica para a remoção dos TIOs, quatro pacientes encontram-se em remissão da doença e cinco evoluíram com persistência tumoral. Dos cinco, quatro foram reoperados e um aguarda nova cirurgia. Dos que foram reoperados, um paciente se mantém em remissão da doença, um foi a óbito por complicações clínicas, uma teve doença metastática e o último apresentou recidiva tumoral três anos após a segunda cirurgia. Deformidades ósseas graves foram observadas nos pacientes cujo diagnóstico e/ou tratamento clínico foram tardios. O tratamento da osteomalácia foi iniciado com fosfato e perdurou até a ressecção tumoral, tendo sido reintroduzido nos casos de persistência/recidiva tumoral. Quatro pacientes que fizerem uso regular desse medicamento por mais de seis anos evoluíram com hiperparatireoidismo terciário (HPT). CONCLUSÕES: O estudo revelou que tanto o Octreoscan® como o MIBI foram capazes de localizar os TIOs. Por isso, incentivamos a realização do MIBI nos locais onde o Octreoscan® não for disponível. Uma equipe experiente é indispensável para o sucesso cirúrgico visto que os tumores, embora benignos, costumam ser infiltrativos. Recomendamos o seguimento por tempo indeterminado em função do risco de recidiva tumoral. Assim como o FGF23, consideramos o fósforo um excelente marcador de remissão, persistência e recidiva dos TIOs. O diagnóstico e o tratamento precoce são fundamentais para a melhora dos sintomas podendo minimizar as deformidades esqueléticas e as sequelas ósseas. O uso prolongado do fosfato no tratamento da osteomalácia hipofosfatêmica foi associado ao desenvolvimento do HPT

Tumores de células germinativas do testículo : revisão da casuística do Serviço de Urologia do Hospital de Santa Maria (CHLN, EPE)

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Queratoconjuntivite vernal : case report

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Manobrar a vertigem posicional paroxística benigna do canal semicircular posterior

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Quando a hiperémia conjuntival constitui um desafio : a propósito de um caso clínico de tumor epidermóide da conjuntiva

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Análise fenomenológica de fenómenos corporais anómalos na esquizofrenia

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014