Functional and structural studies of a mini-ferritin protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioquímica

Modelling of a wastewater treatment plant using GPS-X

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Experimental lagochilascariosis in X-chromosome-linked immunodeficient mice

Lagochilascaris minor is the etiological agent of lagochilascariosis, a disease that affects the neck region and causes exudative abscesses, with eggs, adult parasites and L3/L4 larvae in the purulent exudates. Mice are now considered to be intermediate hosts for the parasite. To determine the pattern of infection in B1 cell-deficient mice, experimental lagochilascariosis was studied in BALB/c and X-chromosome-linked immunodeficient (xid) mice. BALB.xid-infected mice showed lower numbers of larvae. Third-stage larvae, fourth-stage larvae and adult parasites were found in both strains. BALB/c mice produced IgM, IgG, IgA and IgE against the crude extract and secreted/excreted antigens of the parasite. On the other hand, BALB.xid mice did not produce IgM and produced lower levels of IgG and IgA, and similar quantities of IgE.

Estudo de mutações germinais em genes de suscetibilidade para o cancro do colón e reto familiar do tipo X

O cancro do cólon e reto familiar do tipo X (FCCTX) é um síndrome que define as famílias que preenchem os critérios de Amesterdão, mas cujos tumores não apresentam instabilidade de microssatélites e também nas quais não é identificada mutação germinal nos genes de reparação de erros de DNA do tipo mismatch (MMR). A sua causa molecular permanece desconhecida. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o envolvimento de genes localizados numa região de suscetibilidade previamente identificada para o FCCTX (13q32-33), assim como de mutações identificadas previamente numa família FCCTX, através da análise do exoma por sequenciação de nova geração (NGS). Pretendeuse ainda melhorar a caracterização molecular de tumores FCCTX. Foi efetuada análise de mutações germinais nos genes KDELC1 e ERCC5 em 15 indivíduos índex de famílias FCCTX e 2 familiares de uma dessas famílias. No caso do gene TPP2, foi avaliado o envolvimento de um transcrito expresso alternativamente, previamente identificado, através de análise mutacional e da quantificação da expressão diferencial dos transcritos por real-time PCR. Foi ainda efetuada a análise de segregação com a doença na família, de 5 mutações em genes distintos, selecionadas a partir dos resultados da análise do exoma. Foi efetuada a análise de alterações de copy-number e de metilação nos genes MMR, MGMT e APC em 22 tumores FCCTX por MS-MLPA. Não foram identificadas mutações potencialmente patogénicas nos genes KDELC1 e ERCC5. No entanto, foram identificadas 2 mutações, uma no ERCC5 (c.2636 A>G) e outra no KDELC1 (c.455A>T) em relação às quais não se pode excluir a sua patogenicidade. Não foi detetada qualquer mutação no TPP2 associada à expressão diferencial dos transcritos, no entanto verificou-se que a expressão difere entre tecidos (sangue e cólon). A análise de segregação das mutações selecionadas a partir da análise do exoma, revelou que apenas para um dos genes a alteração poderá ser patogénica. Foram identificados ganhos frequentes, assim como metilação, nos genes MMR e MGMT, nos tumores FCCTX, sendo significativamente mais frequentes num subgrupo destes tumores que apresenta perdas em genes supressores de tumor (TSG+), em relação ao grupo que não apresenta estas alterações. A metilação no APC também apresentou padrões distintos entre os dois subgrupos de tumores FCCTX. Em conclusão, as variantes observadas nos genes KDELC1, ERCC5 e TPP2, assim como a alteração identificada no âmbito da análise do exoma não devem ser excluídas, podendo ser possível a sua contribuição para a suscetibilidade para o FCCTX. O padrão de alterações de copy-number e de metilação nos tumores FCCTX reforça a existência de pelo menos duas entidades moleculares distintas no FCCTX e sugere mecanismos de tumorigénese específicos para a iniciação tumoral neste síndrome.

Hydrophobic fraction of Taenia saginata metacestodes, rather than hydrophilic fraction, contains immunodominant markers for diagnosing human neurocysticercosis

INTRODUCTION: Considering that alternative antigens for diagnosing neurocysticercosis continue to be a challenge because of the increasing difficulty in obtaining parasites from naturally infected pigs for preparation of Taenia solium homologous antigen, the aim of the present study was to evaluate the detergent (D) and aqueous (A) fractions from saline extract of Taenia saginata metacestodes for diagnosing neurocysticercosis. METHODS: Taenia saginata was obtained from naturally infected bovines in the Triângulo Mineiro region, State of Minas Gerais, Brazil. The carcasses came from cold storage units and had been slaughtered in accordance with the inspection technique recommended by the Federal Inspection Service. The D and A fractions were obtained by using Triton X-114 (TX-114). Serum samples were obtained from 40 patients with a diagnosis of neurocysticercosis, 45 with other parasitic diseases and 30 from apparently normal individuals. IgG antibody levels were evaluated using the ELISA and immunoblotting assays. RESULTS: The ELISA sensitivity and specificity were 95% and 73.3%, when using saline extract; 95% and 82.6% for the D fraction; and 65% and 61.3% for the A fraction, respectively. The immunoblotting assay confirmed the ELISA results, such that the D fraction was more efficient than the other extracts, and the 70-68kDa component was immunodominant among neurocysticercosis patients. CONCLUSIONS: These results demonstrated that the D fraction from Taenia saginata metacestodes obtained using TX-114 can be used as a heterologous antigenic fraction in the immunoblotting assay for serologically diagnosing human neurocysticercosis, given its ability to select immunodominant antigens.

40 K Liquid Neon Energy Storage Unit

A thermal Energy Storage Unit (ESU) could be used to attenuate inherent temperature fluctuations of a cold finger, either from a cryocooler working or due to sudden income heat bursts. An ESU directly coupled to the cold source acts as a thermal buffer temporarily increasing its cooling capacity and providing a better thermal stability of the cold finger (“Power Booster mode”). The energy storage units presented here use an enthalpy reservoir based on the high latent heat of the liquid-vapour transition of neon in the temperature range 38 - 44 K to store up to 900 J, and that uses a 6 liters expansion volume at RT in order to work as a closed system. Experimental results in the power booster mode will be described: in this case, the liquid neon cell was directly coupled to the cold finger of the working cryocooler, its volume (12 cm3) allowing it to store 450 J at around 40 K. 10 W heat bursts were applied, leading to liquid evaporation, with quite reduced temperature changes. The liquid neon reservoir can also work as a temporary cold source to be used after stopping the cryocooler, allowing for a vibration-free environment. In this case the enthalpy reservoir implemented (24 cm3) was linked to the cryocooler cold finger through a gas gap heat switch for thermal coupling/decoupling of the cold finger. We will show that, by controlling the enthalpy reservoir’s pressure, 900 J can be stored at a constant temperature of 40 K as in a triple-point ESU.

40 K Neon liquid energy storage unit

Cryocoolers have been progressively replacing the use of the stored cryogens in cryogenic chains used for detector cooling, thanks to their higher and higher reliability. However, the mechanical vibrations, the electromagnetic interferences and the temperature fluctuations inherent to their functioning could reduce the sensor’s sensitivity. In order to minimize this problem, compact thermal energy storage units (ESU) are studied, devices able to store thermal energy without significant temperature increase. These devices can be used as a temporary cold source making it possible to turn the cryocooler OFF providing a proper environment for the sensor. A heat switch is responsible for the thermal decoupling of the ESU from the cryocooler’s temperature that increases when turned OFF. In this work, several prototypes working around 40 K were designed, built and characterized. They consist in a low temperature cell that contains the liquid neon connected to an expansion volume at room temperature for gas storage during the liquid evaporation phase. To turn this system insensitive to the gravity direction, the liquid is retained in the low temperature cell by capillary effect in a porous material. Thanks to pressure regulation of the liquid neon bath, 900 J were stored at 40K. The higher latent heat of the liquid and the inexistence of triple point transitions at 40 K turn the pressure control during the evaporation a versatile and compact alternative to an ESU working at the triple point transitions. A quite compact second prototype ESU directly connected to the cryocooler cold finger was tested as a temperature stabilizer. This device was able to stabilize the cryocooler temperature ((≈ 40K ±1 K) despite sudden heat bursts corresponding to twice the cooling power of the cryocooler. This thesis describes the construction of these devices as well as the tests performed. It is also shown that the thermal model developed to predict the thermal behaviour of these devices, implemented as a software,describes quite well the experimental results. Solutions to improve these devices are also proposed.

40 K neon liquid energy storage unit

Cryocoolers have been progressively replacing the use of the stored cryogens in cryogenic chains used for detector cooling, thanks to their higher and higher reliability. However, the mechanical vibrations, the electromagnetic interferences and the temperature fluctuations inherent to their functioning could reduce the sensor’s sensitivity. In order to minimize this problem, compact thermal energy storage units (ESU) are studied, devices able to store thermal energy without significant temperature increase. These devices can be used as a temporary cold source making it possible to turn the cryocooler OFF providing a proper environment for the sensor. A heat switch is responsible for the thermal decoupling of the ESU from the cryocooler’s temperature that increases when turned OFF. In this work, several prototypes working around 40 K were designed, built and characterized. They consist in a low temperature cell that contains the liquid neon connected to an expansion volume at room temperature for gas storage during the liquid evaporation phase. To turn this system insensitive to the gravity direction, the liquid is retained in the low temperature cell by capillary effect in a porous material. Thanks to pressure regulation of the liquid neon bath, 900 J were stored at 40K. The higher latent heat of the liquid and the inexistence of triple point transitions at 40 K turn the pressure control during the evaporation a versatile and compact alternative to an ESU working at the triple point transitions. A quite compact second prototype ESU directly connected to the cryocooler cold finger was tested as a temperature stabilizer. This device was able to stabilize the cryocooler temperature ((≈ 40K ±1 K) despite sudden heat bursts corresponding to twice the cooling power of the cryocooler. This thesis describes the construction of these devices as well as the tests performed. It is also shown that the thermal model developed to predict the thermal behaviour of these devices,implemented as a software, describes quite well the experimental results. Solutions to improve these devices are also proposed.

Desenvolvimento do produto X para doentes oncológicos

Em Portugal, são diagnosticados, anualmente, entre 40 a 45 mil novos casos de cancro. Esta incidência é semelhante à que é observada nos restantes países da União Europeia e tem vindo a aumentar, nas últimas décadas. A prevalência de desnutrição em doentes oncológicos é muito elevada e está associada à diminuição da resposta aos tratamentos e qualidade de vida. O objectivo deste trabalho residiu na elaboração de um gelado hipercalórico e hiperproteico para doentes oncológicos, um gelado com uma composição nutricional adequada para melhorar ou manter o estado nutricional de doentes desnutridos ou em risco de desnutrição. Elaboraram-se quatro diferentes formulações de gelado de morango (A, B, C e D) que foram avaliadas, quantitativamente e qualitativamente, através de análise sensorial. Não se verificaram diferenças significativas entre os parâmetros avaliados para as quatro formulações, à excepção do parâmetro intensidade do frio. Apesar disso, através do cálculo do índice de aceitabilidade, as formulações dos gelados A e C foram as mais aceites pelos provadores. Posteriormente, procedeu-se à comparação, por análise sensorial, entre as formulações mais aceites e um suplemento líquido hipercalórico e hiperproteico de morango, já existente no mercado. Como resultado verificou-se que a maioria dos provadores considera os gelados como preferidos, para um maior número de parâmetros. A formulação de gelado C foi preferida por 70% dos provadores quando comparada com o suplemento líquido. Assim, conseguiu-se não só elaborar um gelado hipercalórico e hiperproteico, como também obter um produto com características que o tornam favorito, em relação a um produto muito semelhante e já existente no mercado.

Otimização da técnica de micro Fluorescência de Raios- X para o estudo de ossos

Nos países desenvolvidos, as doenças reumáticas são o grupo de doenças mais fre-quentes da espécie humana, sendo por isso o primeiro motivo de consulta nos cuidados de saúde primários e a principal causa de incapacidade temporária para o trabalho e de reformas antecipadas por doença/invalidez (Canhão & Branco, 2013). O estudo destas doenças torna-se cada vez mais urgente visto que estas têm tendência crescente, tendo em conta os atuais esti-los de vida e o aumento da longevidade da população. Nesta dissertação foi estudada e otimi-zada a técnica de Micro Fluorescência de Raios-X (μ-XRF) de forma a permitir um estudo de elementos maioritários e elementos traço em ossos com doenças reumáticas, tendo em espe-cial atenção a razão Ca/P, já que, por estudos até agora efetuados, esta razão é considerada um biomarcador adequado para a avaliação da saúde dos ossos. Foram então verificados os erros aleatórios e sistemáticos existentes nesta técnica e concluiu-se quais os tipos de parâme-tros que devem ser tidos em conta para este estudo, tais como corrente, tensão do tubo, filtros, entre outros. As amostras foram ainda analisadas com a técnica de PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) e comparados os resultados com os de μ-XRF de forma a avaliar a in-fluência da topologia da amostra. Pretende-se que este estudo seja o início do desenvolvimen-to de um método alternativo de diagnóstico precoce de doenças reumáticas, conduzindo a um tratamento mais eficaz e melhorando assim a qualidade de vida da população.

Requalificação de um espectrómetro Kratos XSAM 800 para espectroscopia de fotoelectrões de Raios-X

A espectroscopia de fotoelectrões de raios-X (XPS - X-ray Photoelectron Spectroscopy)é uma das técnicas de análise de superfícies mais importantes e mais usadas em diversasáreas científico-tecnológicas e industriais. Com ela é possível determinar quantitativa equalitativamente a composição elementar e a composição química aproximada, respectivamente,e estrutura electrónica dos elementos presentes para diferentes tipos de materiais. O laboratório de ciência de superfícies do Departamento de Física da FCT-UNL encontra-se equipado com um sistema de ultra-alto vácuo Kratos XSAM 800 contendo a instrumentação necessária para se realizar XPS. No entanto, o equipamento precisava de uma requalificação. O controlo e aquisição de dados do espectrómetro era feito por um computador PDP11 de 16-bits que actualmente não é comercializado e não tem qualquer suporte técnico por parte do fabricante. Foi substituído por um computador moderno e por uma placa genérica de aquisição de dados. Para que a análise quantitativa pela técnica de XPS seja precisa, é necesssário fazer a caracterização do sistema. Isso implica o conhecimento de parâmetros como a função de transmissão do espectrómetro e a linearidade da resposta do sistema de detecção. Foi feito um estudo da linearidade da resposta do sistema de detecção e determinou-se experimentalmente a função de transmissão do espectrómetro. Os resultados obtidos para a função de transmissão mostraram estar qualitativamente de acordo com os resultados obtidos por outros na literatura. A transmissão da coluna óptica do analisador de energia de electrões foi posteriormente submetida a um processo de optimização, através da implementação de um algoritmo evolutivo diferencial para optimização de funções, recorrendo a linguagem de programação gráfica LabVIEWTM.

Historic and potential technology transition paths of grid battery storage: Co-evolution of energy grid, electric mobility and batteries

Scarcity of fuels, changes in environmental policy and in society increased the interest in generating electric energy from renewable energy sources (RES) for a sustainable energy supply in the future. The main problem of RES as solar and wind energy, which represent a main pillar of this transition, is that they cannot supply constant power output. This results inter alia in an increased demand of backup technologies as batteries to assure electricity system safety. The diffusion of energy storage technologies is highly dependent on the energy system and transport transition pathways which might lead to a replacement or reconfiguration of embedded socio-technical practices and regimes (by creating new standards or dominant designs, changing regulations, infrastructure and user patterns). The success of this technology is dependent on hardly predictable future technical advances, actor preferences, development of competing technologies and designs, diverging interests of actors, future cost efficiencies, environmental performance, the evolution of market demand and design and evolution of our society.

Fluorescência de raios-X aplicada ao estudo de ossadas humanas

O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa o estudo da composição elementar de restos humanos (séculos XVIII-XIX) por fluorescência de raios-X dispersiva em energia (EDXRF). Os tecidos analisados, ossos, dentes, cabelos e massa encefálica, pertenciam a um conjunto de corpos exumadosda Ermida do Espírito Santo, em Almada (Portugal). Os resultados foram obtidos pela análise complementar de duas montagens experimentais: EDXRF com geometria triaxial e -EDXRF com geometria convencional. A primeira técnica permite obter melhores limites de deteção para matrizes de baixo Z. A configuração com um micro feixe e a análise em condições de vácuo permite melhorar os limites de deteção para os elementos mais leves. Os resultados obtidos para os indivíduos analisados puderam ser correlacionados, em alguns casos, com os hábitos alimentares e com o habitat, nomeadamente a exposição a elementos tóxicos. Adicionalmente, foi também avaliada a possibilidade de contaminação post-mortem dos corpos, a partir do local de inumação. Os elementos detetados em ambas as técnicas foram Ca, Fe, Cu, Zn, Br, Sr e Pb. Observaram-se níveis elevados de Zn e Sr para os ossos, que são indicativos de uma dieta rica em carne e peixe, respetivamente. Alguns indivíduos revelaram concentrações elevadas de Pb e Zn na polpa do dente. Estes elementos poder~ao ter sido resultado de uma da acumulação o ante-mortem e indicar o hábito do tabaco. Os resultados mostram um indivíduo que apresenta concentrações bastante elevadas de Pb, especialmente na massa encefálica, polpa do dente e ossos esponjosos. A contaminação poderá ter sido resultado da exposição ante-mortem de Pb, eventualmente devida ao trabalho efetuado numa fundição. Ademais, outro indivíduo apresentou uma concentração elevadíssima de Hg no cabelo. Neste caso, a hipótese proposta mais provável é a aplicação de um composto à base de Hg, para fins medicinais, possivelmente para a desinfestação de piolhos.

Analysis of a controversial decision process: the case of the pumped hydro storage power plant Atdorf in Germany

Based on the report for the unit “Métodos Interactivos de Participação e Decisão A” (Interactive methods of participation and decision A), coordinated by Prof. Lia Maldonado Teles de Vasconcelos and Prof. Nuno Miguel Ribeiro Videira Costa. This unit was provided for the PhD Program in Technology Assessment in 2015/2016.

Conventional approach x laparoscopic abdominoperineal resection for rectal cancer treatment after neoadjuvant chemoradiation: results of a prospective randomized trial

OBJECTIVE: The aims of this study were to evaluate the safety and efficacy of laparoscopic abdominoperineal resection compared to conventional approach for surgical treatment of patients with distal rectal cancer presenting with incomplete response after chemoradiation. METHOD: Twenty eight patients with distal rectal adenocarcinoma were randomized to undergo surgical treatment by laparoscopic abdominoperineal resection or conventional approach and evaluated prospectively. Thirteen underwent laparoscopic abdominoperineal resection and 15 conventional approach. RESULTS: There was no significant difference (p<0,05) between the two studied groups regarding: gender, age, body mass index, patients with previous abdominal surgeries, intra and post operative complications, need for blood transfusion, hospital stay after surgery, length of resected segment and pathological staging. Mean operation time was 228 minutes for the laparoscopic abdominoperineal resection versus 284 minutes for the conventional approach (p=0.04). Mean anesthesia duration was shorter (p=0.03) for laparoscopic abdominoperineal resection when compared to conventional approach : 304 and 362 minutes, respectively. There was no need for conversion to open approach in this series. After a mean follow-up of 47.2 months and with the exclusion of two patients in the conventional abdominoperineal resection who presented with unsuspected synchronic metastasis during surgery, local recurrence was observed in two patients in the conventional group and in none in the laparoscopic group. CONCLUSIONS: We conclude that laparoscopic abdominoperineal resection is feasible, similar to conventional approach concerning surgery duration, intra operative morbidity, blood requirements and post operative morbidity. Larger number of cases and an extended follow-up are required to adequate evaluation of oncological results for patients undergoing laparoscopic abdominoperineal resection after chemoradiation for radical treatment of distal rectal cancer.