Development of polymeric materials to inhibit bacterial quorum sensing

Bacterial infections are an increasing problem for human health. In fact, an increasing number of infections are caused by bacteria that are resistant to most antibiotics and their combinations. Therefore, the scientific community is currently searching for new solutions to fight bacteria and infectious diseases, without promoting antimicrobial resistance. One of the most promising strategies is the disruption or attenuation of bacterial Quorum Sensing (QS), a refined system that bacteria use to communicate. In a QS event, bacteria produce and release specific small chemicals, signal molecules - autoinducers (AIs) - into the environment. At the same time that bacterial population grows, the concentration of AIs in the bacterial environment increases. When a threshold concentration of AIs is reached, bacterial cells respond to it by altering their gene expression profile. AIs regulate gene expression as a function of cell population density. Phenotypes mediated by QS (QSphenotypes) include virulence factors, toxin production, antibiotic resistance and biofilm formation. In this work, two polymeric materials (linear polymers and molecularly imprinted nanoparticles) were developed and their ability to attenuate QS was evaluated. Both types of polymers should to be able to adsorb bacterial signal molecules, limiting their availability in the extracellular environment, with expected disruption of QS. Linear polymers were composed by one of two monomers (itaconic acid and methacrylic acid), which are known to possess strong interactions with the bacterial signal molecules. Molecularly imprinted polymer nanoparticles (MIP NPs) are particles with recognition capabilities for the analyte of interest. This ability is attained by including the target analyte at the synthesis stage. Vibrio fischeri and Aeromonas hydrophila were used as model species for the study. Both the linear polymers and MIP NPs, tested free in solutions and coated to surfaces, showed ability to disrupt QS by decreasing bioluminescence of V. fischeri and biofilm formation of A. hydrophila. No significant effect on bacterial growth was detected. The cytotoxicity of the two types of polymers to a fibroblast-like cell line (Vero cells) was also tested in order to evaluate their safety. The results showed that both the linear polymers and MIP NPs were not cytotoxic in the testing conditions. In conclusion, the results reported in this thesis, show that the polymers developed are a promising strategy to disrupt QS and reduce bacterial infection and resistance. In addition, due to their low toxicity, solubility and easy integration by surface coating, the polymers have potential for applications in scenarios where bacterial infection is a problem: medicine, pharmaceutical, food industry and in agriculture or aquaculture.

Propriedades intrínsecas e de processamento de termoplásticos elastoméricos incorporando borracha de pneu reciclada

O trabalho apresentado tem por objetivo contribuir para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental. A abordagem adotada para a concretização deste objetivo consiste na incorporação de borracha de pneus em formulações de base termoplástica e elastomérica (TPE), adequadas ao processo de moldação por injeção. São desenvolvidos estudos sobre a morfologia, propriedades mecânicas, térmicas e reológicas das ligas poliméricas à base de granulado de borracha de pneu (GTR). A falta de adesão entre o GTR e a matriz polimérica leva à degradação das propriedades mecânicas dos materiais obtidos. A estratégia explorada passa pela utilização de um elastómero para promover o encapsulamento do GTR e, desta forma, procurar obter ligas com propriedades mecânicas características de um TPE. São analisadas ligas ternárias (TPEGTR) compostas por polipropileno (PP) de elevada fluidez, GTR e elastómero virgem. O efeito da presença de diferentes elastómeros nas ligas é analisado neste trabalho: um elastómero de etilenopropileno- dieno (EPDM), e um novo elastómero de etileno-propileno (EPR) obtido por catálise metalocénica. O estudo da morfologia das ligas obtidas mostra haver interação entre os materiais, sendo possível inferir a viabilidade da estratégia adotada para promover a adesão do GTR. A incorporação de elastómero promove o aumento da resistência ao impacto e da extensão na rotura nas ligas, o que é atribuído, fundamentalmente, ao encapsulamento do GTR e ao aumento da tenacidade da matriz termoplástica. Com o objetivo de avaliar a influência da estrutura cristalina das ligas TPEGTR no seu comportamento mecânico, procede-se à análise do processo de cristalização sob condições isotérmicas e não isotérmicas. Neste estudo, é avaliado o efeito da presença dos materiais que constituem a fase elastomérica na cinética de cristalização. Para cada uma das ligas desenvolvidas, recorre-se ao modelo de Avrami para avaliar o efeito da temperatura no mecanismo de nucleação, na morfologia das estruturas cristalinas e na taxa de cristalização. Recorre-se à reometria capilar para estudar, sob condições estacionárias, o comportamento reológico das ligas TPEGTR. O modelo de Cross-WLF é utilizado para avaliar o comportamento reológico de todos os materiais, obtendo-se resultados similares àqueles obtidos experimentalmente. O comportamento reológico dos polímeros PP, EPR e EPDM é do tipo reofluidificante, tendo o EPR um comportamento reológico similar ao do PP e o EPDM um comportamento reo-fluidificante mais pronunciado. Em todas as ligas analisadas o comportamento reológico revela-se do tipo reo-fluidificante, sendo que a presença de GTR promove o aumento da viscosidade. Os parâmetros obtidos do modelo de Cross-WLF são utilizados para realizar a simulação da etapa de injeção recorrendo a um software comercial. Os resultados obtidos são validados experimentalmente pelo processo de moldação por injeção, evidenciando uma boa adequabilidade da aplicação deste modelo a estas ligas. O trabalho desenvolvido sobre ligas TPEGTR, constitui um contributo para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental.

A interface carboneto de silício-solução aquosa e o enchimento por barbotina

Neste trabalho estudaram-se as interfaces carboneto de silício-solução aquosa e carbono-solução aquosa, com vista a uma melhor compreensão dos processos de floculaçáo e desfloculaçáo de suspensões de cada um daqueles materiais e de suas misturas. Os pós foram caracterizados por recurso a técnicas de sedimentação, microscopia electrónica de varrimento, difracçáo de raios-X, análises térmicas, espectroscopia de infra-vermelhos e picnometria de hélio. As suspensões foram caracterizadas por técnicas de microelectroforese, sedimentação e reologia. Estudou-se a influência de algumas variáveis mais importantes do processo de enchimento por barbotina como, por exemplo, o mecanismo e o grau de estabilização das suspensões, a concentração de sólidos, a distribuição granulométrica das partículas, e o tempo de envelhecimento das suspensões, na estrutura das partículas em suspensão e nas características dos corpos conformados por enchimento por barbotina. A cinética deste processo foi estudada sob o efeito de pressão aplicada e relacionada com a estrutura das partículas em suspensão e com a microstrutura dos corpos em verde. Estudaram-se os mecanismos da segregação de tamanhos de partículas em suspensão que ocorre durante o processo de enchimento por barbotina devidos aos efeitos da gravidade e da obstrução do bolo pelas partículas finas. Discutiram-se os domínios das variáveis do processo em que cada um daqueles efeitos é dominante e propôs-se um novo modelo para o fenómeno da segregação por efeito de obstrução capaz de interpretar os resultados observados neste trabalho e os encontrados na literatura. Estabeleceram-se correlações estreitas entre as variáveis do processo de enchimento por barbotina, a microestrutura dos corpos conformados e o seu comportamento durante a etapa da secagem. Procurou ainda avaliar-se a capacidade do enchimento por barbotina para preparar materiais compósitos de carboneto de silício e carbono com características adequadas para a sinterizaçáo reactiva.

Uma abordagem de matabolómica no estudo comparativo do metabolismo de glucose e galactose no patogénico humano Streptococcus pneumoniae

Dissertação mest., Ciências Biomédicas, Universidade do Algarve, 2010

Caracterização endócrina da PTH-L e calcitonina no transporte de cálcio e na secreção de bicarbonato no intestino da dourada (Sparus auratus)

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2009

Disrupção da glândula tiróide por composto goitrógeno (PTU)

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2008

Caracterização dos mecanismos de transporte epitelial no intestino da dourada, Sparus auratus

Dissertação de mest., Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2010

Estudo da dieta em coleções paleoantropológicas

Relatório de Estágio de Licenciatura em Bioquímica, Universidade do Algarve, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2001

Complexos de inclusão de fármacos com ciclodextrinas e cucurbiturilos. Aplicações farmacoterapêuticas

Esta monografia tem por objectivo analisar a contribuição da Química Supramolecular no desenvolvimento de aplicações farmacoterapêuticas. É apresentada uma revisão e é feita uma análise detalhada das propriedades e aplicações já existentes das ciclodextrinas e também de novos nano-contentores que possam ter estas aplicações no futuro, com destaque para os cucurbiturilos. A Química Supramolecular é o ramo da Química que se foca no estudo das interacções não covalentes. Segundo Jean-Marie Lehn, Prémio Nobel da Química em 1987, a Química Supramolecular é o campo da ciência que estuda os conceitos químicos, físicos e biológicos de espécies químicas de grande complexidade que se mantêm unidas e organizadas através de interacções não covalentes. Relacionado com a Química Supramolecular está o conceito drug delivery, o processo de administração de fármacos com finalidade terapêutica. Neste processo podem ser utilizados complexos moleculares que aprisionam um fármaco, protegendo-o e alterando o seu perfil de libertação, absorção, distribuição e eliminação. Desta forma o fármaco chega ao local de interesse de uma forma mais eficaz e segura. As Ciclodextrinas são estruturas da família dos ciclo-oligossacarídeos correntemente usadas nestas aplicações terapêuticas. Possuem uma cavidade relativamente apolar no seu interior, com a capacidade de encapsular componentes hidrofóbicos. O exterior é hidrofílico, sendo pois solúveis em água. Possuem baixa toxicidade, dependendo da via de administração. São usadas em aplicações farmacêuticas, nomeadamente como forma de melhorar a biodisponibilidade do fármaco. Os Cucurbiturilos são uma família de contentores moleculares que podem encapsular uma variedade de espécies catiónicas e neutras com alta afinidade. Por esta razão mostram grande potencial em drug delivery. Foram feitos vários estudos no sentido de avaliar a toxicidade e estabilidade destas moléculas transportadoras. Até agora todos os resultados apontam para um futuro promissor dos cucurbiturilos em aplicações farmacoterapêuticas.

Study of sewage sludge aimed at agricultural soil amendment by thermogravimetric analysis and fourier-transform infrared spectroscopy

Thermal degradation and gaseous products evolving from the pyrolysis of sewage sludge, aimed at agricultural soil amendment, were investigated using Thermogravimetric Analysis in conjunction with Fourier Transform Infrared Analysis (TG-FTIR). The materials were studied in temperatures ranging from 30 to 800 ºC. Furthermore infrared spectra of sewage sludge samples were performed as a complementary technique. In parallel the sewage sludge was spiked with ibuprofen in order to test whether the mentioned techniques are able to detect the drug. Thermal analysis showed the range of 200-400ºC as the most characteristic for weight loss, corresponding with the organic matter volatilization, while the range of 500-800ºC was also characteristic and due to the volatilization of carbonates. On the other hand, ibuprofen-spiking tests identified at temperature range (150-250ºC) where the compound totally volatilizes, therefore, in this work, the detection of ibuprofen by TGA was established for concentrations higher than 0.5 g/kg sludge, concentration 102 times higher than the concentrations measured by other authors in regular sewage sludge (Martín, et al., 2010). A correlation has been found between the ibuprofen concentrations in the sludge and the intensity of the absorption bands, both for FT-IR spectra at the maximum emission temperature for ibuprofen (232ºC) as for the FT-IR spectra of the non-pyrolyzed samples.

Estudo da variação temporal do dióxido de carbono no oceano Atlântico Norte (2002 - 2007)

Foram recolhidos praticamente todos os dados da concentração de CO2 à superfície do mar (fCO2 (SO)) e temperatura à superfície do mar (TSM) obtidos por Embarcações de Observação Voluntária, para o Oceano Atlântico Norte (10º N – 80º N). Foram ainda recolhidos dados das concentrações atmosféricas de CO2 (fCO2 (ATM)), em estações fixas ao longo da bacia, para realizar o estudo do sequestro oceânico de CO2. Após uma seleção minuciosa e uma uniformização exaustiva, os dados foram armazenados por "sectores" 5º latitude x 5º longitude x mês. Em seguida foi obtida uma boa série de dados (2002 – 2007) para sectores que representavam a região das latitudes baixas (10º N-35º N), médias (35º N- 50º N) e altas (50º N-80º N). Para o período 2002 – 2007, o padrão regional da variação da fCO2 (SO) é controlado pela TSM nas latitudes baixas e médias, e pela dinâmica do oceano (absorção de CO2 (SO)) nas latitudes altas. Foi verificado um crescimento generalizado da fCO2 (ATM), TSM e fCO2 (SO) (excepto latitudes altas). Contudo para 2002 – 2007, a fCO2 (SO) está a aumentar mais lentamente do que para 1970 - 2006 [5]. A ΔfCO2 é principalmente influenciada pela fCO2 (SO) e pelos factores físicos que controlam o seu padrão de variação regional. A região das altas latitudes é a zona de maior sequestro de CO2 liquído da bacia. Nas latitudes médias e altas verifica-se um aumento do poder de sequestro para 2002 – 2007, o que que representa uma inflexão à tendência verificada em 1993 - 2005 [93]. Este factor pode estar relacionado com a mudança do índice da Oscilação do Atlântico Norte. A Zona Económica Exclusiva Portuguesa engloba a região que actua como o maior sumidouro de CO2 e o seu poder de sequestro oceânico de CO2 está a aumentar.

Development of a Piggybac based direct reprogramming system for derivation of integration free induced pluripotent stem cells

Induced pluripotent stem cells (iPSc) have great potential for applications in regenerative medicine, disease modeling and basic research. Several methods have been developed for their derivation. The original method of Takahashi and Yamanaka involved the use of retroviral vectors which result in insertional mutagenesis, presence in the genome of potential oncogenes and effects of residual transgene expression on differentiation bias of each particular iPSc line. Other methods have been developed, using different viral vectors (adenovirus and Sendai virus), transient plasmid transfection, mRNA transduction, protein transduction and use of small molecules. However, these methods suffer from low efficiencies; can be extremely labor intensive, or both. An additional method makes use of the piggybac transposon, which has the advantage of inserting its payload into the host genome and being perfectly excised upon re-expression of the transposon transposase. Briefly, a policistronic cassette expressing Oct4, Sox2, Klf4 and C-Myc flanked by piggybac terminal repeats is delivered to the cells along with a plasmid transiently expressing piggybac transposase. Once reprogramming occurs, the cells are re-transfected with transposase and subclones free of tranposon integrations screened for. The procedure is therefore very labor intensive, requiring multiple manipulations and successive rounds of cloning and screening. The original method for reprogramming with the the PiggyBac transposon was created by Woltjen et al in 2009 (schematized here) and describes a process with which it is possible to obtain insert-free iPSc. Insert-free iPSc enables the establishment of better cellular models of iPS and adds a new level of security to the use of these cells in regenerative medicine. Due to the fact that it was based on several low efficiency steps, the overall efficiency of the method is very low (<1%). Moreover, the stochastic transfection, integration, excision and the inexistence of an active way of selection leaves this method in need of extensive characterization and screening of the final clones. In this work we aime to develop a non-integrative iPSc derivation system in which integration and excision of the transgenes can be controlled by simple media manipulations, avoiding labor intensive and potentially mutagenic procedures. To reach our goal we developed a two vector system which is simultaneously delivered to original population of fibroblasts. The first vector, Remo I, carries the reprogramming cassette and GFP under the regulation of a constitutive promoter (CAG). The second vector, Eneas, carries the piggybac transposase associated with an estrogen receptor fragment (ERT2), regulated in a TET-OFF fashion, and its equivalent reverse trans-activator associated with a positive-negative selection cassette under a constitutive promoter. We tested its functionality in HEK 293T cells. The protocol is divided in two the following steps: 1) Obtaining acceptable transfection efficiency into human fibroblasts. 2) Testing the functionality of the construct 3) Determining the ideal concentration of DOX for repressing mPB-ERT2 expression 4) Determining the ideal concentration of TM for transposition into the genome 5) Determining the ideal Windows of no DOX/TM pulse for transposition into the genome 6) 3, 4 and 5) for transposition out of the genome 7) Determination of the ideal concentration of GCV for negative selection We successfully demonstrated that ENEAS behaved as expected in terms of DOX regulation of the expression of mPB-ERT2. We also demonstrated that by delivering the plasmid into 293T HEK cells and manipulating the levels of DOX and TM in the medium, we could obtain puromycin resistant lines. The number of puromycin resistant colonies obtained was significantly higher when DOX as absent, suggesting that the colonies resulted from transposition events. Presence of TM added an extra layer of regulation, albeit weaker. Our PCR analysis, while not a clean as would be desired, suggested that transposition was indeed occurring, although a background level of random integration could not be ruled out. Finally, our attempt to determine whether we could use GVC to select clones that had successfully mobilized PB out of the genome was unsuccessful. Unexpectedly, 293T HEK cells that had been transfected with ENEAS and selected for puromycin resistance were insensitive to GCV.

Malaria and tuberculosis co-infection:role for hemozoin immunosuppression?

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Microbiologia e Parasitologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Modeling and simulation of spray drying processes based on quality by design principles

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Modulation of calcitonin amyloid formation by anionic lipid membranes

Tese de mestrado em Bioquímica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014