Plants Fagonia cretica L. and Hedera nepalensis K. Koch contain natural compounds with potent dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) inhibitory activity

Ethnopharmacological relevance
The two plants investigated here (Fagonia cretica L. and Hedera nepalensis K. Koch) have been previously reported as natural folk medicines for the treatment of diabetes but until now no scientific investigation of potential anti-diabetic effects has been reported. 

Materials and methods
In vitro inhibitory effect of the two tested plants and their five isolated compounds on the dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) was studied for the assessment of anti-diabetic activity. 

Results
A crude extract of Fagonia cretica possessed good inhibitory activity (IC₅₀value: 38.1 μg/ml) which was also present in its n-hexane (FCN), ethyl acetate (FCE) or aqueous (FCA) fractions. A crude extract of Hedera nepalensis (HNC) possessed even higher inhibitory activity (IC₅₀value: 17.2 μg/ml) and this activity was largely retained when further fractionated in either ethyl acetate (HNE; IC₅₀: 34.4 μg/ml) or n-hexane (HNN; 34.2 μg/ml). Bioactivity guided isolation led to the identification of four known compounds (isolated for the first time) from Fagonia cretica: quinovic acid (1), quinovic acid-3β-O-β-d-glycopyranoside (2), quinovic acid-3β-O-β-d-glucopyranosyl-(28→1)-β-d-glucopyranosyl ester (3), and stigmasterol (4) all of which inhibited DPP-4 activity (IC₅₀: 30.7, 57.9, 23.5 and >100 μM, respectively). The fifth DPP-4 inhibitor, the triterpenoid lupeol (5) was identified in Hedera nepalensis (IC₅₀: 31.6 μM). 

Conclusion
The experimental study revealed that Fagonia cretica and Hedera nepalensis contain compounds with significant DPP-4 inhibitory activity which should be further investigated for their anti-diabetic potential.

Cellular signalling effects in high precision radiotherapy

Radiotherapy is commonly planned on the basis of physical dose received by the tumour and surrounding normal tissue, with margins added to address the possibility of geometric miss. However, recent experimental evidence suggests that intercellular signalling results in a given cell's survival also depending on the dose received by neighbouring cells. A model of radiation-induced cell killing and signalling was used to analyse how this effect depends on dose and margin choices. Effective Uniform Doses were calculated for model tumours in both idealised cases with no delivery uncertainty and more realistic cases incorporating geometric uncertainty. In highly conformal irradiation, a lack of signalling from outside the target leads to reduced target cell killing, equivalent to under-dosing by up to 10% compared to large uniform fields. This effect is significantly reduced when higher doses per fraction are considered, both increasing the level of cell killing and reducing margin sensitivity. These effects may limit the achievable biological precision of techniques such as stereotactic radiotherapy even in the absence of geometric uncertainties, although it is predicted that larger fraction sizes reduce the relative contribution of cell signalling driven effects. These observations may contribute to understanding the efficacy of hypo-fractionated radiotherapy.

Antibiofilm Activity of the Brown Alga Halidrys siliquosa against Clinically Relevant Human Pathogens

The marine brown alga Halidrys siliquosa is known to produce compounds with antifouling activity against several marine bacteria. The aim of this study was to evaluate the antimicrobial and antibiofilm activity of organic extracts obtained from the marine brown alga H. siliquosa against a focused panel of clinically relevant human pathogens commonly associated with biofilm-related infections. The partially fractionated methanolic extract obtained from H. siliquosa collected along the shores of Co. Donegal; Ireland; displayed antimicrobial activity against bacteria of the genus Staphylococcus; Streptococcus; Enterococcus; Pseudomonas; Stenotrophomonas; and Chromobacterium with MIC and MBC values ranging from 0.0391 to 5 mg/mL. Biofilms of S. aureus MRSA were found to be susceptible to the algal methanolic extract with MBEC values ranging from 1.25 mg/mL to 5 mg/mL respectively. Confocal laser scanning microscopy using LIVE/DEAD staining confirmed the antimicrobial nature of the antibiofilm activity observed using the MBEC assay. A bioassay-guided fractionation method was developed yielding 10 active fractions from which to perform purification and structural elucidation of clinically-relevant antibiofilm compounds.

Impact of fractionation on out-of-field survival and DNA damage responses following exposure to intensity modulated radiation fields

To limit toxicity to normal tissues adjacent to the target tumour volume, radiotherapy is delivered using fractionated regimes whereby the total prescribed dose is given as a series of sequential smaller doses separated by specific time intervals. The impact of fractionation on out-of-field survival and DNA damage responses was determined in AGO-1522 primary human fibroblasts and MCF-7 breast tumour cells using uniform and modulated exposures delivered using a 225 kVp x-ray source. Responses to fractionated schedules (two equal fractions delivered with time intervals from 4 h to 48 h) were compared to those following acute exposures. Cell survival and DNA damage repair measurements indicate that cellular responses to fractionated non-uniform exposures differ from those seen in uniform exposures for the investigated cell lines. Specifically, there is a consistent lack of repair observed in the out-of-field populations during intervals between fractions, confirming the importance of cell signalling to out-of-field responses in a fractionated radiation schedule, and this needs to be confirmed for a wider range of cell lines and conditions.

A comparison between accelerated hypofractionation and stereotactic ablative radiotherapy (SABR) for early-stage non-small cell lung cancer (NSCLC): Results of a propensity score-matched analysis

BACKGROUND AND PURPOSE: Stereotactic ablative radiotherapy (SABR) has become standard for inoperable early-stage non-small cell lung cancer (NSCLC). However, there is no randomized evidence demonstrating benefit over more fractionated radiotherapy. We compared accelerated hypofractionation (AH) and SABR using a propensity score-matched analysis.

MATERIALS AND METHODS: From 1997-2007, 119 patients (T1-3N0M0 NSCLC) were treated with AH (48-60Gy, 12-15 fractions). Prior to SABR, this represented our institutional standard. From 2008-2012, 192 patients (T1-3N0M0 NSCLC) were treated with SABR (48-52Gy, 4-5 fractions). A total of 114 patients (57 per cohort) were matched (1:1 ratio, caliper: 0.10) using propensity scores.

RESULTS: Median follow-up (range) for the AH cohort was 36.3 (2.5-109.1) months, while that for the SABR group was 32.5 (0.3-62.6)months. Three-year overall survival (OS) and local control (LC) rates were 49.5% vs. 72.4% [p=0.024; hazard ratio (HR): 2.33 (1.28, 4.23), p=0.006] and 71.9% vs. 89.3% [p=0.077; HR: 5.56 (1.53, 20.2), p=0.009], respectively. On multivariable analysis, tumour diameter and PET staging were predictive for OS, while the only predictive factor for LC was treatment cohort.

CONCLUSIONS: OS and LC were improved with SABR, although OS is more closely related to non-treatment factors. This represents one of the few studies comparing AH to SABR for early-stage lung cancer.

Investigating the Implications of a Variable RBE on Proton Dose Fractionation Across a Clinical Pencil Beam Scanned Spread-Out Bragg Peak

Purpose: To investigate the clinical implications of a variable relative biological effectiveness (RBE) on proton dose fractionation. Using acute exposures, the current clinical adoption of a generic, constant cell killing RBE has been shown to underestimate the effect of the sharp increase in linear energy transfer (LET) in the distal regions of the spread-out Bragg peak (SOBP). However, experimental data for the impact of dose fractionation in such scenarios are still limited.

Methods and Materials: Human fibroblasts (AG01522) at 4 key depth positions on a clinical SOBP of maximum energy 219.65 MeV were subjected to various fractionation regimens with an interfraction period of 24 hours at Proton Therapy Center in Prague, Czech Republic. Cell killing RBE variations were measured using standard clonogenic assays and were further validated using Monte Carlo simulations and parameterized using a linear quadratic formalism.

Results: Significant variations in the cell killing RBE for fractionated exposures along the proton dose profile were observed. RBE increased sharply toward the distal position, corresponding to a reduction in cell sparing effectiveness of fractionated proton exposures at higher LET. The effect was more pronounced at smaller doses per fraction. Experimental survival fractions were adequately predicted using a linear quadratic formalism assuming full repair between fractions. Data were also used to validate a parameterized variable RBE model based on linear α parameter response with LET that showed considerable deviations from clinically predicted isoeffective fractionation regimens.

Conclusions: The RBE-weighted absorbed dose calculated using the clinically adopted generic RBE of 1.1 significantly underestimates the biological effective dose from variable RBE, particularly in fractionation regimens with low doses per fraction. Coupled with an increase in effective range in fractionated exposures, our study provides an RBE dataset that can be used by the modeling community for the optimization of fractionated proton therapy.

Extracção supercrítica de óleo de grainha de uva combinada com pré-tratamentos enzimáticos

Neste trabalho estudou-se a extracção supercrítica do óleo de grainha de uva, usando dióxido de carbono, e combinou-se este processo com um prétratamento enzimático da semente para aumentar o rendimento global da extracção. A qualidade dos extractos obtidos foi avaliada pelo seu conteúdo em triacilglicerídeos, perfil de ácidos gordos e capacidade antioxidante. Realizaram-se também alguns estudos exploratórios sobre a aplicação de um pré-tratamento de alta pressão (HPP) à grainha da uva. Adicionalmente, efectuou-se o estudo da extracção, fraccionamento e caracterização estrutural das procianidinas da grainha da uva, bem como a avaliação da sua capacidade antioxidante. A extracção de procianidinas da grainha da uva foi efectuada sequencialmente com metanol e acetona/água, tendo sido posteriormente fraccionadas por adição sucessiva de misturas metanol/clorofórmio progressivamente mais concentradas em clorofórmio. A caracterização das procianidinas foi feita por HPLC-UV e LC–MS, antes e depois de sujeitar as amostras a uma tiólise, e também por ESI-MS e ESI-MS/MS. Este estudo permitiu reportar, pela primeira vez, a ocorrência de procianidinas do tipo-A galoiladas na grainha da uva. Os resultados de HPLC-UV permitiram determinar o grau médio de polimerização das procianidinas e a sua composição monomérica em (+)- catequina, (-)-epicatequina e (-)-epicatequina-O-galato. Mostrou-se que a (+)- catequina é o flavan-3-ol terminal mais abundante e a (-)-epicatequina predomina largamente como unidade de extensão. No caso de procianidinas do tipo A, a ligação interflavânica C2-C7 encontra-se essencialmente nas unidades terminais. O grau médio de polimerização das diversas fracções varia entre 1.0 e 10.8. A sua capacidade antioxidante, medida pelo método espectrofotométrico de DPPH•, mostrou-se ser equivalente à de uma amostra comercial de (+)-catequina usada como referência. A partir dos graus médios de polimerização experimentais e das análises de FTIR das fracções correspondentes foi possível obter um modelo preditivo O-PLS com apenas uma variável latente. O pré-tratamento enzimático justificou-se pelo conhecimento existente acerca do uso de enzimas específicas que destroem parcialmente as paredes celulares. Atendendo à composição das paredes celulares da grainha da uva preparou-se uma suspensão contendo protease, xilanase, pectinase e celulase. Para determinar as condições experimentais do pré-tratamento que maximizam o rendimento da extracção, estudou-se o efeito do tempo de reacção, temperatura, pH, diâmetro médio das partículas de grainha moída e a concentração das enzimas. Os incrementos do rendimento da extracção de óleo observados atingiram 163.2%. O estudo da extracção supercrítica (SFE) do óleo da grainha de uva tratada e não-tratada permitiu obter as curvas de extracção correspondentes, bem com analisar a influência das condições operatórias sobre o seu andamento. Montou-se uma instalação laboratorial onde se realizaram experiências com dióxido de carbono a 160, 180, 200 e 220 bar e temperaturas de 313.15 e 323.15 K. Os rendimentos obtidos por SFE foram semelhantes aos de Soxhlet com n-hexano. As curvas de extracção medidas compreendem um primeiro período de extracção, onde se remove cerca de 92-97% do óleo disponível, e um segundo período, essencialmente difusional, com pouco impacto no rendimento final. Os vários extractos recolhidos e o óleo global obtido foram caracterizados para avaliar a sua qualidade e relacioná-la com as condições operatórias de SFE. Determinaram-se o conteúdo total em triacilglicerídeos, o seu perfil de ácidos gordos e a capacidade antioxidante (AOC). Os resultados mostraram que a AOC aumenta com a elevação da pressão e, acentuadamente, com o acréscimo da temperatura. Ao longo da curva de extracção, a AOC é mais pronunciada nos extractos iniciais, nomeadamente nos primeiros 30 a 40% da extracção. A modelação efectuada considerou que o óleo extractável se reparte entre células rompidas, predominantes na periferia da semente, e células intactas, mais interiores. Admitiu-se que o transporte de massa ocorre em série, i.e. das células intactas para as rompidas e destas para o solvente; mostrou-se que a dispersão axial era desprezável. Os balanços materiais à fase fluida e aos volumes de células rompidas e intactas, combinados com os fluxos interno, externo e a relação de equilíbrio foram resolvidos numericamente pelo método das linhas combinado com diferenças finitas atrasadas. O modelo reproduziu bem as curvas experimentais e permitiu simular curvas de eluição e os três perfis de concentração no leito.

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Characterization of bioactive compounds of dealcoholized wine: valuation of distillation process

O vinho tinto é uma importante fonte de compostos fenólicos com atividade antioxidante e que estão relacionados com a prevenção de doenças cardiovasculares e cancro. Estes compostos são um sub-produto do processo de destilação vínica utilizado para produzir aguardente necessária para a produção de Vinho do Porto. Esta tese tem como objetivo valorizar os compostos fenólicos resultantes das destilarias de vinho, através do estudo da sua composição, das interações com o material polimérico do vinho, da sua estabilidade durante o armazenamento e avaliação dos seus potenciais efeitos biológicos in vitro. Isto irá permitir definir aplicações para estes compostos como ingredientes alimentares com propriedades funcionais. Dois vinhos tintos (RW1 e RW2) foram utilizados como fonte de compostos fenólicos. A fim de estudar estes compostos, cada vinho foi evaporado à pressão atmosférica, permitindo obter o respetivo vinho desalcolizado (DW1 e DW2). Os polissacarídeos e compostos fenólicos presentes nos vinhos desalcolizados foram fracionados por extração em fase sólida utilizando cartuchos C18 sep-pak. A fração hidrofóbica, rica em compostos fenólicos, foi separada em frações ricas em ácidos fenólicos, em procianidinas e em antocianinas, as quais foram usadas para avaliar a sua contribuição para a atividade antioxidante total e caracterização fenólica detalhada dos DW. Foram obtidas quantidades comparáveis de compostos fenólicos totais (1.3 g/L para RW1 e DW1, e 3.1 para RW2 e DW2), de taninos (1.2 g/L para RW1 e DW1 e 1.6 para RW2 e DW2) e de antocianinas (0.24 g/L para RW1 e DW1 e 0.41 para RW2 e DW2) para os vinhos e para os respetivos vinhos desalcolizados. A determinação da atividade antioxidante de RW e DW pelos métodos do DPPH e ABTS também originou valores semelhantes, permitindo inferir que o processo de destilação realizado não promoveu uma perda relevante de compostos fenólicos. A atividade antioxidante total de vinho deveu-se essencialmente à fração rica em antocianinas. Os dois DW foram dialisados para se obter o material polimérico dos vinhos (WPM1 e WPM2). O WPM1 e WPM2 apresentavam 1.1 e 1.3 g/L de material sólido, respetivamente. O WPM (WPM1 e WPM2) era composto por polissacarídeos (31 e 36%), proteínas (10 e 12%) e também por compostos fenólicos (32 e 43%). A análise de açúcares mostrou que as manoproteínas e as arabinogalactanas eram os principais polissacarídeos presentes. A extração do WPM com metanol deu origem a um material insolúvel em metanol (PMi) e a uma fração solúvel em metanol, que continuava a conter hidratos de carbono e compostos fenólicos, mostrando uma forte interação entre estes compostos. Para determinar a energia de ativação (Ea) da libertação dos compostos fenólicos de fracções de material polimérico do vinho, foram realizadas diálises do DW, WPM e PMi, utilizando-se quatro concentrações diferentes, a cinco temperaturas (5-40 °C). O valor da Ea foi 25 para o WPM e 61 kJ/mol para o PMi, mostrando que os compostos fenólicos do vinho podem estar associados de forma diferente à matriz polimérica e que uma fração pode estar, ainda, fortemente associada a esta matriz. A fim de avaliar a possível existência de interações seletivas com os compostos fenólicos, o WPM foi fracionado, permitindo a obtenção de uma fração rica em manoproteínas (MP), através de uma cromatografia de afinidade com concanavalina A e 3 frações ricas em arabinogalactanas (AG0, AG1 e AG2) obtidas por cromatografia de troca aniónica. Foi avaliada a difusão de nove antocianinas monoméricas através de uma membrana de diálise, em presença do WPM, e das frações ricas em MP e em AG. A diálise dos compostos fenólicos livres do vinho foi realizada como ensaio em branco. Todas as frações poliméricas mostraram capacidade para reter as antocianinas, embora em diferente extensão. Foi observada uma capacidade de retenção maior para as antocianinas acilglucosiladas do que para as antocianinas glucosiladas. A fração rica em AG teve uma maior contribuição para a capacidade de retenção das antocianinas pelo material polimérico vinho do que a fração rica em MP, principalmente quando as antocianinas estavam acetiladas. Com o objetivo de estudar formas para preservar, a longo prazo, as propriedades antioxidantes dos compostos fenólicos, o extrato de compostos fenólicos (PCE), em pó, foi armazenado em diferentes condições de luz e atmosfera, à temperatura ambiente durante 1 ano. Observou-se que o PCE armazenado no escuro, dentro de um exsicador sob atmosfera de azoto, preservou 95% da atividade antioxidante inicial. Também foram avaliadas as melhores condições para preservar as antocianinas quando em solução, armazenadas a duas temperaturas (5 e 30 ºC) durante 3 meses. A adição de 0.5 g/L de uma fração rica em polissacarídeos a um vinho armazenado a 30 ºC promoveu a proteção das antocianinas, especialmente das antocianinas cumaroiladas. Os potenciais efeitos biológicos dos compostos fenólicos foram avaliados em diferentes sistemas celulares in vitro utilizando as seguintes frações: WPM, WPS (polissacarídeos do vinho), WPC (compostos fenólicos do vinho), PA-E (fração rica em ácidos fenólicos), PR-E (fração rica em procianidinas) e APP-E (fração rica em antocianinas e procianidinas poliméricas). Foi observada uma maior viabilidade celular quando as células do carcinoma do cólon HT-29 foram expostas a dois agentes oxidantes (radiação UV e H2O2) em presença das frações PR-E e APP-E. Além disso, os extratos WPS, WPC, PR-E e APP-E mostraram propriedades anti-inflamatórias, avaliadas pela inibição da produção de NO por células de macrófagos RAW264.7, sendo o extrato APP-E (0.19 mg/mL) o que exibiu a maior capacidade anti-inflamatória. A fim de elucidar as propriedades antioxidantes dos extratos do vinho em células humanas, os glóbulos vermelhos (RBC) foram selecionados como um modelo metabolicamente simples. Os extratos WPM, WPS, WPC, PR-E, e APP-E mostraram efeito anti-hemolítico para a hemólise dos RBC provocada pelo peróxido de hidrogénio (H2O2) e pelo di-hidrocloreto de 2,2'-azo-bis(2-diaminopropano) (AAPH). Os resultados obtidos permitem concluir que o processo de desalcoolização dos vinhos à pressão atmosférica, preservou as principais características antioxidantes dos compostos fenólicos. Estes compostos podem contribuir para a defesa das células contra agentes oxidantes, nomeadamente por terem um potencial de atividades anti-inflamatória e anti-hemolítica, promovendo a viabilidade celular. A interação dos compostos fenólicos do vinho com o material polimérico permite inferir uma dosagem contínua e gradual das antocianinas vinho tinto após a sua ingestão, contribuindo para um período mais longo da sua exposição e, como consequência, dos seus potenciais benefícios para a saúde.

Distribuição por tamanhos do aerosol atmosférico na Península Ibérica

Um dos principais fatores que afetam negativamente a qualidade do ambiente em muitas cidades em todo o mundo é o material particulado (PM). A sua presença na atmosfera pode ter impactos negativos na saúde humana, clima, património edificado e ecossistemas. Muitos dos estudos realizados em áreas urbanas focam apenas as frações respiráveis (PM10 e PM2,5). No entanto, os processos de formação, a identificação das fontes emissoras e os efeitos dependem muito da distribuição granulométrica das partículas. A atenção tem recaído na análise de hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), devida à sua carcinogenicidade e a informação disponível sobre outros compostos é escassa. O presente estudo consistiu na obtenção do PM distribuído por diferentes frações de tamanho e na análise detalhada da sua composição química, em dois locais urbanos da Península Ibérica (Madrid e Lisboa). Dado que os veículos representam uma das principais fontes emissoras em ambientes urbanos, efetuou-se uma caracterização mais detalhada deste tipo de emissões, conduzindo uma campanha de amostragem num túnel rodoviário (Marquês de Pombal, Lisboa). As amostragens, em ambas as cidades, decorreram durante um mês, quer no verão quer no inverno, em dois locais urbanos distintos, um junto a uma via com influência de tráfego e outro numa área urbana de fundo. No túnel a amostragem foi realizada apenas durante uma semana. Em Madrid e no túnel, o PM foi recolhido utilizando um amostrador de elevado volume com impactor em cascata com quatro tamanhos: 10-2,5, 2,5-0,95, 0,95-0,49 e < 0,49 μm. Em Lisboa, foi utilizado um impactor em cascata com apenas dois tamanhos, 10- 2,5 e < 2,5 μm. As amostras foram quimicamente analisadas e determinadas as concentrações de compostos carbonados (OC, EC e carbonatos), iões inorgânicos solúveis em água (Cl−, NO3−, SO42−, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+),metais e compostos orgânicos. Em Madrid, as concentrações médias de PM10 foram 44 e 48% maiores nas amostras recolhidas junto à estrada do que as de fundo urbano no verão e inverno, respetivamente. A fração grosseira e o PM0,5 apresentaram concentrações mais elevadas no verão do que no inverno devido às condições climatéricas pouco usuais. No verão, as amostragens decorreram num mês em que as temperaturas foram muito elevadas e em que ocorreram vários episódios de intrusão de poeira africana. Durante o período de amostragem de inverno, as temperaturas foram muito baixas e registaram-se vários dias de precipitação quer sob a forma de chuva, quer sob a forma de neve. As situações meteorológicas sinóticas mais comuns, incluindo aquelas que causam o transporte de massas de ar com poeiras Africanas, foram identificadas em ambas as estações do ano. As concentrações mássicas de PM10, EC e OC foram encontrados predominantemente na fração de tamanho ultrafino em ambos os locais de amostragem e estações do ano. Nas restantes frações não se observou nenhuma tendência sazonal. O carbono orgânico secundário (SOC) mostrou um claro padrão sazonal, com concentrações muito mais elevadas no verão do que no inverno, em ambos os lugares. A partir do balanço mássico de iões, observou-se que, no verão, a formação de compostos inorgânicos secundários (SIC) conduziu a um enriquecimento pouco comum de Ca2+ na fração submicrométrica, quer nas amostras de tráfego, quer em fundo urbano. Os alcanos, PAHs, os álcoois e os ácidos foram as classes de compostos orgânicos identificados e quantificados no material particulado. Globalmente, representaram 0,26 e 0,11 μg m−3 no verão e inverno, respetivamente, no local de tráfego e 0,28 e 0,035 μg m−3 na área urbana de fundo. Os diferentes compostos orgânicos também apresentaram padrões sazonais, sugerindo fontes de emissão (e.g. escapes dos veículos e fontes biogénicas) ou processos de formação com contribuições variáveis ao longo do ano. As concentrações de benzoapireno equivalente foram menores que 1 ng m-3 e o risco carcinogénico estimado é baixo. No verão, os maiores enriquecimentos de metais ocorreram na fração submicrométrica, e no inverno na fração grosseira. No verão, os enriquecimentos foram ≥ 80% para o Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb e Co, no inverno, estes traçadores de emissões do tráfego foram menores, exceto para o Zn. Em Lisboa, a concentração média de PM10 foi de 48 μg m-3 no verão e de 44 μg m-3 no inverno, junto à estrada. Na área de fundo urbano, registaram-se níveis comparáveis nas duas estações (27 μg m-3 e 26 μg m-3). A média do rácio PM2,5/PM10 foi de 65% no verão e 44% no inverno na área de tráfego e 62% e 59% na área urbana de fundo. Estes resultados significam que o PM2,5 é um dos principais contaminantes que afetam a qualidade do ar no centro da cidade de Lisboa. A relação OC/EC, que reflete a composição das emissões de combustão dos veículos, variou entre 0,3 e 0,4 no interior do túnel. Os rácios de OC/EC mínimos obtidos junto às vias de tráfego em Madrid e em Lisboa encontram-se entre os do túnel e os registados em atmosferas urbanas de fundo, sugerindo que os valores mínimos habitualmente obtidos para este parâmetro em ambientes urbanos abertos sobrestimam as emissões diretas de OC pelo transporte rodoviário. Espera-se que os resultados deste trabalho contribuam para suprir, pelo menos em parte, as lacunas de informação quer sobre a composição de várias granulometrias de PM, quer sobre fontes e processos de formação em atmosferas urbanas. Como a exposição a poluentes do ar ultrapassa o controle dos indivíduos e exige ação das autoridades públicas a nível nacional, regional e até mesmo internacional, é importante propor medidas mitigadoras focadas nas principais fontes de emissão identificadas.

Structural analysis of glycans and development of microarrays from Helcobacter pylori cell surface glycome

Helicobacter pylori is a bacterial pathogen that affects more than half of the world’s population with gastro-intestinal diseases and is associated with gastric cancer. The cell surface of H. pylori is decorated with lipopolysaccharides (LPSs) composed of three distinct regions: a variable polysaccharide moiety (O-chain), a structurally conserved core oligosaccharide, and a lipid A region that anchors the LPS to the cell membrane. The O-chain of H. pylori LPS, exhibits unique oligosaccharide structures, such as Lewis (Le) antigens, similar to those present in the gastric mucosa and are involved in interactions with the host. Glucan, heptoglycan, and riban domains are present in the outer core region of some H. pylori LPSs. Amylose-like glycans and mannans are also constituents of some H. pylori strains, possibly co-expressed with LPSs. The complexity of H. pylori LPSs has hampered the establishment of accurate structure-function relationships in interactions with the host, and the design of carbohydrate-based therapeutics, such as vaccines. Carbohydrate microarrays are recent powerful and sensitive tools for studying carbohydrate antigens and, since their emergence, are providing insights into the function of carbohydrates and their involvement in pathogen-host interactions. The major goals of this thesis were the structural analysis of LPSs from H. pylori strains isolated from gastric biopsies of symptomatic Portuguese patients and the construction of a novel pathogen carbohydrate microarray of these LPSs (H. pylori LPS microarray) for interaction studies with proteins. LPSs were extracted from the cell surface of five H. pylori clinical isolates and one NCTC strain (26695) by phenol/water method, fractionated by size exclusion chromatography and analysed by gas chromatography coupled to mass spectrometry. The oligosaccharides released after mild acid treatment of the LPS were analysed by electrospray mass spectrometry. In addition to the conserved core oligosaccharide moieties, structural analyses revealed the presence of type-2 Lex and Ley antigens and N-acetyllactosamine (LacNAc) sequences, typically found in H. pylori strains. Also, the presence of O-6 linked glucose residues, particularly in LPSs from strains 2191 and NCTC 26695, pointed out to the expression of a 6-glucan. Other structural domains, namely ribans, composed of O-2 linked ribofuranose residues were observed in the LPS of most of H. pylori clinical isolates. For the LPS from strain 14382, large amounts of O-3 linked galactose units, pointing to the occurrence of a galactan, a domain recently identified in the LPS of another H. pylori strain. A particular feature to the LPSs from strains 2191 and CI-117 was the detection of large amounts of O-4 linked N-acetylglucosamine (GlcNAc) residues, suggesting the presence of chitin-like glycans, which to our knowledge have not been described for H. pylori strains. For the construction of the H. pylori LPS microarray, the structurally analysed LPSs, as well as LPS-derived oligosaccharide fractions, prepared as neoglycolipid (NGL) probes were noncovalently immobilized onto nitrocellulosecoated glass slides. These were printed together with NGLs of selected sequence defined oligosaccharides, bacterial LPSs and polysaccharides. The H. pylori LPS microarray was probed for recognition with carbohydratebinding proteins (CBPs) of known specificity. These included Le and blood group-related monoclonal antibodies (mAbs), plant lectins, a carbohydratebinding module (CBM) and the mammalian immune receptors DC-SIGN and Dectin-1. The analysis of these CBPs provided new information that complemented the structural analyses and was valuable in the quality control of the constructed microarray. Microarray analysis revealed the occurrence of type-2 Lex and Ley, but not type-1 Lea or Leb antigens, supporting the results obtained in the structural analysis. Furthermore, the H. pylori LPSs were recognised by DC-SIGN, a mammalian lectin known to interact with this bacterium through fucosylated Le epitopes expressed in its LPSs. The -fucose-specific lectin UEA-I, showed restricted binding to probes containing type-2 blood group H sequence and to the LPSs from strains CI-117 and 14382. The presence of H-type-2, as well Htype- 1 in the LPSs from these strains, was confirmed using specific mAbs. Although H-type-1 determinant has been reported for H. pylori LPSs, this is the first report of the presence of H-type-2 determinant. Microarray analysis also revealed that plant lectins known to bind 4-linked GlcNAc chitin oligosaccharide sequences bound H. pylori LPSs. STL, which exhibited restricted and strong binding to 4GlcNAc tri- and pentasaccharides, differentially recognised the LPS from the strain CI-117. The chitin sequences recognised in the LPS could be internal, as no binding was detected to this LPS with WGA, known to be specific for nonreducing terminal of 4GlcNAc sequence. Analyses of the H. pylori LPSs by SDS-PAGE and Western blot with STL provided further evidence for the presence of these novel domains in the O-chain region of this LPS. H. pylori LPS microarray was also applied to analysis of two human sera. The first was from a case infected with H. pylori (H. pylori+ CI-5) and the second was from a non-infected control.The analysis revealed a higher IgG-reactivity towards H. pylori LPSs in the H. pylori+ serum, than the control serum. A specific IgG response was observed to the LPS isolated from the CI-5 strain, which caused the infection. The present thesis has contributed to extension of current knowledge on chemical structures of LPS from H. pylori clinical isolates. Furthermore, the H. pylori LPS microarray constructed enabled the study of interactions with host proteins and showed promise as a tool in serological studies of H. pyloriinfected individuals. Thus, it is anticipated that the use of these complementary approaches may contribute to a better understanding of the molecular complexity of the LPSs and their role in pathogenesis.

Isolamento e caracterização de uma proteína tóxica produzida por um isolado açoriano de Bacillus weihenstephanensis

Dissertação de Mestrado, Biotecnologia em Controlo Biológico, 27 de Junho de 2013, Universidade dos Açores.

Cytotoxicity Induced by Extracts of Pisolithus tinctorius Spores on Human Cancer and Normal Cell Lines—Evaluation of the Anticancer Potential

Fungi have been considered a potential source of natural anticancer drugs. However, studies on these organisms have mainly focused on compounds present in the sporocarp and mycelium. The aim of this study was to assess the anticancer potential of fungal spores using a bioassay-guided fractionation with cancer and normal cell lines. Crude extracts from spores of the basidiomycetous fungus Pisolithus tinctorius were prepared using five solvents/solvent mixtures in order to select the most effective crude extraction procedure. A dichloromethane/methanol (DCM/MeOH) mixture was found to produce the highest extraction yield, and this extract was fractionated into 11 fractions. Crude extracts and fractions were assayed for cytotoxicity in the human osteocarcinoma cell line MG63, the human breast carcinoma cell line T47D, the human colon adenocarcinoma cell line RKO, and the normal human brain capillary endothelial cell line hCMEC/D3. Cytotoxicity was assessed by the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) reduction assay. The results showed a reduction in cancer cell viability of approximately 95% with 4 of 11 fractions without a significant reduction in viability of hCMEC/D3 cells. Data demonstrated that spores of P. tinctorius might serve as an interesting source of compounds with potential anticancer properties.

Evolution of an Archean greenstone belt in the Stormy Lake - Kawashegamuk Lake area (stratigraphy, structure and geochemistry) - Western Wabigoon Subprovince, Northwest Ontario /

330 km 2 of the easter-n part of the Archean Manitou Lakes - Stormy Lake metavolcanic - metasedimentary belt have been mapped and sampled. A large number of rocks ~.vere analyzed for the major and trace constituents including the rare-earth elements (REE). The Stormy Lake - Kawashegamuk Lake area may be subdivided into four major lithological groups of supracrustal rocks 1) A north-facing mafic assemblage, consisting of pillowed tholeiitic basalts and gabbro sills characterized by flat REE profiles, is exposed in the south part of the map area and belongs to a 8000 m thick homoclinal assemblage outside the map area. Felsic pyroclastic rocks believed to have been issued from a large central vent conformably overlie the tholeiites. 2) A dominantly epiclastic group facing to the north consists of terrestrial deposits interpreted to be an alluvial fan deposit ; a submarine facies is represented by turbiditic sediments. 3) The northeastern part of the study area consists of volcanic rocks belonging to two mafic - felsic cycles facing to the southuest ; andesitic flows with fractionated REE patterns make up a large part of the upper cycle, whereas the lower cycle has a stronger chemical polarity being represented by tholeiitic flows, with flat REE, which a r e succeeded by dacitic and rhyolitic pyroclasti cs. iii 4) A thick monotonous succession of tholeiitic pillmled basalt f lows and gabbro sills with flat REE represent the youngest supracrustal rocks. TIle entire belt underwent folding, faulting and granitic plutonism during a tectono-thermal event around 2700 Ma ago. Rocks exposed in the map area were subjected to regional greenschist facies metamorphism, but higher metamorphic grades are present near late granitic intrusions. Geochemical studies have been useful in 1) distinguishing the various rock units ; 2) relating volcanic and intrusive rocks 3) studying the significance of chemical changes due to post magmatic processes 4) determining the petrogenesis of the major volcanic rock types. In doing so, two major volcanic suites have been recognized : a) a tholeiitic suite, mostly represented by mafic rocks, was derived from partial melting of upper mantle material depleted in Ti, K and the light REE ; b) a calc-alkalic suite which evolved from partial melting of amphibolite in the lower crust. The more differentiated magma types have been produced by a multistage process involving partial melting and fractional crystallization to yield a continuum of compos i t i ons ranging from basaltic andesite to rhyolite. A model for the development of the eastern part of the Manitou Lakes - Stormy Lake belt has been proposed.

A geochemical and petrological study of volcanic rocks in the Beardmore-Geraldton Archaean Greenstone Belt, Northwestern Ontario

Three repetitive sequences of northward youngIng, east striking, linear, volcano-sedimentary units are found in the late Archaean BeardmoreGeraldton greenstone belt, situated within the Wabigoon subprovince of the Superior Province of northwestern Ontario. The volcanic components are characterised by basaltic flows that are pillowed at the top and underlain by variably deformed massive flows which may In part be intrusive. Petrographic examination of the volcanic units indicates regional metamorphism up to greenschist facies (T=3250 C - 4500 C, P=2kbars) overprinted by a lower amphibolite facies thermal event (T=5750 C, P=2kbars) confined to the south-eastern portion of the belt. Chemical element results suggest olivine, plagioclase and pyroxene are the main fractionating mineral phases. Mobility studies on the varIOUS chemical elements indicate that K, Ca, Na and Sr are relatively mobile, while P, Zr, Ti, Fet (total iron = Fe203) and Mg are relatively immobile. Discriminant diagrams employing immobile element suggests that the majority of the samples are of oceanic affinity with a minor proportion displaying an island arc affinity. Such a transitional tectonic setting IS also refle.cted in REE data where two groups of volcanic samples are recognised. Oceanic tholeiites are LREE depleted with [La/Sm] N = 0.65 and a relatively flat HREE profile with [Sm/Yb] N = 1.2. Island arc type basalts (calc-alkaline) are LREE enriched, with a [La/Sm] N = 1.6, and a relatively higher fractionated HREE profile with [Sm/Yb] N = 1.9. Petrogenetic modelling performed on oceanIC tholeiites suggests derivation from a depleted spinel lherzolite source which undergoes 20% partial melting. Island arc type basalts can be derived by 10% partial melting of a hypothetical amphibolitised oceanic tholeiite source. The majority of the volcanic rocks in the Beardmore-Geraldton Belt are interpreted to represent fragments of oceanic crust trapped at a consuming plate margin. Subsequent post accretionary intrusion of gabbroic rocks (sensu lato) with calc-alkaline affinity is considered to result in the apparent hybrid tectonic setting recognized for the BGB.