Produção de bioetanol a partir de resíduos industriais de alfarroba: cinética de inibição do etanol para diferentes concentrações do nutriente limitante. Fermentação com recirculação de células livres e células imobilizadas

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

Desempenho da flotação por ar dissolvido na remoção de cianobactérias de diferentes morfologias

A presença de cianobactérias em reservatórios utilizados para produção de água para consumo humano representa um elevado risco para a saúde pública. Estes organismos contribuem para a redução da qualidade da água e têm a capacidade de produzir cianotoxinas que podem afectar a saúde humana e animal. Existem casos em todo o mundo de intoxicação letal de diversos animais por consumo de água de lagos contaminados com cianobactérias, e mesmo casos de morte de humanos, atribuídas à exposição de cianotoxinas. De modo a fazer face a este crescente problema é necessário desenvolver e implementar tecnologias de tratamento de água nas ETA que permitam fazer face a uma florescência de cianobactérias num reservatório de água destinado ao abastecimento humano. Neste trabalho avaliou-se a capacidade do processo C/F/DAF na remoção cianobactérias de diferentes morfologias, células e colónias de M. aeruginosa e filamentos de P. rubescens, em águas sintéticas hidrofóbicas e hidrofílicas, com concentração de DOC moderada e moderada/elevada. Assim como da sequência C/F/DAF→NF na remoção de células e de toxinas de cianobactérias. A remoção de NOM e o seu efeito na remoção de cianobactérias foram também avaliados. Concluiu-se que o processo C/F/DAF é eficiente na remoção de cianobactérias de diferentes morfologias, com remoções entre 78 e 100% de MC intra. No entanto, a morfologia que apresentou remoções mais elevadas foram os filamentos, enquanto as colónias apresentaram valores mais baixos. Globalmente, verificou-se que o aumento da concentração de NOM facilita a remoção de cianobactérias, sendo que as águas hidrofóbicas apresentaram-se mais fáceis de tratar por C/F/DAF. Por sua vez, o tratamento C/F/DAF→NF, é uma opção eficiente para fazer face a um eventual bloom de cianobactérias em ETA, uma vez que a remoção de cianobactérias (em MC intra e chl_a) foi de 100% e a remoção de microcistina extracelular de 95%, aproximadamente.

Effect of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) on the proliferation and extracellular matrix mineralization and gene expression of gilthead seabream skeletal cell lines

The aquaculture industry aims at replacing significant amounts of marine fish oil by vegetable oils in fish diet. Dietary lipids have been shown to alter the fatty acid composition of bone compartments, which would impact the local production of factors controlling bone formation. Knowledge on the mechanisms underlying the nutritional regulation of bone metabolism is however scarce in fish. Two in vitro bone-derived cell systems developed from seabream (an important species for aquaculture in the Mediterranean region) vertebra, capable of in vitro mineralization and exhibiting prechondrocyte (VSa13) and pre-osteoblast (VSa16) phenotype, were used to assess the effect of certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs; arachidonic (AA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids) on cell proliferation, extracellular matrix (ECM) mineralization and gene expression. While all PUFAs promoted morphological changes in both cell lines, VSa16 cell proliferation appeared to be stimulated by PUFAs in a dose dependent manner until 100M, whereas proliferation of VSa13 cells was impaired at concentrations above 10M. AA, EPA and DHA inhibited VSa13 ECM mineralization, alone and in combination, while VSa16 ECM mineralization was only inhibited by AA and EPA. DHA had the opposite effect, increasing mineralization almost by 2 fold. When EFAs were combined, DHA apparently compensated for the inhibitory effect of AA and EPA. Expression of marker genes for bone and lipid metabolisms has been investigated by qPCR and shown to be regulated in pre-osteoblasts exposed to individual PUFAs. Our results show that PUFAs are effectors of fish bone cell lines, altering cell morphology, proliferation and mineralization when added to culture medium. This work also demonstrates the suitability of our in vitro cell systems to get insights into mineralization-related effects of PUFAs in vivo and to evaluate the replacement of fish oils by vegetable oil sources in fish feeds.

Estudo da contribuição dos smart polymers na eficácia e segurança do tratamento antineoplásico

O cancro é uma das mais conhecidas e temidas doenças existentes e, como tal, existe um grande interesse no desenvolvimento de métodos de tratamento das afeções tumorais. Os grandes avanços da quimioterapia têm dado ótimos resultados no tratamento do cancro. Contudo, a administração de fármacos antineoplásicos não garante uma elevada eficácia pois os tecidos tumorais apresentam propriedades estruturais que dificultam o transporte de agentes terapêuticos, como a disposição heterogénea dos vasos sanguíneos, a ausência de sistema linfático funcional, as inúmeras barreiras de transporte que o fármaco enfrenta até chegar às células alvo ou a disparidade da expressão de antigénios e recetores nas próprias células. Para além disso, os agentes quimioterapêuticos exibem elevada toxicidade não específica, afetando tanto as células tumorais como as células saudáveis, o que resulta frequentemente em severos efeitos secundários. Se a dose for reduzida para diminuir estes efeitos, a eficácia do tratamento diminuirá também; por outro lado, o aumento da dose, apesar de permitir um melhor controlo do crescimento do tumor, leva também a uma maior toxicidade nos tecidos saudáveis. Para contornar este efeito têm-se desenvolvido diferentes tipos de sistemas de libertação de fármacos com o objetivo de maximizar o direcionamento para os tumores e minimizar a toxicidade sistémica. Entre estas alternativas figuram os chamados smart polymers, que são macromoléculas que sofrem rápidas e reversíveis mudanças na sua estrutura em resposta a estímulos, os quais correspondem geralmente a pequenas alterações no meio, como pH, temperatura, incidência de radiação ou presença de determinadas substâncias químicas. Assim, associando um fármaco a um destes polímeros, em geral recorrendo a técnicas de encapsulação, é possível fazer com que a libertação do fármaco ocorra apenas nas células tumorais, seja por estas apresentarem as características necessárias para alterar a estrutura dos polímeros (acidez ou temperatura diferente das células saudáveis, por exemplo) ou por se conferir externamente à zona do tumor essas mesmas características (por exemplo, incidindo radiação na zona afetada). Os smart polymers têm outras vantagens. Os fármacos conjugados com estes polímeros têm tendência para se acumularem nos tecidos tumorais devido aos altos efeitos de permeabilidade e retenção nestas células e também demonstram menor toxicidade sistémica comparativamente com o fármaco livre. Além disso, os sistemas de libertação poliméricos podem permitir o aumento do tempo de semivida plasmático e da solubilidade dos fármacos de baixo peso molecular, assim como a sua libertação controlada. Com este trabalho pretende-se estudar mais profundamente de que forma é que a utilização dos smart polymers pode aumentar a eficácia e diminuir a toxicidade sistémica das terapias anticancerígenas no tratamento de afeções tumorais.

The effect of sucrose on protein stability and fibrillation of prion and S6 protein

Aggregation and fibrillation of proteins have a great importance in medicine and industry. Misfolding and aggregation are the basis of many neurodegenerative diseases like Alzheimer and Parkinson. Osmolytes are molecules that can accumulate within cells and act as protective agents and they can inclusively act as protein stabilizers when cells are exposed to stress conditions. Osmolytes can also act as protein stabilizers in vitro. In this work, two different proteins were studied, the ribosomal protein from Thermus thermophilus and the mouse prion protein. The existence of an unstructured N-terminal on the prion protein does not affect its stability. The effect of the osmolyte sucrose on the fibrillation and stabilization of these two proteins was studied through kinectic and equilibrium measurements. It was shown that sucrose is able to compact the native structure of S6 protein in fibrillization conditions. Sucrose affects also folding and unfolding kinetic of S6 protein, delaying unfolding and increasing folding rate constants. The mechanism of stabilization by sucrose is non-specific because it is distributed for all protein structure, as it was demonstrated by a protein engineering approach. Sucrose delays the process of formation and elongation of S6 and prion protein from mouse. This delay is the result of the compaction of the native structure refered above. However, cellular toxicity studies have shown that fibrils formed in the presence of sucrose are more toxic to neuronal cells.

Study of transcripts and reactive oxygen species involved in the defence responses of Quercus suber against Phytophthora cinnamomi

The present work has the merit of exploring an insight into the activation of defence genes of Quercus suber during response to infection by Phytophthora cinnamomi. Thus, cDNA-AFLP methodology was used to identify gene fragments differentially present in the mRNA profiles of host cells of micropropagated Q. suber plantlets roots infected with zoospores of P. cinnamomi at different post challenge time points. Six candidate genes were selected based on their interesting cDNA-AFLP expression patterns and homology to genes known to play a role in defence. These six genes encode a cinnamyl alcohol dehydrogenase 2 (QsCAD2), a protein disulphide isomerase (QsPDI), a CC-NBS-LRR resistance protein (QsRPc), thaumatin-like protein (QsTLP), chitinase (QsCHI) and a 1,3-beta glucanase (QsGLU). The current work has been successful in evaluation of the expression of these genes by qRT-PCR. Data analysis revealed that transcript levels of QsRPc, QsCHI, QsCAD2 and QsPDI increased during the early hours of inoculation, while transcript profiles of thaumatin-like protein showed decreasing. No expression was detected for 1,3-beta-glucanase (QsGLU). Furthermore, the choice of suitable reference genes in any new experimental system is absolutely crucial in qRT-PCR; for this reason in this study and for the first time a set of potential reference genes were analyzed and validated for qRT-PCR normalization in the patho-system Phytophthora-Q. suber. Four candidate reference genes polimerase II (QsRPII), eukaryotic translation initiation factor 5A(QsEIF-5A), b-tubulin (QsTUB) and a medium subunit family protein of Clathrin adaptor complexes (QsCACs) were evaluated to determine the most stable internal references in Q. suber. Analysis of stability of genes was carried out using Genex software. Results indicated all these four potential reference genes assumed stable expression. Data analysis revealed that QsRPII and QsCACs were the two most stable genes, while genes QsTUB and QsEIF-5A were the third and the fourth most stable gene, respectively. In this study, a plasmid-based quantitative PCR method was developed to measure P. cinnamomi colonization during infection process of Q. suber. Plasmid-based detection of P. cinnamomi showed a gradual accumulation of the pathogen DNA in cork oak root tips up to 24 h post infection. The higher increase in P. cinnamomi/plasmid DNA ratio occurred between 18 and 24 h. One of the primary objectives of this research was to study the effect of cinnamomins (elicitins secreted by P. cinnamomin) on inducing defence mechanism against the pathogen, as recent histological and ultra-structural studies showed that P. cinnamomi was restricted to the outer cortex root fragments pre-treated with capsicien and cryptogein, suggesting that elicitins can stimulate plant defence reactions against P. cinnamomi. To complement these studies and to have a clear view of the nature of the interaction, the role of cinnamomins in the production of the oxidative burst [ROS and ROS scavenging enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD)] and in the defence responses was evaluated. Cork oak seedlings were pretreated with alpha-cinnamomin and then inoculated with P. cinnamomi mycelia. Results showed a significant higher production of reactive oxygen species (ROS) (H2O2 and O2•-) in elicitin and non-elicitin treated roots in interaction with P. cinnamomi in comparison to the corresponding control. The plant group inoculated with the pathogen after cinnamomin treatment showed an earlier increase in H2O2 production but this was lower as compared with that group inoculated with P. cinnamomi alone. Also, in elicitin pre-treated group generally, a lower level of O2•− production during infection was observed as compared with inoculated roots with P. cinnamomi alone without elicitin treatment. Furthermore, in this study, we evaluated activities of antioxidant enzymes upon challenge with P. cinnamomi, with and without pretreatment with alpha cinnamomin. Results indicated that the activities of defense enzymes POD, SOD and CAT increased after P. cinnamomi inoculation when compared with those in the control group. Also, in the group treated with alpha-cinnamomin followed by P. cinnamomi inoculation, a higher level of enzymatic activities was detected as compared with elicitin non-treated group, which suggest the protective effect of alpha-cinnamomin against the pathogen due to higher elevated levels of defense enzymes POD, SOD and CAT during the infection period. Furthermore, a sensitive qPCR method was applied to measure the pathogen biomass in elicited and non-elicited Q. suber roots challenged with P. cinnamomi to elucidate the effect of cinnamomins on the colonization of P. cinnamomi. Plasmid-based quantification of P. cinnamomi showed a significant decrease in accumulation of the pathogen DNA in cork oak roots after treatment with alpha and beta-cinnamomins which attest the role of cinnamomins in promoting defense responses in cork oak against P. cinnamomi invasion.

Sistemas nanoparticulados e a vetorização de fármacos no tratamento do cancro

O cancro é hoje em dia um dos principais fatores de morbilidade e mortalidade. No ano de 2010, o National Institute of Health estimou os custos associados ao cancro em cerca de 263,8 biliões de dólares. Desta forma, a investigação nesta área continua a procurar formas de otimizar os tratamentos, aliviando o sofrimento dos doentes e reduzindo os custos associados à doença. O tratamento do cancro tem evoluído no sentido de atingir uma maior seletividade para as células tumorais. As limitações associadas à quimioterapia com apenas um fármaco conduziram ao aparecimento de novas estratégias, nas quais se combinam diferentes terapêuticas, com diferentes mecanismos de ação, levando a um efeito sinergístico. Esta estratégia permite a administração de uma menor dose de cada fármaco, diminuindo assim os efeitos adversos. No entanto, existem limitações clínicas para estas terapêuticas convencionais relacionadas com as propriedades dos transportadores das membranas celulares, a baixa biodisponibilidade e a distribuição dos fármacos junto das células tumorais. A pesquisa de novas estratégias tornou-se uma necessidade para a obtenção de uma distribuição mais efetiva e especifica dos fármacos nas células tumorais. Assim, os nanossistemas foram extensamente estudados para aumentar a eficácia dos tratamentos. A nanotecnologia, através da encapsulação dos fármacos, permitiu melhorar os parâmetros farmacocinéticos dos fármacos, tendo ainda a vantagem de se poder fazer uma vetorização para as células tumorais, tendo por base o reconhecimento de recetores.

O efeito protector da criatividade face à depressão, à ansiedade e ao stresse em reclusos de estabelecimentos prisionais do Algarve

A criatividade é um potencial que cada indivíduo possui, encontrando-se relacionada com a resolução de problemas, a adaptação e o coping. Esta encontra-se ainda relacionada com indicadores de saúde mental, assim como de psicopatologia. No entanto, a literatura sugere algumas lacunas, havendo a necessidade de compreender melhor as relações entre essas variáveis, assim como de investir em estudos com grupos minoritários. Entre esses grupos, encontram-se a população reclusa, existindo muito pouco investigação nesse âmbito. Esta investigação tem, portanto, como objectivo estudar o possível efeito protector da criatividade face ao mal-estar experienciado durante a reclusão, em termos de depressão, ansiedade e stresse. Os instrumentos utilizados para a avaliação foram a Escala de Personalidade Criativa (EPC) e as Escalas de Ansiedade, Depressão e Stresse de 21 itens (EADS-21). A amostra era constituída por 107 reclusos pertencentes a estabelecimentos prisionais da região do Algarve. Através dos resultados observou-se que a criatividade está relacionada de forma negativa com a depressão e a ansiedade, actuando como um preditor da diminuição dos níveis de depressão, ansiedade e stresse avaliados. Isto sugere que a criatividade poderá ter um efeito protector face a estes indicadores de mal-estar, contribuindo para uma melhor saúde mental dos reclusos.

Study of influence of regulatory polymorphisms of expression in development of breast cancer

The human genome has millions of genetics variants that can affect gene expression. These variants are known as cis-regulatory variants and are responsible for intra-species phenotypic differences and individual susceptibility to disease. One of the diseases affected by cis-regulatory variants is breast cancer. Breast cancer is one of the most common cancers, with approximately 4500 new cases each year in Portugal. Breast cancer has many genes mutated and TP53 has been shown to be relevant for this disease. TP53 is one of the most commonly mutated genes in human cancer and it is involved in cell cycle regulation and apoptosis. Previous work by Maia et al has shown that TP53 has differential allelic expression (DAE), which suggests that this gene may be under the influence of cis-regulatory variants. Also, its DAE pattern is totally altered in breast tumours with normal copy number. We hypothesized that cis-regulatory variants affecting TP53 may have a role in breast cancer development and treatment. The present work aims to identify the cis-regulatory variants playing a role in TP53 expression, using in silico, in vitro and in vivo approaches. By bioinformatic tools we have identified candidate cis-regulatory variants and predicted the possible transcription factor binding sites that they affect. By EMSA we studied DNA-protein interactions in this region of TP53. The in silico analysis allowed us to identified three candidate cis-regulatory SNPs which may affect the binding of seven transcription factors. However, the EMSA experiments have not been conclusive and we have not yet confirmed whether any of the identified SNPs are associated with gene expression control of TP53. We will carry out further experiments to validate our findings.

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.

Inibição da angiogénese em tumores sólidos: aplicação dos lipossomas catiónicos

Este trabalho pretende abordar a aplicabilidade dos lipossomas catiónicos como veículos de terapia anti-angiogénica, bem como verificar o seu efeito em diversos tipos de cancro. O termo angiogénese define-se como o processo de formação de novos vasos a partir de uma vasculatura pré-existente. Este processo é regulado por várias vias de transdução de sinal que envolvem múltiplos fatores como, por exemplo, o VEGF, o mais potente indutor angiogénico conhecido. A angiogénese é essencial para o crescimento tumoral, pois permite um maior aporte de nutrientes e oxigénio para as células hipóxicas do interior do tumor, que se traduz num aumento da proliferação celular. Nos últimos anos, surgiu um grande interesse na capacidade dos lipossomas catiónicos em reconhecer seletivamente as células endoteliais da vasculatura tumoral. A modificação dos constituintes dos lipossomas catiónicos, como por exemplo a inclusão de polietilenoglicol, permite ultrapassar as principais desvantagens da utilização deste tipo de formulações, como a toxicidade e a rápida eliminação do organismo. A utilização de lipossomas catiónicos na veiculação de terapia anti-angiogénica permite uma maior acumulação dos fármacos nas células-alvo, não só aumentando a eficácia terapêutica como reduzindo a toxicidade associada. Esta estratégia poderá revelar-se um enorme passo na terapia contra o cancro, não só na inibição da progressão tumoral como também, em combinação com a quimioterapia convencional, no aumento das taxas de cura.

Empatia e reconhecimento de emoções: o efeito do género e a relação da empatia com o alvo

A literatura mostra que a empatia se relaciona com o reconhecimento de emoções (e.g., Dimberg, Andréasson, & Thunberg, 2011) e é influenciada pelo alvo percecionado (Rueckert, Branch, & Doan, 2011). Uma das justificações para o efeito do alvo parece dever-se ao self-construto interdependente (Davis, 2004). As diferenças de género são relevantes, uma vez que as mulheres demonstram ser superiores aos homens na capacidade empática (e.g., Davis, 1980), no reconhecimento de emoções (e.g., Hall & Matsumoto, 2004), no grau de empatia sentida face a relações próximas (Rueckert et al., 2011) e na tendência para ser interdependente (e.g., Gore & Cross, 2011). O objetivo deste estudo foi observar a relação da empatia com a capacidade de reconhecer emoções e com o alvo de empatia, tendo em consideração as diferenças de género do observador. Para a realização do estudo utilizou-se uma amostra de conveniência, constituída por 150 participantes (50% mulheres), com idades compreendidas entre os 18 e os 63 anos. Os resultados mostram que a empatia não se relaciona, no global, com a capacidade de reconhecer expressões faciais emocionais. Observou-se também que existe um efeito do alvo no grau de empatia sentida pelo participante. Os participantes empatizam mais quando o alvo é um amigo do que quando é um indivíduo desconhecido ou com o qual não se identificam. Ambas as escalas de empatia se correlacionaram positivamente com a Escala de Self-Construto Interdependente. As diferenças de género foram observadas na capacidade empática e limitadas a algumas emoções no reconhecimento de expressões faciais. Não se observaram diferenças no grau de empatia sentida pelo alvo de empatia nem no índice de interdependência dos participantes. Quanto ao reconhecimento de emoções, a alegria, a surpresa e a raiva foram as mais facilmente reconhecidas, sendo a alegria e a raiva as mais rápidas. O medo foi a emoção com um índice de acertos mais baixo e um maior tempo despendido com o seu reconhecimento. Os resultados foram discutidos com base na literatura já existente.

Neuroendocrinologia do comportamento social no ciclídeo africano Oreochromis mossambicus: mecanismos reguladores e modulação social da reprodução

A reprodução em teleósteos é controlada pelo eixo hipotálamo-pituitária-gónada (HPG) que modula a gametogénese, o desenvolvimento dos caracteres secundários e a expressão do comportamento reprodutor. A informação sobre fatores endógenos e exógenos é integrada no cérebro e a atividade do eixo HPG é regulada, fazendo com que traços comportamentais sejam expressos no momento e no contexto certos. Fatores exógenos relacionados com condições físicas do ambiente (e.g. temperatura e fotoperíodo) têm o papel principal no controlo da reprodução. No entanto, o estatuto social e o contexto social têm sido menos estudados. Mecanismos hormonais e neuroendócrinos são muito conservados ao longo dos vertebrados, fazendo dos peixes um bom modelo para o estudo da endocrinologia do comportamento. Os objetivos gerais deste trabalho consistem em determinar de que forma o contexto social interfere na expressão do comportamento e o papel de mecanismos hormonais e neuroendócrinos nesse processo, sendo abordados dois mecanismos, os androgénios e os neuropéptidos arginina vasotocina (AVT) e Isotocina (IT), dando-se especial relevância à AVT. A tilápia moçambicana (Oreochromis mossambicus) foi o modelo usado. A a sua biologia é bem conhecida, é muito adaptável a condições artificiais, e que tem uma importância económica crescente. Esta espécie possui um sistema social elaborado, com machos a organizarem-se em arenas reprodutoras, onde escavam depressões no substrato, para as quais atraem as fêmeas para a reprodução. Todos os trabalhos apresentados nesta dissertação tiveram como como sujeito focal o macho. Esta tese está organizada quatro capítulos. No capítulo I- Introdução geral, é apresentada uma revisão da literatura relevante para enquadrar o presente trabalho. Os capítulos II e III englobam os 4 artigos científicos que foram redigidos, denominados de artigo 1 a 4, consoante a ordem em que são apresentados na tese. O capítulo II, intitulado “Modulação social da reprodução”, é apresentado um estudo (artigo 1) que aborda o efeito do ambiente social no comportamento e no estado fisiológico da tilápia moçambicana. Com este trabalho pretendia-se perceber qual o efeito do contexto de instabilidade social nos níveis plasmáticos hormonais e a influência destes contextos na criação de padrões de comportamento. Gerou-se com sucesso um cenário de instabilidade social, através da substituição de machos dominantes entre replicados, por oposição ao contexto social estável em que os animais foram retirados e reintroduzidos no mesmo aquário. Em contexto social instável verificou-se tal como esperado, um aumento do comportamento agonístico. Apesar da agressividade não ter sido acompanhada pelo aumento dos níveis hormonais, os resultados sugerem que os androgénios funcionam como fator de reforço da integração na criação de padrões comportamento em contexto social instável, mostrando assim uma otimização do comportamento em períodos de instabilidade social. No capítulo III, intitulado “Mecanismos reguladores do comportamento social”, são apresentados três artigos e foi dividido em duas secções. Na primeira é abordado o papel dos androgénios (artigo 2) e na segunda o papel da AVT e IT (artigo 3 e 4) na regulação do comportamento social. Em relação ao estudo do papel dos androgénios (artigo 2), pretendeu-se estudar o efeito da falta de androgénios em circulação na exibição do comportamento agonístico e reprodutor. Para tal, procedeu-se à castração de machos de tilápia. A remoção integral das gónadas baixou os níveis de androgénios em cerca de 90% para a testosterona e quase 100% para 11KT e provocou uma completa abolição do comportamento reprodutor (construção do ninho, coloração nupcial e corte), no entanto o comportamento agonístico não foi afetado. Revelou-se desta forma que o mecanismo de regulação do comportamento reprodutor e agonístico é diferente, com os androgénios como agentes mediadores do comportamento reprodutor e moduladores do comportamento agonístico, uma vez que a literatura existente relaciona os androgénios com o comportamento agonístico nesta espécie. O estudo da regulação da AVT e IT em função do estatuto social foi efetuado com duas abordagens diferentes, resultando em dois artigos científicos (artigo 3 e 4). A primeira tinha como objetivo perceber se a AVT e IT estava distribuída por todo o cérebro em quantidades mensuráveis ou apenas em alguma área específica, além de perceber qual a diferença dos níveis cerebrais e glândula pituitária entre machos dominantes e subordinados. Procedeu-se ao doseamento da AVT e IT no cérebro através de cromatografia de fase líquida (high performance liquid cromatography, HPLC) em machos dominantes e subordinados (com o estatuto estabilizado há pelo menos 5 semanas). O cérebro foi dividido em 7 áreas [bolbos olfativos, telencéfalo, teto ótico, diencéfalo, cerebelo, rombencéfalo e pituitária (considerada como área cerebral para efeitos comparativos)]. Verificou-se que a área que apresentou uma maior concentração de neuro péptidos (AVT e IT) foi a pituitária, seguida dos bolbos olfactivos e finalmente as restantes áreas. A existência destes neuropéptidos no bolbo olfactivo sugere que a AVT e IT estão implicadas no mecanismo de reconhecimento social. Esta relação tem particular importância para esta espécie uma vez que a Tilápia usa o mecanismo do olfacto, por exemplo para o reconhecimento do estado reprodutivo das fêmeas. Machos subordinados apresentaram concentrações de AVT superiores na pituitária, o que sugere a influência da AVT num processo fisiológico específico relacionado com a subordinação. Uma vez que machos subordinados armazenam menos urina do que machos dominantes (machos dominantes armazenam grandes quantidades de urina que libertação de forma pulsátil, de forma dependente do contexto, aumentando o número de pulsos na presença de machos rivais ou fêmeas pré-ovuladas). A AVT pode estar a exercer um efeito antidiurético nos machos subordinados diminuindo assim a produção de urina. Machos dominantes apresentaram valores superiores de IT no rombemcéfalo, sugerindo que a isotocina pode estar relacionada com o comportamento social em dominantes. Para avaliar o efeito do estatuto na organização dos grupos neuronais produtores de AVT (situados na área pré-ótica) foram criadas condições semelhantes à situação anterior, neste caso foram contabilizados os neurónios imunorreativos à AVT na área pré-ótica e medida a área dos corpos celulares em machos dominantes, subordinados e fêmeas. Os grupos neuronais da área pré-ótica são constituídos por células parvocelulares (pPOA), magnocelulares (mPOA) e gigantocelulares (gPOA). A literatura relaciona uma maior expressão de células pPOA em machos subordinados e gPOA em dominantes, no entanto os resultados do artigo 4 mostraram que machos subordinados aumentaram a área dos corpos celulares de todos os grupos neurais, e todos os grupos apresentam projeções para pituitária (apesar de projetarem para outra áreas) sugerindo que este aumento generalizado do tamanho das células implica um aumento da produção de AVT direcionada para a pituitária. As células (principalmente a área dos corpos celulares) correlacionaram-se negativamente com o comportamento agressivo e positivamente com o comportamento de fuga, sugerindo uma inibição geral do comportamento reprodutor e agonístico em machos subordinados. O tamanho das células mPOA está inversamente associado ao peso do rim o que sugere um efeito deste grupo neural no rim provavelmente implicado no mecanismo antidiurético em machos subordinados.

Electrical characterization of metal-oxide-polymer devices for non-volatile memory applications

The objective of this thesis is to study the properties of resistive switching effect based on bistable resistive memory which is fabricated in the form of Al2O3/polymer diodes and to contribute to the elucidation of resistive switching mechanisms. Resistive memories were characterized using a variety of electrical techniques, including current-voltage measurements, small-signal impedance, and electrical noise based techniques. All the measurements were carried out over a large temperature range. Fast voltage ramps were used to elucidate the dynamic response of the memory to rapid varying electric fields. The temperature dependence of the current provided insight into the role of trapped charges in resistive switching. The analysis of fast current fluctuations using electric noise techniques contributed to the elucidation of the kinetics involved in filament formation/rupture, the filament size and correspondent current capabilities. The results reported in this thesis provide insight into a number of issues namely: (i) The fundamental limitations on the speed of operation of a bi-layer resistive memory are the time and voltage dependences of the switch-on mechanism. (ii) The results explain the wide spread in switching times reported in the literature and the apparently anomalous behaviour of the high conductance state namely the disappearance of the negative differential resistance region at high voltage scan rates which is commonly attributed to a “dead time” phenomenon which had remained elusive since it was first reported in the ‘60s. (iii) Assuming that the current is filamentary, Comsol simulations were performed and used to explain the observed dynamic properties of the current-voltage characteristics. Furthermore, the simulations suggest that filaments can interact with each other. (iv) The current-voltage characteristics have been studied as a function of temperature. The findings indicate that creation and annihilation of filaments is controlled by filling and neutralizing traps localized at the oxide/polymer interface. (v) Resistive switching was also studied in small-molecule OLEDs. It was shown that the degradation that leads to a loss of light output during operation is caused by the presence of a resistive switching layer. A diagnostic tool that predicts premature failure of OLEDs was devised and proposed. Resistive switching is a property of oxides. These layers can grow in a number of devices including, organic light emitting diodes (OLEDs), spin-valve transistors and photovoltaic devices fabricated in different types of material. Under strong electric fields the oxides can undergo dielectric breakdown and become resistive switching layers. Resistive switching strongly modifies the charge injection causing a number of deleterious effects and eventually device failure. In this respect the findings in this thesis are relevant to understand reliability issues in devices across a very broad field.

Differential regulation of hippocampal neurogenesis by nitric oxide following seizures

The fact that the adult brain is able to produce new neurons or glial cells from neural stem cells (NSC) became one of the most interesting and challenging fields of research in neuroscience. Endogenous adult neurogenesis occurs in two main regions of the brain: the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) in the dentate gyrus. Brain injury may be accompanied by increased neurogenesis, although neuroinflammation promotes the activation of microglial cells that can be detrimental to the neurogenic process. Nitric oxide (NO) is one of the factors released by microglia that can be proneurogenic. The mechanism by which NO promotes the proliferation of NSCs has been intensively studied. However, little is known about the role of NO in migration, survival and differentiation of the newborn cells. The aim of this work was to investigate the role of NO from inflammatory origin in proliferation, migration, differentiation and survival of NSCs from the dentate gyrus in a mouse model of status epilepticus. We also assessed neuroinflammation in the same injury model. Our work showed that NO increased proliferation of the early-born cells after seizures, but is detrimental for their survival. NO also increased migration of neuroblasts. Moreover, NO was important to maintain long-term neuroinflammation. Taken together, these results show that NO may be a good target to promote proliferation and migration of NSCs following seizures, but compromises survival of early-born cells.