Hydrogel-forming microneedle arrays: Potential for use in minimally-invasive lithium monitoring

We describe, for the first time, hydrogel-forming microneedle (MN) arrays for minimally-invasive extraction and quantification of lithium in vitro and in vivo. MN arrays, prepared from aqueous blends of hydrolysed poly(methyl-vinylether-co-maleic anhydride) and crosslinked by poly(ethyleneglycol), imbibed interstitial fluid (ISF) upon skin insertion. Such MN were always removed intact. In vitro, mean detected lithium concentrations showed no significant difference following 30 min MN application to excised neonatal porcine skin for lithium citrate concentrations of 0.9 and 2 mmol/l. However, after 1 h application, the mean lithium concentrations extracted were significantly different, being appropriately concentration-dependent. In vivo, rats were orally dosed with lithium citrate equivalent to 15 mg/kg and 30 mg/kg lithium carbonate, respectively. MN arrays were applied 1 h after dosing and removed 1 h later. The two groups, having received different doses, showed no significant difference between lithium concentrations in serum or MN. However, the higher dosed rats demonstrated a lithium concentration extracted from MN arrays equivalent to a mean increase of 22.5 % compared to rats which received the lower dose. Hydrogel-forming MN clearly have potential as a minimally-invasive tool for lithium monitoring in out-patient settings. We will now focus on correlation of serum and MN lithium concentrations.

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.

Molecular determinants of the cellular internalization of crotamine-derived peptides

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Bioquímica Médica), 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

Nanotecnologia aplicada a formulações tópicas de fármacos anti-inflamatórios não esteróides

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

New tools for chemical modification of proteins

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Structural proteins of enveloped virus : from biochemistry to molecular medicine : a focus on dengue virus

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Bioquímica Médica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2016

Antifungal nanofibers made by controlled release of sea animal derived peptide

© The Royal Society of Chemistry 2015

Developing Low Fouling Peptides and Zwitterionic Materials for Biomedical Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Laccase bio-grafting a versatile modification tool from green chemistry technologies

Today more than 99% of plastics are petroleum-based because of availability and cost of the raw material. The durability of these disposed plastics contributes to the environmental problems as waste and their persistence in the environment causes deleterious effects on the ecosystem. Environmental pollution awareness and the demand for green technology have drawn considerable attention of both academia and industry into biodegradable polymers. In this regard green chemistry technology has the potential to provide solution to this problematic issue. Laccase bio-grafting has recently been the focus of green chemistry technologies due to the growing environmental concerns, legal restrictions and increasing availability of scientific knowledge. In the last several years, research covering various applications of laccases has been increased rapidly particularly in the field of grafting. In principle, laccase-assisted graft co-polymerization may impart a variety of new functionalities to a polymer. The modified polymers through grafting have a bright future and their development is practically boundless. In present work, novel biodegradable graft copolymers combining the advantages of bacterial cellulose backbone and PHB side chains will be prepared by introducing enzymatic grafting technique. The present research will be a first step in the biopolymer modification. To date no report has been found in literature explaining the enzymatic grafting of PHAs. The technique would also provide an efficient modulation approach to improve the biodegradability and biocompatibility of the graft copolymer. The newly grafted copolymers will exhibit unique functionalities with wider range of potential applications mainly in tissue engineering, biosensors, pharmaceutical industry (drug delivery systems) and bio-plastics.

Electrospun pH-sensitive core–shell polymer nanocomposites fabricated using a tri-axial process

A modified tri-axial electrospinning process was developed for the generation of a new type of pH-sensitive polymer/lipid nanocomposite. The systems produced are able to promote both dissolution and permeation of a model poorly water-soluble drug. First, we show that it is possible to run a tri-axial process with only one of the three fluids being electrospinnable. Using an electrospinnable middle fluid of Eudragit S100 (ES100) with pure ethanol as the outer solvent and an unspinnable lecithin-diclofenac sodium (PL–DS) core solution, nanofibers with linear morphology and clear core/shell structures can be fabricated continuously and smoothly. X-ray diffraction proved that these nanofibers are structural nanocomposites with the drug present in an amorphous state. In vitro dissolution tests demonstrated that the formulations could preclude release in acidic conditions, and that the drug was released from the fibers in two successive steps at neutral pH. The first step is the dissolution of the shell ES100 and the conversion of the core PL–DS into sub-micron sized particles. This frees some DS into solution, and later the remaining DS is gradually released from the PL–DS particles through diffusion. Ex vivo permeation results showed that the composite nanofibers give a more than twofold uplift in the amount of DS passing through the colonic membrane as compared to pure DS; 74% of the transmitted drug was in the form of PL–DS particles. The new tri-axial electrospinning process developed in this work provides a platform to fabricate structural nanomaterials, and the core–shell polymer-PL nanocomposites we have produced have significant potential applications for oral colon-targeted drug delivery.

Desenvolvimento e avaliação do desempenho de sistemas doseadores de microcaudais e elaboração do procedimento de calibração

De forma a melhorar a precisão dos resultados obtidos com instrumentos doseadores de líquidos utilizados em ambiente clínico, foi submetido e aprovado um projeto internacional denominado Metrology for Drug Delivery (MeDD), financiado pela União Europeia, em que o Instituto Português da Qualidade (IPQ) é um dos sete participantes. Ao nível nacional, todo o projeto foi desenvolvido no Laboratório de Volume (LVO) do IPQ, em parceria com o Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT/UNL), a B.Braun Portugal e o Hospital Garcia de Orta (HGO). A presente dissertação centra-se na elaboração de um procedimento de calibração de sistemas doseadores de fluidos, usando como ponto de partida um sistema padrão de micro caudal desenvolvido anteriormente pelo LVO em colaboração com a FCT-UNL/DEMI. Nesta dissertação são apresentados estudos de desempenho realizados em sistemas utilizados no hospital. Os instrumentos doseadores de fluidos mais usuais nos hospitais são as seringas perfusoras e as bombas peristálticas, que têm como função fornecer os fluidos necessários para hidratar, nutrir ou administrar fármacos. Com o objetivo de estudar o desempenho destes equipamentos em diferentes situações, tais como a influência da administração de fluidos mais viscosos em comparação com água, o tempo de resposta dos instrumentos e o impacto dos acessórios na linha de perfusão, realizaram-se diversos ensaios. Através dos ensaios realizados foi possível determinar o erro e a incerteza associada a cada equipamento para cada experiência realizada. A maioria dos resultados obtidos com os sistemas doseadores de fluidos permitiram verificar que os valores da incerteza dos caudais eram inferiores ao erro máximo admissível indicado pelo fabricante e serviram de base para a elaboração de um procedimento técnico.

Evaluation of antihypertensive drugs in patients with obstructive sleep apnea and in rats submitted to chronic intermittent hypoxia

RESUMO: A hipertensão arterial (HA) é uma patologia altamente prevalente, embora claramente subdiagnosticada, em doentes com síndrome de apneia obstrutiva do sono (SAOS). Estas duas patologias apresentam uma estreita relação e a monitorização ambulatória da pressão arterial (MAPA), por um período de 24 horas, parece ser o método mais preciso para o diagnóstico de hipertensão em doentes com SAOS. No entanto, esta ferramenta de diagnóstico para além de ser dispendiosa e envolver um número acrescido de meios técnicos e humanos, é mais morosa e, por conseguinte, não é utilizada por rotina no contexto do diagnóstico da SAOS. Por outro lado, apesar da aplicação de pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP – Continous Positive Airway Pressure) ser considerada a terapêutica de eleição para os doentes com SAOS, o seu efeito no abaixamento da pressão arterial (PA) parece ser modesto, exigindo, por conseguinte, a implementação concomitante de terapêutica anti-hipertensora. Acontece que são escassos os dados relativos aos regimes de fármacos anti-hipertensores utilizados em doentes com SAOS e, acresce ainda que, as guidelines terapêuticas para o tratamento farmacológico da HA, neste grupo particular de doentes, permanecem, até ao momento, inexistentes. A utilização de modelos animais de hipóxia crónica intermitente (CIH), que mimetizam a HA observada em doentes com SAOS, revela-se extremamente importante, uma vez que se torna imperativo identificar fármacos que promovam um controle adequado da PA neste grupo de doentes. No entanto, estudos concebidos com o intuito de investigar o efeito anti-hipertensor dos fármacos neste modelo animal revelam-se insuficientes e, por outro lado, os escassos estudos que testaram fármacos anti-hipertensores neste modelo não foram desenhados para responder a questões de natureza farmacológica. Acresce ainda que se torna imprescindível garantir a escolha de um método para administração destes fármacos que seja não invasivo e que minimize o stress do animal. Embora a gavagem seja uma técnica indiscutivelmente eficaz e amplamente utilizada para a administração diária de fármacos a animais de laboratório, ela compreende uma sequência de procedimentos geradores de stress para os animais e, que podem por conseguinte, constituir um viés na interpretação dos resultados obtidos. O objectivo global da presente investigação translacional foi contribuir para a identificação de fármacos anti-hipertensores mais efectivos para o tratamento da HT nos indivíduos com SAOS e investigar mecanismos subjacentes aos efeitos sistémicos associadas à SAOS bem como a sua modulação por fármacos anti-hipertensores. Os objectivos específicos foram: em primeiro lugar,encontrar novos critérios, baseados nas medidas antropométricas, que permitam a identificação de doentes com suspeita de SAOS, que erroneamente se auto-classifiquem como nãohipertensos, e desta forma promover um uso mais criterioso do MAPA; em segundo lugar, investigar a existência de uma hipotética associação entre os esquemas de fármacos antihipertensores e o controle da PA (antes e após a adaptação de CPAP) em doentes com SAOS em terceiro lugar, avaliar a eficácia do carvedilol (CVD), um fármaco bloqueador β-adrenérgico não selectivo com actividade antagonista α1 intrínseca e propriedades anti-oxidantes num modelo animal de hipertensão induzida pela CIH; em quarto lugar, explorar os efeitos da CIH sobre o perfil farmacocinético do CVD; e, em quinto lugar, investigar um método alternativo à gavagem para a administração crónica de fármacos anti-hipertensores a animais de laboratório. Com este intuito, na primeira fase deste projecto, fizemos uso de uma amostra com um número apreciável de doentes com SAOS (n=369), que acorreram, pela primeira vez, à consulta de Patologia do Sono do CHLN e que foram submetidos a um estudo polissonográfico do sono, à MAPA e que preencheram um questionário que contemplava a obtenção de informação relativa ao perfil da medicação anti-hipertensora em curso. Numa segunda fase, utilizámos um modelo experimental de HT no rato induzida por um paradigma de CIH. Do nosso trabalho resultaram os seguintes resultados principais: em primeiro lugar, o índice de massa corporal (IMC) e o perímetro do pescoço (PP) foram identificados como preditores independentes de “auto-classificação errónea” da HA em doentes com suspeita de SAOS; em segundo lugar, não encontramos qualquer associação com significado estatístico entre os vários esquemas de fármacos anti-hipertensores bem como o número de fármacos incluídos nesse esquemas, e o controle da PA (antes e depois da adaptação do CPAP); em terceiro lugar, apesar das doses de 10, 30 e 50 mg/kg de carvedilol terem promovido uma redução significativa da frequência cardíaca, não foi observado qualquer decréscimo na PA no nosso modelo animal; em quarto lugar, as razões S/(R+S) dos enantiómeros do CVD nos animais expostos à CIH e a condições de normóxia revelaram-se diferentes; e, em quinto lugar, a administração oral voluntária mostrou ser um método eficaz para a administração diária controlada de fármacos anti-hipertensores e que é independente da manipulação e contenção do animal. Em conclusão, os resultados obtidos através do estudo clínico revelaram que o controle da PA, antes e após a adaptação do CPAP, em doentes com SAOS é independente, quer do esquema de fármacos anti-hipertensores, quer do número de fármacos incluídos num determinado esquema. Os nossos resultados salientam ainda a falta de validade da chamada self-reported hypertension e sugerem que em todos os doentes com suspeita de SAOS, com HA não diagnosticada e com um IMC e um PP acima de 27 kg/m2 e 39 cm, respectivamente, a confirmação do diagnóstico de HA deverá ser realizada através da MAPA, ao invés de outros métodos que com maior frequência são utilizados com este propósito. Os resultados obtidos no modelo animal de HA induzida pela CIH sugerem que o bloqueio do sistema nervoso simpático, juntamente com os supostos efeitos pleiotrópicos do CVD, não parece ser a estratégia mais adequada para reverter este tipo particular de hipertensão e indicam que as alterações farmacocinéticas induzidas pela CIH no ratio S/(R+S) não justificam a falta de eficácia anti-hipertensora do CVD observada neste modelo animal. Por último, os resultados do presente trabalho suportam ainda a viabilidade da utilização da administração oral voluntária, em alternativa à gavagem, para a administração crónica de uma dose fixa de fármacos anti-hipertensores.---------------------------- ABSTRACT: Hypertension (HT) is a highly prevalent condition, although under diagnosed, in patients with obstructive sleep apnea (OSA). These conditions are closely related and 24-hour ambulatory blood pressure monitoring (ABPM) seems to be the most accurate measurement for diagnosing hypertension in OSA. However, this diagnostic tool is expensive and time-consuming and, therefore, not routinely used. On the other hand, although continuous positive airway pressure (CPAP) is considered the gold standard treatment for symptomatic OSA, its lowering effect on blood pressure (BP) seems to be modest and, therefore, concomitant antihypertensive therapy is still required. Data on antihypertensive drug regimens in patients with OSA are scarce and specific therapeutic guidelines for the pharmacological treatment of hypertension in these patients remain absent. The use of animal models of CIH, which mimic the HT observed in patients with OSA, is extremely important since it is imperative to identify preferred compounds for an adequate BP control in this group of patients. However, studies aimed at investigating the antihypertensive effect of antihypertensive drugs in this animal model are insufficient, and most reports on CIH animal models in which drugs have been tested were not designed to respond to pharmacological issues. Moreover, when testing antihypertensive drugs (AHDs) it becomes crucial to ensure the selection of a non-invasive and stress-free method for drug delivery. Although gavage is effective and a widely performed technique for daily dosing in laboratory rodents, it comprises a sequence of potentially stressful procedures for laboratory animals that may constitute bias for the experimental results. The overall goal of the present translational research was to contribute to identify more effective AHDs for the treatment of hypertension in patients with OSA and investigate underlying mechanisms of systemic effects associated with OSA, as well as its modulation by AHDs. The specific aims were: first, to find new predictors based on anthropometric measures to identify patients that misclassify themselves as non-hypertensive, and thereby promote the selective use of ABPM; second, to investigate a hypothetical association between ongoing antihypertensive regimens and BP control rates in patients with OSA, before and after CPAP adaptation; third, to determine, in a rat model of CIH-induced hypertension, the efficacy of carvedilol (CVD), a nonselective beta-blocker with intrinsic anti-α1-adrenergic activity and antioxidant properties; fourth, to explore the effects of CIH on the pharmacokinetics profile of CVD and fifth, to investigate an alternative method to gavage, for chronic administration of AHDs to laboratory rats. For that, in the first phase of this project, we used a sizeable sample of patients with OSA (n=369), that attended a first visit at Centro Hospitalar Lisboa Norte, EPE Sleep Unit, and underwent overnight polysomnography, 24-h ABPM and filled a questionnaire that included ongoing antihypertensive medication profile registration. In the second phase, a rat experimental model of HT induced by a paradigm of CIH that simulates OSA was used. The main findings of this work were: first, body mass index (BMI) and neck circumference (NC) were identified as independent predictors of hypertension misclassification in patients suspected of OSA; second, in patients with OSA, BP control is independent of both the antihypertensive regimen and the number of antihypertensive drugs, either before or after CPAP adaptation; third, although the doses of 10, 30 and 50 mg/Kg of CVD promoted a significant reduction in heart rate, no decrease in mean arterial pressure was observed; fourth, the S/(R+S) ratios of CVD enantiomers, between rats exposed to CIH and normoxic conditions, were different and fifth, voluntary ingestion proved to be an effective method for a controlled daily dose administration, with a define timetable, that is independent of handling and restraint procedures. In conclusion, the clinical study showed that BP control in OSA patients is independent of both the antihypertensive regimen and the number of antihypertensive drugs. Additionally, our results highlight the lack of validity of self-reported hypertension and suggest that all patients suspected of OSA with undiagnosed hypertension and with a BMI and NC above 27 Kg/m2 and 39 cm should be screened for hypertension, through ABPM. The results attained in the rat model of HT related to CIH suggest that the blockade of the sympathetic nervous system together with the putative pleiotropic effects of carvedilol is not able to revert hypertension induced by CIH and point out that the pharmacokinetic changes induced by CIH on S/(R+S) ratio are not apparently responsible for the lack of efficacy of carvedilol in reversing this particular type of hypertension. Finally, the results here presented support the use of voluntary oral administration as a viable alternative to gavage for chronic administration of a fixed dose of AHDs.

Transfer of ultrasmall iron oxide nanoparticles from human brain-derived endothelial cells to human glioblastoma cells.

Nanoparticles (NPs) are being used or explored for the development of biomedical applications in diagnosis and therapy, including imaging and drug delivery. Therefore, reliable tools are needed to study the behavior of NPs in biological environment, in particular the transport of NPs across biological barriers, including the blood-brain tumor barrier (BBTB), a challenging question. Previous studies have addressed the translocation of NPs of various compositions across cell layers, mostly using only one type of cells. Using a coculture model of the human BBTB, consisting in human cerebral endothelial cells preloaded with ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO NPs) and unloaded human glioblastoma cells grown on each side of newly developed ultrathin permeable silicon nitride supports as a model of the human BBTB, we demonstrate for the first time the transfer of USPIO NPs from human brain-derived endothelial cells to glioblastoma cells. The reduced thickness of the permeable mechanical support compares better than commercially available polymeric supports to the thickness of the basement membrane of the cerebral vascular system. These results are the first report supporting the possibility that USPIO NPs could be directly transferred from endothelial cells to glioblastoma cells across a BBTB. Thus, the use of such ultrathin porous supports provides a new in vitro approach to study the delivery of nanotherapeutics to brain cancers. Our results also suggest a novel possibility for nanoparticles to deliver therapeutics to the brain using endothelial to neural cells transfer.

Y1 receptor knockout increases nociception and prevents the anti-allodynic actions of NPY.

OBJECTIVE: Recent pharmacologic studies in our laboratory have suggested that the spinal neuropeptide Y (NPY) Y1 receptor contributes to pain inhibition and to the analgesic effects of NPY. To rule out off-target effects, the present study used Y1-receptor-deficient (-/-) mice to further explore the contribution of Y1 receptors to pain modulation. METHODS AND RESULTS: Y1(-/-) mice exhibited reduced latency in the hotplate test of acute pain and a longer-lasting heat allodynia in the complete Freund's adjuvant (CFA) model of inflammatory pain. Y1 deletion did not change CFA-induced inflammation. Upon targeting the spinal NPY systems with intrathecal drug delivery, NPY reduced tactile and heat allodynia in the CFA model and the partial sciatic nerve ligation model of neuropathic pain. Importantly, we show for the first time that NPY does not exert these anti-allodynic effects in Y1(-/-) mice. Furthermore, in nerve-injured CD1 mice, concomitant injection of the potent Y1 antagonist BIBO3304 prevented the anti-allodynic actions of NPY. Neither NPY nor BIBO3304 altered performance on the Rotorod test, arguing against an indirect effect of motor function. CONCLUSION: The Y1 receptor contributes to pain inhibition and to the analgesic effects of NPY.