Development of liposome gel based formulations for intravaginal delivery of the recombinant HIV-1 envelope protein CN54gp140

Mucosally-administered vaccine strategies are widely investigated as a promising means of preventing HIV infection. This study describes the development of liposomal gel formulations, and novel lyophilised variants, comprising HIV-1 envelope glycoprotein, CN54gp140, encapsulated within neutral, positively charged or negatively charged liposomes. The CN54gp140 liposomes were evaluated for mean vesicle diameter, polydispersity, morphology, zeta potential and antigen encapsulation efficiency before being incorporated into hydroxyethyl cellulose (HEC) aqueous gel and subsequently lyophilised to produce a rod-shaped solid dosage form for practical vaginal application. The lyophilised liposome-HEC rods were evaluated for moisture content and redispersibility in simulated vaginal fluid. Since these rods are designed to revert to gel form following intravaginal application, mucoadhesive, mechanical (compressibility and hardness) and rheological properties of the reformed gels were evaluated. The liposomes exhibited good encapsulation efficiency and the gels demonstrated suitable mucoadhesive strength. The freeze-dried liposome-HEC formulations represent a novel formulation strategy that could offer potential as stable and practical dosage form.

Development of an in vitro model for study of the efficacy of ischemic preconditioning in human skeletal muscle against ischemia-reperfusion injury

Ischemia-reperfusion (I/R) injury causes skeletal muscle infarction and ischemic preconditioning (IPC) augments ischemic tolerance in animal models. To date, this has not been demonstrated in human skeletal muscle. This study aimed to develop an in vitro model to investigate the efficacy of simulated IPC in human skeletal muscle. Human skeletal muscle strips were equilibrated in oxygenated Krebs-Henseleit-HEPES buffer (37 degrees C). Aerobic and reperfusion phases were simulated by normoxic incubation and reoxygenation, respectively. Ischemia was simulated by hypoxic incubation. Energy store, cell viability, and cellular injury were assessed using ATP, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT), and lactate dehydrogenase (LDH) assays, respectively. Morphological integrity was assessed using electron microscopy. Studies were designed to test stability of the preparation (n = 5-11) under normoxic incubation over 24 h; the effect of 1, 2, 3, 4, or 6 h hypoxia followed by 2 h of reoxygenation; and the protective effect of hypoxic preconditioning (HPC; 5 min of hypoxia/5 min of reoxygenation) before 3 h of hypoxia/2 h of reoxygenation. Over 24 h of normoxic incubation, muscle strips remained physiologically intact as assessed by MTT, ATP, and LDH assays. After 3 h of hypoxia/2 h of reoxygenation, MTT reduction levels declined to 50.1 +/- 5.5% (P <0.05). MTT reduction levels in HPC (82.3 +/- 10.8%) and normoxic control (81.3 +/- 10.2%) groups were similar and higher (P <0.05) than the 3 h of hypoxia/2 h of reoxygenation group (45.2 +/- 5.8%). Ultrastructural morphology was preserved in normoxic and HPC groups but not in the hypoxia/reoxygenation group. This is the first study to characterize a stable in vitro model of human skeletal muscle and to demonstrate a protective effect of HPC in human skeletal muscle against hypoxia/reoxygenation-induced injury.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Nanofluids development and characterization for heat exchanging intensification

A desmaterialização da economia é um dos caminhos para a promoção do desenvolvimento sustentável na medida em que elimina ou reduz a utilização de recursos naturais, fazendo mais com menos. A intensificação dos processos tecnológicos é uma forma de desmaterializar a economia. Sistemas mais compactos e mais eficientes consomem menos recursos. No caso concreto dos sistemas envolvendo processo de troca de calor, a intensificação resulta na redução da área de permuta e da quantidade de fluido de trabalho, o que para além de outra vantagem que possa apresentar decorrentes da miniaturização, é um contributo inegável para a sustentabilidade da sociedade através do desenvolvimento científico e tecnológico. O desenvolvimento de nanofluidos surge no sentido de dar resposta a estes tipo de desafios da sociedade moderna, contribuindo para a inovação de produtos e sistemas, dando resposta a problemas colocados ao nível das ciências de base. A literatura é unânime na identificação do seu potencial como fluidos de permuta, dada a sua elevada condutividade, no entanto a falta de rigor subjacente às técnicas de preparação dos mesmos, assim como de um conhecimento sistemático das suas propriedades físicas suportado por modelos físico-matemáticos devidamente validados levam a que a operacionalização industrial esteja longe de ser concretizável. Neste trabalho, estudou-se de forma sistemática a condutividade térmica de nanofluidos de base aquosa aditivados com nanotubos de carbono, tendo em vista a identificação dos mecanismos físicos responsáveis pela condução de calor no fluido e o desenvolvimento de um modelo geral que permita com segurança determinar esta propriedade com o rigor requerido ao nível da engenharia. Para o efeito apresentam-se métodos para uma preparação rigorosa e reprodutível deste tipo de nanofluido assim como das metodologias consideradas mais importantes para a aferição da sua estabilidade, assegurando deste modo o rigor da técnica da sua produção. A estabilidade coloidal é estabelecida de forma rigorosa tendo em conta parâmetros quantificáveis como a ausência de aglomeração, a separação de fases e a deterioração da morfologia das nanopartículas. Uma vez assegurado o método de preparação dos nanofluídos, realizou-se uma análise paramétrica conducente a uma base de dados obtidos experimentalmente que inclui a visão central e globalizante da influência relativa dos diferentes fatores de controlo com impacto nas propriedades termofísicas. De entre as propriedades termofísicas, este estudo deu particular ênfase à condutividade térmica, sendo os fatores de controlo selecionados os seguintes: fluido base, temperatura, tamanho da partícula e concentração de nanopartículas. Experimentalmente, verificou-se que de entre os fatores de controlo estudados, os que maior influência detêm sobre a condutividade térmica do nanofluido, são o tamanho e concentração das nanopartículas. Com a segurança conferida por uma base de dados sólida e com o conhecimento acerca da contribuição relativa de cada fator de controlo no processo de transferência de calor, desenvolveu-se e validou-se um modelo físico-matemático com um caracter generalista, que permitirá determinar com segurança a condutividade térmica de nanofluidos.

Nanoparticle-based biosensors: development and application

Tese dout., Ciências Biotecnológicas, Universidade do Algarve, 2009

Identification of the cellular and molecular mechanism by which CD2AP, a regulator of neuronal intracellular transport contributes to the development of Alzheimer’s disease

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Molecular e Genética). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências,2014

Test and development of microcapsules for rigid polyurethane foam

Tese de mestrado em Química Tecnológica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Development of 2-oxazoline-based hydrogels and porous polyester microparticles in scCO2

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the obtention of the degree of Master of Science in Biotechnology

The Role of Actin-Capping Protein and Src signalling in tissue growth and apoptosis during Drosophila wing development

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Developmental Biology

Development of composite particles for pulmonary delivery

In this work, biocompatible and biodegradable poly(D-L-lactide-co-glycolide) (PLGA) microparticles with the potential for use as a controlled release system of vaccines and other drugs to the lung were manufactured using supercritical CO2, through the Supercritical Assisted Atomization (SAA) technique. After performing a controlled variance in production parameters (temperature, pressure, CO2/solution flow ratio) PLGA microparticles were characterized and later used to encapsulate active pharmaceutical ingredients (API). Bovine serum albumin (BSA) was chosen as model protein and vaccine, while sildenafil was the chosen drug to treat pulmonary artery hypertension and their effect on the particles characteristics was evaluated. All the produced formulations were characterized in relation to their morphology (Morphologi G3 and scanning electronic microscopy (SEM)), to their physical-chemical properties (X-ray diffraction (XRD, differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FTIR)) and aerodynamic performance using an in vitro aerosolization study – Andersen cascade impactor (ACI) - to obtain data such as the fine particle fraction (FPF) and the mass median aerodynamic diameter (MMAD). Furthermore, pharmacokinetic, biodegradability and biocompatibility tests were performed in order to verify the particle suitability for inhalation. The resulting particles showed aerodynamic diameters between the 3 and 5 μm, yields up to 58% and FPF percentages rounding the 30%. Taken as a whole, the produced microparticles do present the necessary requests to make them appropriate for pulmonary delivery.

Development of Polymer Cement Composites

Research in the field of polymer modified cement has been carried out for the last 70 years or more. Polymers are mostly used to enhance durability and sustainability of cement concrete and in combination with classical construction materials a synergistic effect is obtained. In this work different polymers were added to Portland cement in various proportions and the mechanical and chemical resistance properties of the resultant composites when exposed to chemical environments were studied. Microstructural studies were also carried out to investigate the morphology of the composite and analyse the nature of interactions taking place between the cement and polymer phases. Though most polymers did not improve the compressive strength of the cement paste, it was found that they enhanced the resistance of the virgin cement paste to external chemical environments. The polymers seal the pores in the cement matrix and bridge the microcracks within the composite. Some of the polymers underwent chemical interactions with the cement paste thereby interfering in the hydration of cement. Polymers also decreased the leachability of water soluble components of virgin cement resulting in composites having improved durability. An attempt to correlate the structure of the polymers with the properties of the resultant composites is also presented.

Design And Development Of A Named Entity Based Question Answering System For Malayalam Language

This is a Named Entity Based Question Answering System for Malayalam Language. Although a vast amount of information is available today in digital form, no effective information access mechanism exists to provide humans with convenient information access. Information Retrieval and Question Answering systems are the two mechanisms available now for information access. Information systems typically return a long list of documents in response to a user’s query which are to be skimmed by the user to determine whether they contain an answer. But a Question Answering System allows the user to state his/her information need as a natural language question and receives most appropriate answer in a word or a sentence or a paragraph. This system is based on Named Entity Tagging and Question Classification. Document tagging extracts useful information from the documents which will be used in finding the answer to the question. Question Classification extracts useful information from the question to determine the type of the question and the way in which the question is to be answered. Various Machine Learning methods are used to tag the documents. Rule-Based Approach is used for Question Classification. Malayalam belongs to the Dravidian family of languages and is one of the four major languages of this family. It is one of the 22 Scheduled Languages of India with official language status in the state of Kerala. It is spoken by 40 million people. Malayalam is a morphologically rich agglutinative language and relatively of free word order. Also Malayalam has a productive morphology that allows the creation of complex words which are often highly ambiguous. Document tagging tools such as Parts-of-Speech Tagger, Phrase Chunker, Named Entity Tagger, and Compound Word Splitter are developed as a part of this research work. No such tools were available for Malayalam language. Finite State Transducer, High Order Conditional Random Field, Artificial Immunity System Principles, and Support Vector Machines are the techniques used for the design of these document preprocessing tools. This research work describes how the Named Entity is used to represent the documents. Single sentence questions are used to test the system. Overall Precision and Recall obtained are 88.5% and 85.9% respectively. This work can be extended in several directions. The coverage of non-factoid questions can be increased and also it can be extended to include open domain applications. Reference Resolution and Word Sense Disambiguation techniques are suggested as the future enhancements

Studies on a syntax based approach for translation between structurally different languages and the development of a prototype for Malayalam to English translation

This thesis summarizes the results on the studies on a syntax based approach for translation between Malayalam, one of Dravidian languages and English and also on the development of the major modules in building a prototype machine translation system from Malayalam to English. The development of the system is a pioneering effort in Malayalam language unattempted by previous researchers. The computational models chosen for the system is first of its kind for Malayalam language. An in depth study has been carried out in the design of the computational models and data structures needed for different modules: morphological analyzer , a parser, a syntactic structure transfer module and target language sentence generator required for the prototype system. The generation of list of part of speech tags, chunk tags and the hierarchical dependencies among the chunks required for the translation process also has been done. In the development process, the major goals are: (a) accuracy of translation (b) speed and (c) space. Accuracy-wise, smart tools for handling transfer grammar and translation standards including equivalent words, expressions, phrases and styles in the target language are to be developed. The grammar should be optimized with a view to obtaining a single correct parse and hence a single translated output. Speed-wise, innovative use of corpus analysis, efficient parsing algorithm, design of efficient Data Structure and run-time frequency-based rearrangement of the grammar which substantially reduces the parsing and generation time are required. The space requirement also has to be minimised

Influence of molecular composition on the development of microstructure from sheared polyethylene melts: Molecular and lamellar templating

A combination of in situ and ex situ X-ray scattering techniques and transmission electron microscopy has been used to study the crystallization behaviour of polyethylene, following the imposition of melt shear. In the case of a branched material, the imposition of shear flow up to a rate of 30 s(-1) was found to induce no anisotropy. Although shearing the linear material only ever induced a very small degree of anisotropy in the melt, for shear rates > 0.15 s(-1), subsequent crystallization resulted in increasing anisotropy. Blends of the above two polyethylenes were produced, in which the linear material constituted the minority fraction (similar to 10%). Isothermal crystallization at temperatures where extensive crystallization of the branched material does not occur demonstrated that the behaviour of the linear component of the sheared blend mirrored that of the linear polyethylene alone. However, in addition, it was found that when crystallized in the presence of an oriented morphology, the branched polymer also formed anisotropic structures. We have termed the process templating, in which the crystallization behaviour of the bulk of the system (similar to 90% branched material) is completely altered (spherulitic to oriented lamellar) by mapping it onto a pre-existing minority structure (similar to 10% linear polymer). (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.