Departamento de Química
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- 3D computational simulation and experimental characterization of polymeric stochastic network materials : case studies in reinforced eucalyptus office paper and nanofibrous materialsPublication . Curto, Joana Maria Rodrigues; Simões, Rogério Manuel dos Santos; Portugal, António Torres GarciaThe properties of stochastic fibrous materials like paper and nanowebs are highly dependent on those fibers from which the network structure is made. This work contributes to a better understanding of the effect of fiber properties on the network structural properties, using an original 3D fibrous material model with experimental validation, and its application to different fibrous materials used in reinforced Eucalyptus office paper and nanofibrous networks. To establish the relationships between the fiber and the final structural material properties, an experimental laboratorial plan has been executed for a reinforced fibrous structure, and a physical based 3D model has been developed and implemented. The experimental plan was dedicated to an important Portuguese material: the reinforced Eucalyptus based office paper. Office paper is the principal Portuguese paper industry product. This paper is mainly produced from Eucalyptus globulus bleached kraft pulp with a small incorporation of a softwood pulp to increase paper strength. It is important to access the contribution of different reinforcement pulp fibers with different biometry and coarseness to the final paper properties. The two extremes of reinforcement pulps are represented by a Picea abies kraft softwood pulp, usually considered the best reinforcement fiber, and the Portuguese pine Pinus pinaster kraft pulp. Fiber flexibility was determined experimentally using the Steadman and Luner method with a computerized acquisition device. When comparing two reinforcement fibers, the information about fiber flexibility and biometry is determinant to predict paper properties. The values presented correspond to the two extremes of fibers available as reinforcement fibers, regarding wall thickness, beating ability and flexibility values. Pinus pinaster has the thickest fiber wall, and consequently it is less flexible than the thinner wall fibers: Pinus sylvestris and Picea abies. Experimental results for the evolutions of paper properties, like paper apparent density, air permeability, tensile and tear strength, together with fiber flexibility for the two reinforcement fibers, constitute valuable information, also applicable for other reinforcement fibers, with fiber walls dimensions in this range. After having quantified the influence of fiber flexibility, we identified that this is as a key physical property to be included in our structural model. Therefore, we chose to develop a 3D network model that includes fiber bending in the z direction as an important parameter. The inclusion of fiber flexibility was done for the first time by Niskanen, in a model known as the KCL-Pakka model. We propose an extension of this model, with improvements on the fiber model, as well as an original computational implementation. A simulator has been developed from scratch and the results have been validated experimentally using handmade laboratory structures made from Eucalyptus fibers (hardwood fibers), and also Pinus pinaster, Pinus Sylvestris and Picea abies fibers, which are representative reinforcement fibers. Finally, the model was modified and extended to obtain an original simulator to nanofibrous materials, which is also an important innovation. In the network model developed in this work, the structure is formed by the sequential deposition of fibers, which are modeled individually. The model includes key papermaking fiber properties like morphology, flexibility, and collapsibility and process operations such as fiber deposition, network forming or densification. For the first time, the model considers the fiber microstructure level, including lumen and fiber wall thickness, with a resolution up to 0.05μm for the paper material case and 0.05nm for the nanofibrous materials. The computational simulation model was used to perform simulation studies. In the case of paper materials, it was used to investigate the relative influence of fiber properties such as fiber flexibility, dimensions and collapsibility. The developed multiscale model gave realistic predictions and enabled us to link fiber microstructure and paper properties. In the case of nanofibrous materials, the 3D network model was modified and implemented for Polyamide-6 electrospun and cellulose nanowebs. The influence of computational fiber flexibility and dimensions was investigated. For the Polyamide-6 electrospun network experimental results were compared visually with simulation results and similar evolutions were observed. For cellulose nanowebs the simulation study used literature data to obtain the input information for the nanocellulose fibers. The design of computer experiments was done using a space filling design, namely the Latin hypercube sampling design, and the simulations results were organized and interpreted using regression trees. Both the experimental characterization, and computational modeling, contributed to study the relationships between the polymeric fibers and the network structure formed.
- 3D Printed scaffolds with bactericidal activity aimed for bone tissue regenerationPublication . Correia, Tiago R.; Figueira, Daniela Sofia Rodrigues; Sá, Kevin; Miguel, Sónia P.; Fradique, Ricardo Gil; Mendonça, António; Correia, I.J.Nowadays, the incidence of bone disorders has steeply ascended and it is expected to double in the next decade, especially due to the ageing of the worldwide population. Bone defects and fractures lead to reduced patient’s quality of life. Autografts, allografts and xenografts have been used to overcome different types of bone injuries, although limited availability, immune rejection or implant failure demand the development of new bone replacements. Moreover, the bacterial colonization of bone substitutes is the main cause of implant rejection. To vanquish these drawbacks, researchers from tissue engineering area are currently using computer-aided design models or medical data to produce 3D scaffolds by Rapid Prototyping (RP). Herein, Tricalcium phosphate (TCP)/Sodium Alginate (SA) scaffolds were produced using RP and subsequently functionalized with silver nanoparticles (AgNPs) through two different incorporation methods. The obtained results revealed that the composite scaffolds produced by direct incorporation of AgNPs are the most suitable for being used in bone tissue regeneration since they present appropriate mechanical properties, biocompatibility and bactericidal activity.
- Acanthus mollis como fonte de compostos biologicamente ativosPublication . Marques, Mariana Ribeiro; Amaral, Maria Emília da Costa Cabral; Duarte, Ana Paula CoelhoA utilização de plantas medicinais para a prevenção o e tratamento de doenças é uma das mais antigas práticas medicinais do homem. A determinação dos constituintes bioativos de uma planta com potencial terapêutico, oferece variadíssimas oportunidades para a descoberta e desenvolvimento de novos fármacos. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho foi melhorar o conhecimento sobre as propriedades biológicas de extratos obtidos a partir do Acanthus mollis, L. (acanto), uma espécie sobre a qual são praticamente inexistentes estudos científicos, e a sua possível valorização como fonte de produtos naturais para uso terapêutico e/ou nutracêutico. Neste estudo avaliou-se o potencial antioxidante e citotóxico de extratos metanólicos e etanólicos de folhas e flores do acanto. Para alguns grupos de metabolitos secundários (fenóis, flavonoides e alcaloides) determinaram-se alguns dos compostos fitoquímicos, bem como, a influência do procedimento de extração, usando a extracção em Soxhlet e extração assistida por ultrassons, contemplando neste caso, o tamanho de partícula. O teor médio em fenóis totais foi avaliado pelo método do reagente de Folin-Ciocalteu; para quantificar os flavonoides totais recorreu-se ao método colorimétrico com cloreto de alumínio e o teor de alcaloides totais foi estimado pelo método do reagente de Dragendorff. A atividade antioxidante foi determinada pelo teste do 2,2-difenil-1-picril-hidrazil (DPPH). A avaliação da citotoxicidade foi feita pelo teste do brometo de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazólio (MTT) para a viabilidade celular e a proliferação foi analisada através do doseamento de proteínas por ácido bicinconínico (BCA). A maioria dos extratos estudados apresentam um teor significativo de metabolitos secundários (fenóis, flavonoides e alcaloides), sendo o método de extração por ultrassons o que apresentou melhores resultados, nomeadamente para o menor tamanho de partícula. Os resultados obtidos mostraram que o teor em fenóis totais, variou entre 57,4 ± 7,67 e 200,5 ± 2,86 miligramas de equivalentes de ácido gálico (mg EAG) por grama de matéria seca. Os flavonoides totais e ao alcaloides apresentam teores que variam entre 13,8 ± 1,03 e 57,2 ± 2,24 miligramas de equivalentes de quercetina (mg EQ) por grama de matéria seca, e 50,4 ± 0,004 e 746,0 ± 0,03 miligramas de equivalentes de nitrato de pilocarpina (mg ENP) por grama de matéria seca. Os resultados para o índice de atividade antioxidante variaram entre 0,90 ± 0,03 e 1,61± 0,31 para os extratos, mostrando que todos eles apresentaram uma atividade antioxidante significativa. Nos estudos de citotoxicidade todos os extratos provaram ser citóxicos para células do adenocarcinoma da mama humano (MCF-7) e o extrato metanólico das flores, obtido por Soxhlet, apresenta toxicidade seletiva para estas células relativamente aos fibroblastos dérmicos normais humanos (NHDF).
- Acetylcholinesterase Inhibitory Activity of Extracts from Angolan Medicinal PlantsPublication . Fernandes, Nelson; Canelo, Laura; Mendonca, Dina; Mendonça, AntónioPlants are considered important sources of new chemical entities that can be used in the development of novel therapeutic drugs for the symptomatic treatment of Alzheimer’s disease. The inhibition of acetylcholinesterase by 38 extracts from 13 medicinal plants used in Angola folk medicine are presented: Adenodolichos huillensis (roots and leaves); Boscia microphylla (leaves); Croton gratissimus (aerial part); Gymnosporia senegalensis (branches); Hymenodictyon floribundum (barks); Parinari capensis (leaves); Peucedano angolense (aerial part); Phragmanthera glaucocarpa (roots); Rhus kirkii (leaves); Solanecio mannii (branches); Solanum incanum (fruit); Tinnea antiscorbutica (aerial part) and Xylopia odoratissima (leaves). TLC bioautographic assay and Ellman’s method were used. The best results for IC50 were obtained with the toluene extract of B. microphylla leaves (0.55 ± 0.01 mg/mL) and the methanol extract of G. senegalensis branches (0.30 ± 0.00 mg/mL). The aqueous extract of the leaves of P. capensis also demonstrated acetylcholinesterase inhibitory activity in the two methods used. In conclusion, the medicinal plants P. capensis, B. microphylla and G. senegalensis represent promising sources of natural compounds with acetylcholinesterase inhibitory properties.
- Acid sulfite pretreatment in the enzymatic hydrolysis of Cytisus striatus: optimization strategyPublication . Vaz, Álvaro; Gomes, Tânia; Simões, RogérioEthanol production from lignocellulosic material includes three major steps: biomass pretreatment, which fragments the lignocellulosic matrix to facilitate the enzymes access to the substrate; hydrolysis, where the polysaccharides are converted into fermentable sugars (e.g. glucose and xylose); and finally, fermentation that produces ethanol or other biologically based chemicals (e.g. lactic acid, succinic acid). The aim of the present work was to study the effect of some operative variables of the pretreatment stage, namely sodium hydrogen sulfite and sulfuric acid loadings, temperature and time, on the release of sugars in the enzymatic hydrolysis of Cytisus striatus, performed applying a Novozymes® cocktail, with fixed charges and operating conditions. Wood branches were chipped and submitted to different reaction conditions, with a central composite experimental design 2^4+star, exploring the following variables: sulfuric acid charge (0-3%, on wood), sodium bisulfite charge (0-4 %, on wood), maximum temperature (150-190ºC) and time at maximum temperature (0-30 minutes). After pretreatment, the acid hydrolysates were recovered, the solid residues were mechanically disintegrated and thereafter subjected to enzymatic hydrolysis with an enzymatic cocktail from Novozymes®. Sugars and by-products released in the sulphite pretreatment and enzymatic treatment hydrolysates were analyzed by HPLC.
- Ações da vitamina D na regulação da Regucalcina no cancro da próstataPublication . Rodrigues, Ana Margarida Pereira; Batista, Cláudio Jorge Maia; Socorro, Sílvia Cristina da Cruz MarquesCancro da próstata é o segundo cancro maligno mais diagnosticado na população masculina. Baixos níveis de vitamina D tem sido associados ao desenvolvimento e/ou progressão do cancro da próstata. Vitamina D pode ser produzida na pele, durante a exposição solar, ou provinda da dieta. Calcitriol, a forma ativa da vitamina D, quando ligada ao seu recetor, regula a expressão de uma variedade de genes que estão associados com a homeostase do cálcio e também associados ao crescimento celular, diferenciação e apoptose. Esta hormona é então um regulador da homeostase de cálcio intracelular, mas também um modulor efetivo da proliferação celular e da diferenciação em diferentes tipos de células, como é o caso do cancro da próstata. O desequilíbrio entre a morte celular e a proliferação, está na base da carcinogénese e a transformação maligna das células tem sido associada a alterações na sinalização de cálcio. Regucalcina é uma proteína que tem como papel importante na manutenção da homeostase de cálcio e também na regulação da expressão de algumas proteínas importantes nas vias de sinalização intracelular. Estudos do nosso grupo comprovam que a regucalcina está subexpressa no cancro da próstata. Este projeto de investigação tem como objetivo verificar o efeito anticancerígeno da vitamina D através da regulação da regucalcina. Para isso, utilizou-se a técnica de PCR em tempo real para avaliar a expressão da regucalcina nas células PNT1A, LnCap e PC3 estimuladas com a vitamina D. Nos resultados obtidos, nas linhas PNT1A e LnCaP observou-se uma diminuição significativa da expressão do mRNA regucalcina enquanto que na linha PC-3 houve uma aumento da expressão. Concluímos que possivelmente a vitamina D tem ações anticancerígenas apenas em estados tardios do cancro da próstata, aumentando a expressão da regucalcina e assim regredir a progressão do cancro.
- Acoustic "wall-less" test tubes for cell biology in type 2 diabetes related researchPublication . Lemos, Sandra; Nilsson, Staffan; Cabral, Ana Cristina Mendes DiasNew insights into biomedicine and related areas require the parallel development of new analytical methods. A technique for chemical analysis based on the use of acoustically levitated droplets, suitable for the study of intra and extracellular reactions at single or few cells level has been developed. Microenvironments suited for specific cell types and cell reactions can be created in levitated droplets to serve as biomimetic systems. The applicability of the Airborne System is broad and circumvents limitations associated with chip-based analytical systems, such as adsorption of the analytes or optical interferences at the walls of the sample containers. Furthermore, the low attomole detection limit highlights the potential of the method. Dysfunctional adipocytes and insulin-producing pancreatic β-cells are dynamic parts in the development of type 2 diabetes. The mechanisms involved are however not yet fully understood. With this project we aim to give our contribution for the understanding of the phenomena associated with the development of the disease and at the same time provide science with new tools which can be useful in the pursuit of new knowledge, as well as in the development of novel drugs, both in type 2 diabetes or in other metabolic diseases. The system was here applied in cellular studies at the single/few cell level. Reagents are added to the droplet using flow-through dispensers, with no physical contact with the droplet. After exposure of the cells to drugs, activators or inhibitors, the cell response (or lack of response) is monitored using fluorescence imaging detection and MALDI-TOF-MS. Adipocyte lipolysis was followed. Stimulation of lipolysis with isoprenaline resulted in a pH decrease detectable by this methodology. Moreover, the addition of insulin resulted in the inhibition of isoprenaline stimulated lipolysis in adipocytes in the levitated droplet. The addition of glycated insulin to an adipocyte containing droplet revealed not to be as effective to stop lipolysis as non-glycated insulin, which is na important finding in the search for new targets in type 2 diabetes related research. Additionally, we are now attempting to develop techniques which can interrogate and monitor analytes of interest in a levitated droplet, non-destructively, ondemand, and over extended periods of time and in real-time by MS. In current work droplet fission is induced by polarization in a containerless environment. Various electrode configurations are attempted varying parameters such as number and shape, voltage, pulse length and frequency for the applied electric field in order to get the proper droplet response. Miniaturization and single-cell analysis could ultimately result in a decreasing of the number of animal trials necessary in medical research.
- Action of Curcumin on Glioblastoma Growth: A Systematic Review with Meta-Analysis of Animal Model StudiesPublication . Luís, Ângelo; Amaral, Leonor; Domingues, F.C.; Pereira, L.; Cascalheira, JoséGliomas are aggressive brain tumors with poor prognosis even after surgical removal and radio-chemotherapy, stressing the urgency to find alternative therapies. Several preclinical studies evaluating the anticancer effect of curcumin in animal models of glioma are reported, but a systematic review with meta-analysis of these studies, considering the different experimental conditions used, has not been made up to this date. A search in different databases (Pubmed, Web of Science, Scopus, and SciELO) following the PRISMA statement was conducted during November 2023 to systematically identify articles assessing the effect of curcumin in murine xenograft models of glioma and identified 15 articles, which were subdivided into 24 studies. Tumor volume before and after treatment with curcumin or vehicle was extracted and the efficacy of curcumin was evaluated by performing a random effects meta-analysis of the data. Publication bias and the impact of different experimental conditions on curcumin efficacy were assessed. Treatment with curcumin decreased tumor volume. Comparing curcumin with control groups, the overall weighted standardized difference in means was −2.079 (95% CI: −2.816 to −1.341; p-value < 0.001). The curcumin effect was observed for different animal models, types of glioma cells, administration routes, and curcumin formulations. Publication bias was identified but does not invalidate curcumin’s effectiveness. The findings suggest the potential therapeutic efficacy of curcumin against glioma.
- Actividade antimicrobiana do Chá Verde dos Açores e sobre Gardnerella vaginalis e Lactobacillus spp.Publication . Marques, Daniela Patrícia Abrantes; Oliveira, Ana Cristina Palmeira de; Silva, Branca Maria Cardoso Monteiro daA maior causa de consulta médica por parte das mulheres são as infecções vaginais e tem sido descrita uma procura maior de produtos com base em compostos naturais para o seu tratamento. A bacteriose vaginal é a infecção genital mais comum considerando-se que a presença de Gardnerella vaginalis parece ser a principal causa etilógica visto estar descrita em 95% dos casos. Esta bactéria é anaeróbia, Gram negativa mas com alguma variabilidade na coloração, dependendo da fase de crescimento em que se encontra e possui uma grande capacidade de adesão importante na patologia e diagnóstico de bacteriose vaginal pela formação de células epiteliais vaginais esfoliadas revestidas com G. vaginalis, conhecidas como ‘’clue cells’’. Diversos estudos têm como objecto a actividade antimicrobiana de compostos naturais devido ao aumento das resistências dos microrganismos aos antibióticos convencionais, criando assim uma terapêutica alternativa. Por outro lado a população lactobacilar parece desempenhar um papel protector, visto o seu papel probiótico, sendo a sua presença utilizada como um dos marcadores de flora vaginal normal. O uso de chá de Camellia sinensis em estudos científicos indica que é uma fonte natural e pouco dispendiosa de polifenóis, tais como os derivados de catequinas, que são conhecidos pelas suas propriedades antimicrobianas. Os benefícios do chá estão relacionados com a elevada quantidade de catequinas que constituem cerca de 30% do peso seco das folhas, sendo as principais a (-) epicatequina (EC), (-) epicatequina-3-galhato (ECG), (-) epigalhocatequina (EGC) e (-) epigalhocatequina-3-galhato (EGCG), sendo esta última catequina a que se encontra em maior quantidade no chá verde. Neste trabalho laboratorial avaliou-se o potencial antimicrobiano do extrato aquoso de chá verde dos Açores sobre estirpes de Gardnerella vaginalis, verificou-se a sobrevivência dos Lactobacillus spp. aquando da aplicação deste extrato aquoso e avaliou-se o mecanismo de acção do extrato aquoso de chá verde em Gardnerella vaginalis por citometria de fluxo. Os resultados sugerem que as estirpes de Lactobacillus spp. sobrevivem na presença do extrato aquoso de chá verde e as estirpes de Gardnerella vaginalis são susceptíveis ao mesmo extracto em concentração de CMI de 0,63mg/mL. Os resultados de citometria mostraram-se inconclusivos para este estudo. Deste modo, o extrato aquoso de chá verde dos Açores apresenta-se como um potencial agente terapêutico natural e de baixo custo, com potencial interesse nomeadamente na bacteriose vaginal.
- Actividade antioxidante de plantas medicinais angolanasPublication . Fernandes, Nélson António Freitas; Mendonça, António José Geraldes de; Mendonça, Dina Isabel Malheiros Dinis deNos últimos anos tem crescido o interesse pela descoberta de novos compostos antioxidantes, a partir de fontes naturais, aplicáveis quer na indústria alimentar como na medicina preventiva. Neste trabalho foi estudada a capacidade antioxidante de extractos de dez plantas medicinais Angolanas em diferentes solventes orgânicos (Hymenodictyon floribundum, Parinari pumila, Tinnea antiscorbutica, Eragrostis viscosa, Xylopia odoratissima, Peucedanum angolense, Boscia microphylla, Adenodolichos huillensis, Cassia occidentalis e Rhus kirkii). A capacidade antioxidante foi avaliada por quatro métodos in vitro (ABTS, DPPH, TBA e Valor peróxido). A concentração de compostos fenólicos totais nos extractos foi determinada pelo método de Folin- Ciocalteau. Os compostos fenólicos totais variam entre 40,63mg/g extracto ± 0,00 para a Eragrostis viscosa em diclorometano e 549,27mg/g extracto ± 0,01 para a Parinari pumila aquoso. A percentagem mais elevada de inibição de radicais livres de DPPH, quando em comparação com uma solução de Trolox na mesma concentração dos extractos (69,79 % ± 0,43), foi observada no extracto de Parinari pumila em metanol com um valor de 36,19 % ± 0,21. Para o método de ABTS, o valor mais alto de TEAC e de percentagem de inibição, foi observado para o extracto de Hymenodictyon floribundum em acetato de etilo, respectivamente com o valor de 3,24 mM Trolox/g extracto ± 0,52 e 5,71 % ± 0,52. No teste de TBA, os extractos de Parinari pumila e Hymenodictyon floribundum são alguns dos que se mostraram menos eficazes na prevenção da oxidação do ácido linoleico, embora onze dos extractos tenham apresentado uma capacidade antioxidante equivalente à do BHA. Relativamente ao valor peróxido, o extracto com melhor capacidade em diminuir a oxidação ao longo dos oitos dias, foi o de Adenodolichos huillensis folhas aquoso, com um valor de 37,47meq / g extracto ± 0,20. Uma vez que a composição química dos diferentes extractos não é conhecida, será necessário isolar e purificar os diferentes compostos químicos presentes nos extractos.