Digested raspberries polyphenols for brain health: attenuation of neuroinflammation

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Molecular e Genética). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014Microglia are the resident innate immune cells in the central nervous system (CNS), representing the first defense line of the neural parenchyma. However, its chronic activation is implicated in neurodegenerative disorders by the uncontrolled release of diverse molecular mediators such as inflammatory cytokines. Among all dietary phytochemicals, polyphenols are the major anti-inflammatory molecules provided by some plants. As example, raspberries are an enriched natural source of polyphenols such as ellagic acid, flavanols; and phenolic acids. However, digestion strongly modifies the structure of polyphenols, producing metabolites with different bioactivities. Thus, it is imperative the study of digested polyphenols for a better elucidation about their effects. The main goal of this study was to evaluate the bioactivity of raspberry polyphenols as neuroinflammatory attenuators. The fractions studied were composed by polyphenols that are bioaccessible to blood serum, obtained from in vitro digestion of five different quasi-isogenic raspberries. Furthermore, N9 murine microglial cell line was implemented as model of neuroinflammation and the range of non-cytotoxic concentrations of each fraction was determined. Then, the neuroinflammatory attenuation induced by each digested fraction in LPS-stimulated microglia was evaluated and compared. As result, some of the fractions attenuated microglial pro-inflammatory activation, significantly decreasing the expression of membrane protein CD-40 (marker of microglial activation) and the production of the pro-inflammatory markers, nitric oxide (NO), tumor necrosis factor-α (TNF-α) and intracellular superoxide (O2•-). Additionally, a yeast model of inflammation was used as a mechanistic tool to elucidate the molecular mechanisms underlying the anti-inflammatory activity of the digested raspberry fractions. The results showed that these compounds inhibit the yeast Crz1/calcineurin pathway, which is homologous to the mammalian nuclear factor of activated T-cells (NFAT)/calcineurin, suggesting that they may prevent microglial neuroinflammation through this pathway.Quando exposto a diversas agressões tais como infeções, toxinas ou traumatismos, o sistema nervoso central medeia uma resposta inflamatória complexa e ao mesmo tempo dinâmica. Esta resposta inclui uma curta e eficiente ativação do sistema imunitário, que geralmente é mediada pela população de células imunitárias residentes – a microglia. A microglia representa cerca de 12% do tecido cerebral e participa na primeira linha de defesa do parênquima neural. Num estado não ativado apresenta uma morfologia ramificada, tendo como função a continua monitorização do espaço que rodeia os neurónios. Uma vez exposta a um estímulo pro-inflamatório, a microglia entra num estado ativado que, tipicamente, é acompanhado de uma transição da morfologia para uma forma ameboide, o que favorece a fagocitose. Neste estado, a expressão de muitos recetores de superfície relacionados com a resposta imunitária é aumentada. São também induzidas muitas vias de sinalização celular que conduzem à secreção de diferentes compostos pro-inflamatórios. Por exemplo, compostos como o fator de necrose tumoral – α (TNF-α), a interleucina - 1β (IL-1β), ou as espécies reativas de oxigénio, são regulados por diferentes vias de sinalização celular tais como a via do fator nuclear – κB (NF-κB), a via do fator nuclear das células T ativadas (NFAT) ou a vias das cinases MAP (MAPK). Muitos dos agentes pró-inflamatórios conhecidos e descritos são pesticidas como o paraquato, dieldrina, lindano ou rotenona; outros são toxinas como os lipopolissacarídeos (LPS) provenientes da membrana exterior de bactérias gram-negativas. Geralmente, estes agentes estão associados a casos patológicos, nos quais a microglia adquire um estado de sobreativação crónica. Nestes casos, muitos compostos mediadores da inflamação são continuamente e abundantemente secretados pela microglia, causando lesões e prococando ativação das vias de apoptose nas células neuronais vizinhas. Elevados e contínuos níveis de produção de óxido nítrico, de espécies reativas de oxigénio e de citocinas estão descritos como patológicos em várias doenças neurodegenerativas, tais como Alzheimer, Parkinson, Huntington, Esclerose Múltipla ou Esclerose lateral amiotrófica. Por sua vez, proteínas como a α-sinucleína ou a β-amilóide, que estão descritas nas doenças de Parkinson e Alzheimer, respetivamente, atuam como agentes pro-inflamatórios, perpetuando e intensificando a resposta inflamatória. Nos casos mais severos, ocorre uma fragilização da barreira hematoencefálica, o que permite a entrada de macrófagos periféricos para a progressão e intensificação do processo inflamatório. Os hábitos alimentares atuais também promovem uma ação pró-inflamatória que contribui para a progressão de algumas das doenças crónicas anteriormente citadas. A dieta atual envolve o elevado consumo de carnes vermelhas, doces, alimentos ricos em gorduras e bebidas gaseificadas, enquanto há um baixo consumo de fruta fresca, nozes, vegetais, cereais e fontes naturais de ómega-3 como o peixe. Muitos estudos com vista à atenuação da neuroinflamação comprovaram que a dieta, e em especial, o consumo de algumas classes de polifenóis provenientes da fruta e dos vegetais, parece ter um efeito positivo nesse contexto. No entanto, é importante mimetizar os diversos processos de transformação que ocorrem nos polifenóis durante a digestão in vivo, uma vez que essas transformações alteram drasticamente a sua função biológica. Uma das formas de mimetizar a digestão é o recurso à utilização de modelos de digestão in vitro, a partir dos quais se obtêm as frações digeridas dos polifenóis. Os metabolitos constituintes destas frações são semelhantes àqueles que estariam bioacessíveis às células alvo in vivo. A procura de polifenóis cujos efeitos sejam benéficos face às mais diversas patologias, como o cancro ou as doenças neurodegenerativas, levou ao aumento do estudo dos pequenos frutos. Estes frutos possuem uma vasta gama e um elevado teor em polifenóis, o que propicia a sua utilização na investigação científica. Em particular, as espécies do género Rubus têm sido referenciadas como altamente benéficas para a saúde. No presente estudo, avaliou-se a eventual atenuação da neuroinflamação promovida por cinco frações digeridas de diferentes framboesas em células de microglia. As cinco cultivares de framboesa utilizadas provêm de um banco de germoplasma do James Hutton Institute, caracterizando-se por diferirem entre si na constituição nas diferentes classes de polifenóis. Para a obtenção das frações digeridas, as diferentes framboesas quasi-isogénicas foram liofilizadas, solubilizadas em água e submetidas a um modelo de digestão in vitro. De cada tipo de framboesa resultaram duas frações distintas, uma fração digerida bioacessível ao cólon e uma fração digerida bioacessível ao soro do sangue. Para o presente trabalho apenas foram utilizadas as frações bioacessíveis ao soro do sangue. Todo o processo da digestão in vitro até à obtenção das frações foi desenvolvido pelo Dr. Derek Stewart, do James Hutton Institute. A primeira tarefa deste trabalho foi a implementação do modelo de neuroinflamação com a linha celular N9 de microglia de ratinho. Para tal, as células foram estabelecidas em cultura in vitro e estimuladas com LPS. Devido à complexidade inerente à resposta inflamatória mediada pela microglia, foi necessário identificar e aceder a diferentes marcadores pró-inflamatórios típicos da microglia ativada, através de diferentes técnicas. Para a determinação do óxido nítrico libertado pelas células, foi quantificado o teor em nitritos no meio de cultura através da reação de Griess. O fator de necrose tumoral – α (TNF-α) foi quantificado no meio de cultura, recorrendo à técnica de Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA) quantitativa. O radical superóxido e a proteína de membrana CD-40 foram ambos quantificados recorrendo à técnica de citometria de fluxo. A tarefa seguinte foi a avaliação da citotoxicidade das frações de framboesa digerida, como forma de determinar, dentro da gama de concentrações descritas como fisiológicas, quais as concentrações não toxicas adequadas para a sua utilização na linha celular N9 de microglia de ratinho. A última tarefa foi a avaliação da atenuação da neuroinflamação promovida pelas frações digeridas na linha celular N9 de microglia de ratinho. Para tal, as células foram pré-incubadas com as diferentes frações digeridas de framboesa e seguidamente estimuladas com LPS. De seguida, foram quantificados os diferentes marcadores previamente validados na primeira tarefa (óxido nítrico, TNF-α, CD-40 e radical superóxido). Como resultado, três das frações digeridas revelaram grande consistência na significativa redução da produção e expressão dos diversos marcadores na linha de microglia N9, o que evidência o seu forte contributo para a atenuação da neuroinflamação. Por outro lado, as restantes duas frações não exibiram um efeito anti-inflamatório consistente para todos os marcadores inflamatórios, sendo que em alguns desses marcadores não se observaram reduções significativas na produção/expressão relativamente aos controlos positivos da inflamação. Adicionalmente, como ferramenta mecanística foi utilizado um modelo de inflamação construído em levedura. A utilização deste modelo revelou que, de alguma forma, os metabolitos presentes nas frações de framboesa digerida interferem na regulação da via celular calcineurina / Crz1, reprimindo a sua indução pelo dicatião cálcio (Ca2+). Esta via de sinalização é regulada de uma forma semelhante nos mamíferos, sendo que CRZ1 é ortólogo de NFAT, que, por sua vez, está intrinsecamente relacionado com a inflamação. Assim, os resultados obtidos com o modelo de inflamação em levedura sugerem que uma das vias pela qual os metabolitos presentes nas frações digeridas de framboesa atenuam a neuroinflamação na microglia é pela via da calcineurina - NFAT. Por último, os resultados da atenuação da inflamação na microglia e nos ensaios em levedura foram comparados com as diferentes composições químicas em polifenóis de cada uma das frações digeridas utilizadas. Por conseguinte, algumas classes de polifenóis, tais como os conjugados de ácido elágico, foram identificadas como relacionadas com o poder anti-inflamatório das frações

Que não nos falte o ar (de qualidade)

A secção UAciência é coordenada pelo Professor Universitário Armindo Rodrigues.[…]. O ar de qualidade é um recurso natural finito, deteriorável por via das emissões atmosféricas. Esta perda de qualidade acarreta um fardo de morbilidade e mortalidade e um consequente custo económico e social, que se vai acumulando em função das concentrações no ar ambiente e o grau e cronicidade da exposição das populações. Nessa medida, a proteção da saúde ambiental e humana exige um esforço contínuo e conjugado de controlo, monitorização e inovação tecnológica com vista à minimização das emissões atmosféricas e salvaguarda da qualidade do ar. Nos Açores, a qualidade do ar tem desfrutado de padrões de excelência, dado o seu contexto geoespacial remoto e pequena e fragmentada dimensão territorial, separada pelo oceano, facilitando a dispersão da poluição do ar. Contudo, o cenário tem-se alterado nas últimas décadas. Segundo dados recentes da Direção Regional do Ambiente, desde 1990, as emissões de dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄), gases com efeito de estufa, aumentaram em 73% e 45%, respetivamente, por causa da queima de combustíveis fósseis para produção de energia. Já a atividade agrícola, sobretudo a exploração agropecuária, contribuiu com incrementos de 82% de CO₂ e 93% de CH₄. Tal reflete a intensificação das atividades agrícolas, industriais, turísticas e tráfego associado na região, para a qual o DLR n.º 32/2012/A, de 13 de julho, já antevê a necessidade de encontrar soluções para harmonizar o desenvolvimento destas atividades socioeconómicas com a proteção do recurso “qualidade do ar”. […].info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Avós são pais duas vezes?

O presente artigo tem como objetivo analisar a possibilidade da adoção avoenga, haja vista o impedimento expresso no artigo 42 §1 do Estatuto da Criança e do Adolescente (ECA), e a a aplicação dos princípios do melhor interesse da criança e do adolescente e da dignidade da pessoa humana. Realizou-se uma pesquisa qualitativa, com viés descritivo. Como método procedimental, preconizou-se a pesquisa bibliográfica , por meio de obras doutrinárias, jurisprudência, artigos e a legislação pertinente. Por último, utilizou-se o método dedutivo de abordagem, partindo de uma premissa geral em busca da solução de um problema específico. Ao final da pesquisa, concluiu-se que a adoção dos netos pelos avós é possível com base no princípio do melhor interesse da criança e do adolescente e dignidade da pessoa humana. Entretanto, a adoção avoenga representa excepcionalidade no ordenamento jurídico, devendo ser aplicado conforme análise ponderada dos interesses em jogo

Intramuscular EMG-driven Musculoskeletal Modelling: Towards Implanted Muscle Interfacing in Spinal Cord Injury Patients

Objective: Surface EMG-driven modelling has been proposed as a means to control assistive devices by estimating joint torques. Implanted EMG sensors have several advantages over wearable sensors but provide a more localized information on muscle activity, which may impact torque estimates. Here, we tested and compared the use of surface and intramuscular EMG measurements for the estimation of required assistive joint torques using EMG driven modelling. Methods: Four healthy subjects and three incomplete spinal cord injury (SCI) patients performed walking trials at varying speeds. Motion capture marker trajectories, surface and intramuscular EMG, and ground reaction forces were measured concurrently. Subject-specific musculoskeletal models were developed for all subjects, and inverse dynamics analysis was performed for all individual trials. EMG-driven modelling based joint torque estimates were obtained from surface and intramuscular EMG. Results: The correlation between the experimental and predicted joint torques was similar when using intramuscular or surface EMG as input to the EMG-driven modelling estimator in both healthy individuals and patients. Conclusion: We have provided the first comparison of non-invasive and implanted EMG sensors as input signals for torque estimates in healthy individuals and SCI patients. Significance: Implanted EMG sensors have the potential to be used as a reliable input for assistive exoskeleton joint torque actuation

Biological endpoints in earthworms (Amynthas gracilis) as tools for the ecotoxicity assessment of soils from livestock production systems

Due to the intensification and modernization of livestock farming practices, large amounts of trace metals, veterinary pharmaceuticals and pesticide residues are released to the soil along with animal feces. Hence, there is an increasing concern about the effects of pollutants derived from livestock activities on soil organisms. The objective of this study is to assess the ecotoxicity of soils from livestock production systems using a set of validated tissue and cellular biomarkers of non-native earthworms (Amynthas gracilis) exposed ex situ to real contaminated livestock soils. Overall, the results showed that livestock pollutants present clear environmental risks, since the exposure during 14 days to soils from livestock systems triggered significant sub-lethal effects in A. gracilis, revealed by the increase of acetylcholinesterase activity in earthworms’ tissues (from 34.15 ± 0.79 to 62.74 ± 2.10 nmol of acetylthiocholine hydrolyzed min−1 mg−1 of protein), the decrease of antioxidant defense associated enzymes (superoxide dismutase activity, from 2.76 ± 0.11 to 1.90 ± 0.04 U mg−1 of protein) and of lysosomal integrity (neutral red uptake, from 113.00 ± 4.81 to 83.73 ± 2.25%). Moreover, coelomocytes of earthworms exposed to the livestock soil displayed significantly higher DNA damage values (comet assay, from 126.67 ± 8.67 to 199.67 ± 23.15 GDI). This study validates the applicability of the tested biomarkers as early warning tools to assess sub-lethal toxicity to organisms inhabiting soil impacted by livestock pollutants. This study also highlights the relevance of A. gracilis as a suitable sentinel species to provide an integrative and more ecologically relevant response of soil ecosystem health in livestock production systems

Discontinuity detection in the shield metal arc welding process.

This work proposes a new methodology for the detection of discontinuities in the weld bead applied in Shielded Metal ArcWelding (SMAW) processes. The detection system is based on two sensors?a microphone and piezoelectric?that acquire acoustic emissions generated during the welding. The feature vectors extracted from the sensor dataset are used to construct classifier models. The approaches based on Artificial Neural Network (ANN) and Support Vector Machine (SVM) classifiers are able to identify with a high accuracy the three proposed weld bead classes: desirable weld bead, shrinkage cavity and burn through discontinuities. Experimental results illustrate the system?s high accuracy, greater than 90% for each class. A novel Hierarchical Support Vector Machine (HSVM) structure is proposed to make feasible the use of this system in industrial environments. This approach presented 96.6% overall accuracy. Given the simplicity of the equipment involved, this system can be applied in the metal transformation industries

Bad Choices Make Good Stories: The Impaired Decision-Making Process and Skin Conductance Response in Subjects With Smartphone Addiction

Introduction: Smartphone Addiction (SA) has caused negative consequences and functional impairments in college students, such as reduction of academic performance and impairment in sleep quality. Studies have shown that individuals with chemical and behavioral dependencies have a bias in decision-making process, which leads to short-term advantageous choices even if they cause long-term harm. This bias in decision-making process is accompanied by a change in somatic markers and is associated with the development and maintenance of addictive behavior. The decision-making process and the measurement of physiological parameters have not yet been analyzed in SA. The neuropsychological and physiological characterization of the SA can contribute to its approach with the other dependency syndromes and to its recognition as a disease.Objective: we aimed to evaluate the decision-making process under risk and under ambiguity in individuals with SA and to measure the physiological parameters that accompany this process.Method: We compared the performance in the Iowa Gambling Task (IGT), Game of Dice Task (GDT) and skin conductance response (SCR) between 50 individuals with SA and 50 controls.Results: Smartphone dependents presented a profile of impairment in decision-making under ambiguity, without impairment in decision-making under risk. They demonstrated lower SCR before disadvantageous choices, higher SCR after rewards and lower SCR after punishments during decision-making, which suggests difficulty in recognizing disadvantageous alternatives, high sensitivity to rewards, and low sensitivity to punishments.Conclusion: The impairment in the decision-making process in smartphone dependents is similar to that found in other chemical and behavioral addictions, such as alcohol addiction, gambling disorders and pathological buy. The impairment in decision under ambiguity with preservation of decision under risk may reflect dysfunction of implicit emotional processes without dysfunction of explicit cognitive process. This profile can contribute to the recognition of SA as a behavioral dependence and to guide specific preventive and therapeutic strategies