Desenvolvimento de novos micro- e nano-sistemas responsivos para entrega de drogas anti-tumorais

Cancer is a major health care problem with growing incidence, not only at a national level but also worldwide. Due to this urgency in reducing cancer prevalence, the scientific community has put forward a great attention in the search for novel anti-cancer treatments, particularly, in the development of nanocarriers capable to control and promote drug delivery to target cells. These drug delivery systems are capable to overcome the limitations presented by the conventional chemotherapeutic treatments. Among the various types of nanocarriers developed so far, mesoporous silica nanoparticles (MSNs) possess unique structural properties that make them highly suitable to encapsulate and deliver drugs to cancer cells. However, for these specialized nanocarriers to be applied in cancer therapies it is still of critical importance to control the time frame of drug release at the tumor microenvironment or inside cancer cells, in order to maximize the therapeutic effect and reduce unspecific cytotoxicity. One alternative to control drug release is to endow the nanocarriers with a pH responsive drug release that takes advantage of the naturally acidic tumor microenvironment and also of the acidic pH of lysosomes. In this thesis the development of dual drug loaded pH-responsive mesoporous silica nanoparticles (MSNs) with a calcium carbonate-based coating is presented as an effective alternative to deliver drugs to prostate cancer cells. This approach allowed the simultaneous co-encapsulation of a non-steroidal anti-inflammatory drug (Ibuprofen) and Doxorubicin (an anti-tumoral drug), with high efficiency. Furthermore, the idealized calcium carbonate coating successfully promoted a pH sensitive drug release from the MSNs matrix. The delivery systems proved to be capable of maintaining the drugs inside their mesoporous structure under physiological pH, and to prompt its release in acidic environments. The resulting dual loaded MSNs coated with calcium carbonate have spherical morphology and a mean size of 167 nm, presenting therefore, good characteristics to be applied as nanocarriers. Such, is supported by the cytotoxicity studies where the idealized MSNs produced a 93% higher anti-proliferative effect than the non-coated silica nanoparticles, being even more effective than the dual free drug administration, as well. Overall, the carbonate coating of MSNs showed to be a simple and cost-effective approach for cancer therapy, in particular for a pH-triggered drug delivery. Moreover, the versatile nature of these nanocarriers allows surface modifications that can improve the selectivity to target cells, allow imaging or even a combination of them both.O cancro é atualmente um dos maiores problemas que afeta a saúde pública, tanto ao nível nacional como mundial. Apesar de grande parte das terapias convencionais possuírem a potencialidade de eliminar a maioria das células cancerígenas, estas apresentam vários problemas associados. Um dos que mais se destaca é a falta de especificidade, o que se traduz frequentemente em danos de células e tecidos saudáveis, que constituem efeitos secundários nefastos. Aliado a este facto, normalmente, também se verifica uma baixa biodisponibilidade e, por isso, são muitas vezes utilizadas concentrações mais elevadas dos agentes terapêuticos na tentativa produzir algum efeito benéfico para o paciente. Estes aumentos nas concentrações administradas acarretam consigo um acréscimo dos efeitos nocivos. Como tal, esta doença tem atraído a atenção da comunidade científica para o desenvolvimento de novas terapias. Uma boa abordagem para ultrapassar estas desvantagens é a entrega combinada de diferentes agentes terapêuticos. Esta múltipla administração utiliza os compostos em quantidades inferiores à da sua aplicação isolada, tentando assim tirar partido de um possível efeito terapêutico sinérgico resultante da combinação do ataque a diferentes caraterísticas chave das células cancerígenas. Contudo, mesmo esta abordagem não tem conseguido ultrapassar os efeitos secundários produzidos nas células saudáveis. Nos últimos anos, uma estratégia que tem sobressaído é a utilização da Nanotecnologia para a administração destes agentes terapêuticos. A utilização de nanotransportadores concede a oportunidade de ultrapassar algumas das limitações apresentadas anteriormente. De fato, no geral os nanoveículos são capazes de aumentar a solubilidade dos agentes terapêuticos, protegê-los e transportá-los na circulação sanguínea. Simultaneamente, também podem controlar a libertação destes compostos bioativos, aumentando a seletividade e penetração/absorção dos mesmos no tecido alvo. Dentro dos diferentes tipos de nanopartículas que têm vindo a ser estudados as nanopartículas mesoporosas de sílica (MSNs) apresentam características estruturais que as tornam muito adequadas para esta aplicação. Estas partículas possuem uma estrutura porosa singular, com um grande número de poros que nunca se interconectam, aliada à capacidade de armazenarem uma grande quantidade de agentes terapêuticos. Além disso, as MSNs apresentam uma estrutura rígida muito resistente à temperatura, pH e stress mecânico o que lhes garante uma elevada estabilidade. Contudo, apesar das boas propriedades que as MSNs apresentam, é ainda necessário conferir-lhes a capacidade de libertarem a sua carga na presença de um determinado estímulo para que os agentes terapêuticos sejam apenas libertados quando cheguem a um ambiente que possua esses estímulos. O estímulo pode ter como origem alterações no pH, luz, enzimas, temperatura entre outros. A sensibilidade ao pH é um dos estímulos que melhor se adequa para ser utilizado na terapia do cancro, pois as diferenças de pH observadas no microambiente tumoral e também nas vias endocíticas no interior das células cancerígenas podem ser aproveitadas para desencadear a libertação dos agentes terapêuticos. Nas MSNs esta sensibilidade a estímulos é geralmente conseguida através da ligação de polímeros na sua superfície. Porém, esta estratégia apresenta algumas desvantagens como a necessidade de utilização de processos de purificação complexos, custos elevados e um potencial de aplicação clínica limitado. Assim sendo, o trabalho de investigação desenvolvido nesta tese descreve não só o desenvolvimento de nanopartículas de sílica mesoporosas carregadas com dois agentes terapêuticos, Doxorrubicina e Ibuprofeno mas, também a nova aplicação do carbonato de cálcio para tornar as MSNs sensíveis ao pH. O carbonato de cálcio forma-se preferencialmente nos poros das MSNs impedindo assim a libertação da sua carga, e quando em meio ácido este sofre uma rápida degradação desimpedindo os poros e permitindo a libertação da Doxorrubicina e do Ibuprofeno. Este sistema foi desenvolvido e testado para a entrega de agentes terapêuticos a células do cancro da próstata. As nanopartículas produzidas apresentaram um tamanho na ordem dos 160 nm e uma morfologia esférica uniforme. Além disto, os estudos efetuados demostraram que as partículas são capazes de armazenar grandes quantidades de Doxorrubicina e Ibuprofeno na sua matriz porosa. Por outro lado, apenas perdas residuais destes agentes terapêuticos foram detetadas nos passos subsequentes ao seu armazenamento nas MSNs. Os resultados obtidos demostraram também que o revestimento de carbonato de cálcio é sensível ao pH, visto que a um pH acídico (5,6) os agentes terapêuticos apresentaram uma rápida libertação e a um pH fisiológico (7,4) a libertação foi retardada. Os estudos realizados in vitro com células do cancro da próstata (PC-3) mostraram que estas partículas eram capazes de penetrar nas células e entregar os agentes terapêuticos no seu local de ação. Em particular, foi comprovado que uma quantidade substancial de Doxorrubicina se localizava no núcleo das células tumorais após administração. Estes resultados são essenciais para verificar a eficácia desta estratégia uma vez que este agente anti-tumoral atua no núcleo ao nível do ADN. Adicionalmente, as partículas de sílica revestidas com carbonato de cálcio contendo os fármacos apresentaram uma maior atividade citotóxica do que os agentes terapêuticos na forma livre e mesmo do que as nanopartículas não revestidas. Em geral, o revestimento de carbonato de cálcio mostrou-se capaz de imprimir um comportamento sensível ao pH por parte das nanopartículas de sílica, e futuramente permitir a sua utilização na terapia do cancro. Além disto, a versatilidade que este sistema apresenta, permite modificações futuras que podem melhorar a sua seletividade para as células de interesse ou mesmo adicionar funções permitindo por exemplo o diagnóstico e a terapia em simultâneo

Specifying and information system for managing distributed generation equipment and related services : a case study with EDF energy in the UK

Estágio realizado na EDF Energy NetworksTese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

The use of extended reality and machine learning to improve healthcare and promote greenhealth

Com a Quarta Revolução Industrial, a propagação da Internet das Coisas, o avanço nas áreas de Inteligência Artificial e de Machine Learning até à migração para a Computação em Nuvem, o termo "Ambientes Inteligentes" cada vez mais deixa de ser uma idealização para se tornar realidade. Da mesma forma as tecnologias de Realidade Extendida também elas têm aumentado a sua presença no mundo tecnológico após um "período de hibernação", desde a popularização do conceito de Metaverse assim como a entrada das grandes empresas informáticas como a Apple e a Google num mercado onde a Realidade Virtual, Realidade Aumentada e Realidade Mista eram dominadas por empresas com menos experiência no desenvolvimento de sistemas (e.g. Meta), reconhecimento a nível mundial (e.g. HTC Vive), ou suporte financeiro e confiança do mercado. Esta tese tem como foco o estudo do potencial uso das tecnologias de Realidade Estendida de forma a promover Saúde Verde assim como seu uso em Hospitais Inteligentes, uma das variantes de Ambientes Inteligentes, incorporando Machine Learning e Computer Vision, como ferramenta de suporte e de melhoria de cuidados de saúde, tanto do ponto de vista do profissional de saúde como do paciente, através duma revisão literarária e análise da atualidade. Resultando na elaboração de um modelo conceptual com a sugestão de tecnologias a poderem ser usadas para alcançar esse cenário selecionadas pelo seu potencial, sendo posteriormente descrito o desenvolvimento de protótipos de partes do modelo conceptual para Óculos de Realidade Extendida como validação de conceito.With the Fourth Industrial Revolution, the spread of the Internet of Things, the advance in the areas of Artificial Intelligence and Machine Learning until the migration to Cloud Computing, the term "Intelligent Environments" increasingly ceases to be an idealization to become reality. Likewise, Extended Reality technologies have also increased their presence in the technological world after a "hibernation period", since the popularization of the Metaverse concept, as well as the entry of large computer companies such as Apple and Google into a market where Virtual Reality, Augmented Reality and Mixed Reality were dominated by companies with less experience in system development (e.g. Meta), worldwide recognition (e.g. HTC Vive) or financial support and trust in the market. This thesis focuses on the study of the potential use of Extended Reality technologies in order to promote GreenHealth as well as their use in Smart Hospitals, one of the variants of Smart Environments, incorporating Machine Learning and Computer Vision, as a tool to support and improve healthcare, both from the point of view of the health professional and the patient, through a literature review and analysis of the current situation. Resulting in the elaboration of a conceptual model with the suggestion of technologies that can be used to achieve this scenario selected for their potential, and then the development of prototypes of parts of the conceptual model for Extended Reality Headsets as concept validation

Transportation problems applications

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil. Área de Especialização de Vias de Comunicação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201

Estudo de fibras ópticas sujeitas a curvaturas apertadas

Mestrado em Engenharia FísicaEste trabalho centra-se no estudo de fibras ópticas, do tipo monomodo, sujeitas a curvaturas apertadas, nomeadamente, na atenuação do sinal e no aquecimento da fibra. Verificou-se experimentalmente o comportamento da atenuação e o fenómeno de reflexão de modos de fuga. Demonstrou-se que a atenuação da fibra quando sujeita a curvaturas apertadas pode ser modelizada pelos modelos de Marcuse e de Renner com correções dos efeitos elasto-ópticos. Demonstrou-se ainda que uma fibra óptica curvada que transmita um sinal de com uma potência de 0.5 W pode atingir temperaturas de 85ºC. ABSTRACT: This work presented the study of mechanisms in bending single mode optical fibers, namely signal losses and fiber heating. The loss behavior and the whispering gallery modes phenomenon was experimentally verified. Was demonstrated that fiber bending loss can be modeled by the Marcuse and Renner expressions with the elasto-optical corrections. Was shown that a curved optical fiber propagating a signal with 0.5 W of power can easily reach temperatures of 85 º C

Modelo da distribuição do Corço (Capreolus capreolus) numa área em Trás-os-Montes e os factores que o condicionam

Tese de mestrado. Biologia (Ecologia e Gestão Ambiental). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Este trabalho teve como objectivo aplicar os sistemas de informação geográfica (SIG) no desenvolvimento de um modelo de distribuição do corço (Capreolus capreolus, L.) numa zona de caça no distrito de Vila Real. Utilizou-se uma técnica de modelação ecológica baseada na máxima entropia, dados da presença da espécie e cinco factores ambientais (duas variáveis topográficas e três de ocupação do solo), com isto pretendeu-se identificar quais os factores que mais influenciam a distribuição da espécie e criar um mapa do índice de adequabilidade do habitat nesta área. No final do século XIX e início do século XX assistiu-se a uma redução drástica do número de exemplares de corço, ficando mesmo extinto em algumas zonas de Portugal. Actualmente, devido à diminuição da pressão cinegética, da reflorestação de muitas áreas e do êxodo rural, observa-se uma recolonização progressiva por parte do corço, o que requer um adequado plano de gestão desta espécie e manutenção dos seus habitats. As áreas que apresentam maior índice de adequabilidade do habitat para o corço são, na sua maioria, áreas em que a cota varia entre os 600 e os 1000 metros e a mancha florestal é mais heterogénea e intercalada com matos e áreas abertas proporcionando ao corço as condições essenciais para a sua sobrevivência (abrigo, refúgio e alimento).The main objective of this work was to apply geographic information systems (GIS) in the development of a roe deer (Capreolus capreolus L.) distribution model in a game area in the district of Vila Real. We used an ecological modelation technique based on maximum entropy, data from the species presence and five environmental factors - two topographic and three land cover variables. With that information we intended to identify which factors most affect the distribution of the species and at the same time create an index of habitat suitability in this area. By the end of the 19th century and in the early 20th century there was a dramatic reduction in roe deer population, becoming extinct in some areas of the portuguese territory. Nowadays, due to a decreasing game pressure, the reforestation of many areas and rural exodus, a gradual recolonization of the roe deer has been observed, which requires an adequate management plan for this species and maintenance of their habitats. The areas showing higher index of habitat suitability for roe deer are mostly those where elevation varies between the 600 and 1000 meters and the forest is more heterogeneous and intercalated with bushes as well as open areas providing the roe deer with the essential conditions for their survival - shelter, refuge and food

Estudo da turvação em rede de abastecimento de água a alta pressão no grande Porto

A turvação é uma das principais preocupações das empresas de rede de distribuição de água potável. Para se saber a sua origem existem diversos mecanismos, sugeridos em bibliografia, que explicam a formação de depósitos de partículas nas tubagens, que se acumulam em camadas sobrepostas, criando entre si forças de coesão. A turvação pode surgir se o caudal ou a velocidade na tubagem aumentar, por alguma razão, pois um aumento da tensão de corte sobre o depósito, pode superar as forças de coesão levando à sua ressuspensão. Esta explicação é traduzida matematicamente pelo modelo PODDS (Prediction of Discolouration in Drinking Water Distribtuion System). O modelo PODDS foi compilado em EPANET recentemente por uma equipa de investigadores da Universidade de Sheffield e foi utilizado para fazer o estudo num ramal da empresa AdDP - Águas do Douro e Paiva, SA. Os resultados das simulações permitirão prever o caudal mínimo teórico a utilizar no ramal que origina o valor limite de turvação. Foram realizados ensaios de variação do caudal no ramal de Jovim-Ramalde para a calibração do modelo. Os parâmetros obtidos foram: Cmáx igual a 100 NTUm, b e n igual a 1, k é igual -1 NTUm3/N, e por fim, P igual a 0,0001 NTUm3/N.s. Após calibração do modelo realizaram-se simulações com atualização das forças de coesão para conhecer o caudal que provocaria a mobilização das partículas até uma turvação de 4 NTU e concluiu-se que o valor seria de 4,32 m3/s. O tempo necessário para regressar a valores inferiores a 1 NTU também foi determinado e 4 horas e 8 minutos foi o valor alcançado. Por fim realizou-se um estudo da influência da temperatura neste modelo e o resultado mostrou que este parâmetro é pouco influente para a gama de temperaturas considerada.Turbidity is one major concern of the distribution network of drinking water supply companies. In order to know its origin there are various mechanisms suggested in literature that explain the formation of deposits of particles in pipes, which accumulate in overlapping layers, creating cohesive forces between them. The turbidity may arise if the flow rate or velocity on the pipe increases for some reason, because an increase on the shear stress over the deposit can overcome the cohesive forces leading to its resuspension. This explanation is given translated by the mathematically model PODDS (Prediction of Discolouration in Distribtuion Drinking Water System). The model PODDS was built in EPANET recently by a team of Sheffield University researchers led by Joby Boxall and was used to study an extension of the company AdDP- Douro and Paiva Waters, S.A. The results of the simulations will allow predict the minimum flow to be use on the main without this exceeds the limit value of turbidity. Trials were performed varying the flow rate of the main Jovim-Ramalde to calibrate the model. The parameters obtained were: Cmáx equal to 100 NTUm, b and n equal to 1, k is equal -1 NTUm3 /N and, finally, P equal to 0.0001 NTUm3/N.s. After calibration the model were carried out simulations with the updates of cohesive forces to get to know the flow that would trigger the mobilization of particles to a turbidity on the order of 4 NTU, it was concluded that the pipeline would have to be working with a flow rate of 4,32 m3/s. The time required to return to values below 1 NTU was also determined and 4 hours and 8 minutes value was reached. Finally we carried out a study of the influence of temperature on this model and the result showed that this parameter is little influential for the temperature range considered