Caracterização magnética de nanopartículas em matrizes amorfas

Tese de mestrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010O principal objectivo desta tese foi fazer um estudo do comportamento magnético de nanopartículas magnéticas inseridas em sistemas diamagnéticos amorfos. Neste trabalho estudaram-se dois sistemas: nanopartículas de ouro (Au) dispersas em celulose e nanopartículas de óxido de níquel (NiO) dispersas em vidro. No primeiro caso, as nanopartículas de ouro foram diluídas em celulose com diferentes concentrações pretendendo-se analisar o comportamento magnético das amostras em função da concentração de nanopartículas e do estiramento da celulose. A dimensão média das nanopartículas de ouro utilizadas é aproximadamente 2.85nm, dimensão a que é esperado comportamento magnético (a dimensão das partículas foi estimada a partir de resultados de microscopia electrónica de transmissão (TEM)). No segundo caso, as nanopartículas de óxido de níquel (NiO) foram crescidas em vidro de sílica nanoporoso. O óxido de níquel é antiferromagnético mas na forma de nanopartículas, o efeito de superfície implica não compensação dos momentos magnéticos e torna as partículas magnéticas. Neste caso, estudaram-se 3 distribuições de tamanhos médios diferentes, caracterizadas por TEM, que permitiram fazer um estudo do comportamento magnético em função da dimensão e a sua evolução após tratamento térmico. Em todas as situações e para todas as amostras, de ouro e de óxido de níquel, foram realizadas medidas de magnetização a diferentes temperaturas e para diferentes valores de campo magnético. Nesta dissertação faz-se inicialmente uma introdução aos diferentes comportamentos magnéticos dos materiais e descrevem-se as técnicas experimentais utilizadas para obtenção dos resultados. Em seguida apresentam-se e discutem-se separadamente os resultados experimentais obtidos para cada um dos sistemas referidos e as principais conclusões a que conduziram.The main purpose of this thesis is to study the magnetic behaviour of nanoparticles inserted into diamagnetic amorphous matrix. Two systems were studied in this work: gold nanoparticles (Au) diluted in celulose and nickel oxide particles inserted in glass. In the first case the particles were diluted in cellulose with different concentrations. The gold nanoparticles average dimensions were around 2.85nm (estimated through transmission electronic microscopy (TEM)) and expected to be magnetic. Several samples have been prepared with different concentrations, to study the magnetic behaviour as a function of concentration and cellulose influence. In the second case, Nickel Oxide (NiO) nanoparticles were grown inside nanoporous Vycor glass. Bulk nickel oxide is antiferromagnetic, but when structured as nanoparticles the surface anisotropy induces a magnetic moment on the particles. In this case, 3 distributions of different average particle sizes were studied. Their magnetic behaviour was related to the dimension of the particles. and its evolution after thermal treatment was studied. Measurements of magnetization at different temperatures and for different applied magnetic field were carried out for all the samples of gold and nickel oxide. In this text, after the introduction, an overview of the magnetic behaviour of materials is presented in chapter 2, and the description of the experimental techniques used is carried out in chapter 3. In the chapters 4 and 5, the experimental results obtained for each of the systems are presented and discussed

Writing 3D in vitro models of human tendon within a biomimetic fibrillar support platform

Dissertação de mestrado em Engenharia Biomédica (especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)As patologias do tendão são doenças altamente debilitantes, para as quais os tratamentos atuais permanecem desafiadores e têm resultados de recuperação pouco relevantes. Deste modo, modelos in vitro relevantes, que permitam o estudo da tendinopatia e a testagem de novas abordagens regenerativas para desenvolver melhores tratamentos são altamente necessários. Neste trabalho, propomos o fabrico automatizado de sistemas microfisiológicos bioimpressos em 3D (MPS), incorporados numa plataforma de suporte fibrilar biomimética baseada na automontagem de nanocristais de celulose (CNCs). A matriz extracelular descelularizada do tendão (dECM) foi usada para produzir biotinta que recapitula de perto as pistas biofísicas e bioquímicas do nicho de células do tendão e, assim, autoinduz a diferenciação tenogénica de células-estaminais derivadas do tecido adiposo humano (hASCs). Dois MPS foram desenvolvidos: um sistema de monocultura que recria os padrões celulares e o fenótipo do tendão; e um sistema multicelular, com a incorporação de células endoteliais para estudar a comunicação entre o tendão e o sistema vascular, que desempenha papéis críticos na tendinopatia e no desenvolvimento do tendão. Ambos os MPS mostraram alta viabilidade celular, proliferação e alinhamento durante a cultura até 21 dias, e o hidrogel de dECM induziu a diferenciação de células-estaminais em direção à linhagem tenogénica, mostrado pela expressão de marcadores relacionados com o tendão, como Scleraxis (SCX) e Tenomodulin (TNMD). Notavelmente, as células endoteliais migram em direção ao compartimento do tendão, mostrando a atração química existente entre os dois compartimentos, mas não o invadiram. A comunicação com células endoteliais parece aumentar a diferenciação tenogénica das hASCs. No geral, o sistema proposto pode ser promissor para o fabrico automatizado de modelos organotípicos de tendão num-chip que será uma nova ferramenta valiosa para estudar a fisiologia e as patologias do tendão, bem como o efeito de medicamentos para o tratamento de tendinopatias.Tendon pathologies are highly debilitating diseases, for which current treatments remains challenging, and has poor recovery outcomes. Therefore, relevant in vitro models allowing to study tendinopathies and test new regenerative approaches to develop better treatments are highly needed. Here we propose the automated fabrication of 3D bioprinted microphysiological systems (MPS) embedded into a biomimetic fibrillar support platform based on self-assembling of cellulose nanocrystals (CNCs). Tendon decellularized extracellular matrix (dECM) was used to produce bioink that closely recapitulate the biophysical and biochemical cues of tendon cell niche, and thus self-induce the tenogenic differentiation of human adipose derived stem cells (hASCs). Two MPS were developed: a monoculture system that recreates the cellular patterns and phenotype of tendon core; and a multicellular system, incorporating endothelial cells to study the crosstalk between the tendon and the vascular compartments, which plays critical roles in tendinopathy and tendon development. Both MPS showed high cell viability, proliferation, and alignment during culture up to 21 days, and the dECM hydrogel induced stem cell differentiation towards tenogenic lineage, as shown by the expression of tendon-related markers such as Scleraxis (SCX) and Tenomodulin (TNMD). Remarkably, endothelial cells migrate towards tendon compartment, showing the existing chemoattraction between the two compartments, but did not invade it. The crosstalk with endothelial cells seem to boost hASCs tenogenesis. Overall, the proposed system might be promising for the automated fabrication of organotypic tendon-on-chip models that will be a valuable new tool to study tendon physiology and pathologies, as well as the effect of drugs for the treatment of tendinopathy

Impacts of the combined exposure to seawater acidification and arsenic on the proteome of Crassostrea angulata and Crassostrea gigas

Proteomic analysis was performed to compare the effects of Arsenic (As), seawater acidification (Low pH) and the combination of both stressors (Low pH + As) on Crassostrea angulata and Crassostrea gigas juveniles in the context of global environmental change. This study aimed to elucidate if two closely related Crassostrea species respond similarly to these environmental stressors, considering both single and combined exposures, to infer if the simultaneous exposure to both stressors induced a differentiated response. Identification of the most important differentially expressed proteins between conditions revealed marked differences in the response of each species towards single and combined exposures, evidencing species-related differences towards each experimental condition. Moreover, protein alterations observed in the combined exposure (Low pH + As) were substantially different from those observed in single exposures. Identified proteins and their putative biological functions revealed an array of modes of action in each condition. Among the most important, those involved in cellular structure (Actin, Atlastin, Severin, Gelsolin, Coronin) and extracellular matrix modulation (Ependymin, Tight junction ZO-1, Neprilysin) were strongly regulated, although in different exposure conditions and species. Data also revealed differences regarding metabolic modulation capacity (ATP β, Enolase, Aconitate hydratase) and oxidative stress response (Aldehyde dehydrogenase, Lactoylglutathione, Retinal dehydrogenase) of each species, which also depended on single or combined exposures, illustrating a different response capacity of both oyster species to the presence of multiple stressors. Interestingly, alterations of piRNA abundance in C. angulata suggested genome reconfiguration in response to multiple stressors, likely an important mode of action related to adaptive evolution mechanisms previously unknown to oyster species, which requires further investigation. The present findings provide a deeper insight into the complexity of C. angulata and C. gigas responses to environmental stress at the proteome level, evidencing different capacities to endure abiotic changes, with relevance regarding the ecophysiological fitness of each species and competitive advantages in a changing environment.Centro-01-0145-FEDER-000018info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The use of carboxylesterases as biomarkers of pesticide exposure in bivalves: a methodological approach

Bivalves are worldwide sentinels of anthropogenic pollution. The inclusion of biomarker responses in chemical monitoring is a recommended practise that has to overcome some difficulties. One of them is the time frame between sample collection and sample processing in order to ensure the preservation of enzymatic activities. In the presentstudy, threebivalve species ofcommercial interest (mussel, Mytilus galloprovincialis, razor shell, Solen marginatus, and cockle, Cerastoderma edule) were processed within<2h after being retrieved from their natural habitat, and 24h after being transported in air under cold conditions (6–8°C) to laboratory facilities. The enzymatic activities were compared in the three species submitted to both conditions revealing no differences in terms of carboxylesterase dependent activities (CEs) using different substrates: p-nitrophenyl acetate (pNPA), pnitrophenyl butyrate (pNPB), 1-naphthyl acetate (1-NA), 1-naphthyl butyrate (1-NB) and 2-naphthyl acetate (2NA). In mussels, three tissues were selected (haemolymph, gills and digestive gland). For comparative purposes, in razor shell and cockle only digestive gland was considered as it is the main metabolic organ. Baseline enzymatic activities forCEs werecharacterised inthedigestive gland ofthethreebivalves using four outofthe five selected CE substrates as well as the kinetic parameters (Vmax and Km) and catalytic efficiency. The in vitro sensitivity to the organophosphorus metabolite chlorpyrifos oxon was also calculated. IC50 values (pM-nM range) were lower than those obtained for vertebrate groups which suggest that bivalves have high protection efficiency against this pesticide as well as species dependent particularities.publishe

Gradientes biossedimentares: integração da informação fornecida por imagens de sonar lateral, granulometria de sedimentos e comunidades de macrofauna bentónica

Os métodos acústicos devem o seu sucesso ao facto de permitirem a rápida aquisição de informação de extensas áreas sedimentares, em ambientes aquáticos. Através da emissão e recepção de sinais acústicos, que dependem das características reflectoras e da topografia do local em análise, estes métodos apresentam um vasto campo de aplicações, nomeadamente a cartografia dos fundos aquáticos, determinação de profundidades e identificação de camadas sedimentares das superfícies aquáticas. O Sonar Lateral (sistema acústico utilizado neste trabalho), fornece imagens da morfologia sedimentar, sendo geralmente utilizado para cobertura de áreas extensas de regiões de grandes profundidades. Contudo, no presente trabalho, este equipamento foi usado com o objectivo de testar a sua eficácia no estudo de áreas de baixa profundidade, a Ria de Aveiro (Canais de S. Jacinto e Ovar). Os resultados obtidos, a partir da análise dos registos de Sonar Lateral e da classificagão granulométrica das estações analisadas, permitiram identificar gradientes sedimentares, diferenciando vasa, areias médias e areias grosseiras. Verificou-se que, regiões próximas da margem são constituídas essencialmente por partículas de reduzidas dimensões, enquanto que a parte central dos canais apresenta elevada pmentagem de partículas de grandes dimensões (>1 mm). Os dados de macrofauna bentónica obtidos no presente estudo vão de encontro ao que se conhece para esta área da Ria de Aveiro. Na generalidade, as espécies encontradas são de reduzidas dimensões, estando representadas por poucosindivíduos. Devido essencialmente a estes factos, o sistema acústico utilizado não permitiu identificar, directamente, estas comunidades bentónicas. No entanto e dado que, sobretudo as espécies típicas de endofauna reflectem bem as características sedimentares da zona onde se encontram, o sistema de Sonar Lateral, colocando em evidência os diferentes habitats sedimentares disponíveis, permitiu associar regiões granulometricamente diferentes a fama bentónica distinta. Deste modo, partindo de um planeamento cuidado, é possível adquirir imagens de extensas áreas do fundo, a partir das quais se identificam os diferentes habitats bentónicos. A informação desta forma obtida, será um excelente ponto de partida para uma amostragem dirigida, utilizando para tal os métodos tradicionais que recorrem ao uso de amostradores de sedimento, o que acarreta o aumento do custo-benefício em estudos referentes a caracterização do ambiente biossedimentar.Mestrado em Biologia Marinh