Development of gold core silica shell nanospheres for cancer therapy

Currently, cancer is major public health problem, presenting an increasing incidence and mortality rate that affects the worldwide population. Among the treatments used in the clinic, chemotherapy is the most commonly used anticancer therapy, despite its low therapeutic efficacy. This scenario can be explained by rapid degradation, reduced solubility, and selectivity of chemotherapeutic drugs to cancer cells. Additionally, cancer cells can develop resistance to multiple drugs, which highlights the necessity to develop novel and more effective anti-cancer approaches. Combinatorial therapies based on the simultaneous administration of multiple drugs can lead to synergistic effects, which consequently increase the therapeutic efficiency of chemotherapy. However, chemotherapeutic drugs present limitations that impair their intravenous administration. Thus, despite the need to found novel drug combinations with high therapeutic potential, it is crucial to develop delivery systems capable of increasing the drugs’ therapeutic selectivity and efficacy while simultaneously decreasing their systemic toxicity. Among the drug delivery systems that have been developed so far, gold core silica shell (AuMSS) nanoparticles present excellent physicochemical and biological properties that allow their simultaneous application in chemotherapy and bioimaging. Thus, the research work developed during the second year of my master’s degree aimed to design a dual drug combination based on Doxorubicin (DOX) and Acridine orange (AO) to be encapsulated in AuMSS nanospheres. Moreover, a novel AuMSS surface modification using 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate-Poly(ethylene glycol)-4- Methoxybenzamide (TPANIS) was developed to improve nanoparticles’ blood circulation time and specificity to cancer cells. The 4-Methoxybenzamide or Anisamide (ANIS) was selected due to its specificity for sigma receptors that are overexpressed in the cancer cells’ membranes. On the other hand, PEG was selected due to its amphiphilic nature and high solubility, that lead to a reduce protein adsorption on nanoparticles’ surface, and consequently increase its blood circulation time. The obtained results demonstrated that the DOX:AO drug combination can mediate a synergistic therapeutic effect in both HeLa and MCF-7 cells, particularly at the 2:1, 1:1, and 1:2 ratios. Otherwise, AuMSS nanoparticles’ functionalization with the TPANIS promoted a slight increase in the nanoparticles’ size and stability. The successful incorporation of the polymers on nanoparticles surface was also confirmed by thermogravimetric analysis (TGA) and by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Additionally, both the DOX and AO were successfully encapsulated on the AuMSS-TPANIS nanospheres. In in vitro studies, nanoparticles demonstrated to be biocompatible when in contact with healthy cells (fibroblasts) and cancer cells (HeLa and MCF-7) up to the maximum tested concentration of 200 µg/mL. Moreover, the AuMSS nanospheres' functionalization with TPANIS significantly increased their internalization by MCF-7 cells. This selectivity towards MCF-7 (overexpressing sigma receptors) also resulted in an enhanced cytotoxic effect against this cell line. In summary, the presented results confirm the successful functionalization of AuMSS nanoparticles with PEG and ANIS. Additionally, the therapeutic potential of the DOX:AO drug combination as well as the targeting capacity of AuMSS-TPANIS nanospheres were also demonstrated. Such supports the application of AuMSS-TPANIS nanoparticles for cancer-targeted chemotherapy based on the DOX:AO drug combination.Atualmente o cancro é um dos principais problemas de saúde pública, apresentando uma elevada incidência e taxa de mortalidade crescente na população mundial. Entre as opções de tratamento disponíveis, a quimioterapia é a terapia anticancerígena mais comummente aplicada na clínica, contudo apresenta uma baixa eficácia terapêutica. Este cenário é explicado pela rápida degradação, reduzida solubilidade e seletividade dos fármacos quimioterapêuticos usados em meio clínico para eliminar as células cancerígenas. Por outro lado, as células cancerígenas têm a capacidade de desenvolver resistência a múltiplos fármacos, o que reforça a necessidade de desenvolver abordagens terapêuticas mais eficazes. Assim sendo, as terapias combinatórias baseadas na administração simultânea de múltiplos fármacos surgem como uma abordagem promissora, uma vez que a combinação de fármacos pode levar a um efeito terapêutico sinérgico, incrementando a eficácia da quimioterapia. Além disso, as terapias combinatórias possibilitam a redução das doses dos fármacos administrados, minimizando assim os seus efeitos colaterais. Contudo, os fármacos quimioterapêuticos apresentam limitações que condicionam a sua administração intravenosa. Assim, a par da necessidade de desenvolver novas combinações de medicamentos com alto potencial terapêutico, é crucial desenvolver sistemas de entrega capazes de aumentar a seletividade, eficácia terapêutica, e ainda reduzir a sua toxicidade sistémica. Dentro dos sistemas de entrega de fármacos que tem vindo a ser desenvolvidos destacam-se as nanopartículas de ouro com revestimento de sílica (AuMSS). Estes nanosistemas apresentam propriedades físico-químicas e biológicas que permitem a sua aplicação não só como transportadores dos agentes terapêuticos, mas também como agentes de imagiologia. O trabalho de investigação desenvolvido durante o meu 2 º ano de mestrado teve como objetivo desenvolver uma nova combinação de fármacos à base de doxorrubicina (DOX) e laranja de Acridina (AO) para ser entregue a células cancerígenas por AuMSS esféricas. Por outro lado, foi ainda desenvolvido um revestimento de superfície baseado em Polietilenoglicol (PEG) e Anisamida (ANIS) com o intuito de aumentar o tempo de circulação na corrente sanguínea e a seletividade do nanosistema para as células cancerígenas. A ANIS foi selecionada devido à sua especificidade para os recetores sigma que estão sobreexpressos em alguns dos tipos de cancro. Por outro lado, o PEG foi selecionado devido à sua natureza anfifílica e elevada solubilidade, o que permite reduzir a adsorção de proteínas na superfície das nanopartículas, e consequentemente aumentar o seu tempo de circulação na corrente sanguínea. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que a combinação DOX:AO pode mediar um efeito terapêutico sinérgico tanto em células cancerígenas do colo do útero (HeLa) como em células do cancro da mama (MCF-7), principalmente quando são usados rácios 2:1, 1:1 e 1:2. A funcionalização das AuMSS com PEG e ANIS (AuMSS-TPANIS) resultou num aumento do tamanho médio destes nanosistemas (para 190 nm), mas também lhes conferiu uma maior estabilidade coloidal. O sucesso da ligação dos polímeros às nanopartículas foi ainda confirmado por análise termogravimétrica (TGA) e por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Nos estudos in vitro, as nanopartículas mostraram ser biocompatíveis quando em contacto com células saudáveis (fibroblastos) e células cancerígenas (HeLa e MCF-7) até à máxima concentração testada de 200 µg/mL. Verificou-se ainda que a funcionalização das nanopartículas com ANIS aumentou a sua internalização pelas células MCF-7 (linha celular que sobreexpressa os recetores sigma). Esta maior seletividade para as células MCF-7 traduziu-se também num maior efeito citotóxico nestas células cancerígenas, quando comparado com o observado nas células HeLa. Em suma, os resultados apresentados confirmam a funcionalização das nanopartículas com o PEG e ANIS, o potencial terapêutico da combinação DOX:AO e ainda a capacidade de direcionamento para as células cancerígenas das AuMSS-TPANIS

Untersuchung der extrazellulären Matrix des Gehirns und Anwendung experimenteller MRT zum Verständnis der Krankheitsentwicklung in einem Mausmodell der Multiplen Sklerose

Multiple sclerosis (MS) is a chronic neuroimmunological disease with growing incidence in which autoimmune-driven inflammation leads to damage to the central nervous system and demyelination. Although identification of demyelinating lesions by conventional magnetic resonance imaging (MRI) is paramount for diagnosis and prognosis of MS, the lack of consistent correlation with disease activity and progression motivates the search for complimentary imaging tools. Neuroinflammatory processes, anteceding demyelination and neurodegeneration, are known for exerting a significant effect on extracellular matrix (ECM) composition and can be imaged by MR elastography (MRE) and magnetic nanoparticle-based MRI. Hence, this thesis aimed at using these alternative imaging tools to investigate brain inflammation and the associated remodeling of its ECM. The studies compiled here examined the neuropathological processes behind alterations of the mechanical properties of the brain in association with accumulation of europium-doped very small superparamagnetic iron oxide particles (Eu-VSOP) and remodeling the ECM using the mouse model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Additionally, characterization of alterations in glycosaminoglycans (GAGs) associated with disease development and progression was investigated. The results demonstrated that focal neuroinflammation resulted in microstructural changes affecting the mechanical properties of the brain tissue. Intense perivascular infiltration of inflammatory cell as well as inflammation at the periventricular space visualized by Eu-VSOPs are characterized by marked tissue softening compared with areas of disseminated inflammation. Furthermore, a quantitative mapping of brain stiffness revealed that MRE is able to detect region-specific alterations in tissue microstructure, revealing reduced cortical stiffness at peak EAE. These changes were associated with overexpression of laminin 4 and 5 as well as collagen type VI and downregulation of fibronectin. Finally, changes in GAG composition and metabolism indicate that early alterations in gene expression are followed by modifications in chondroitin sulfate (CS) and hyaluronic acid (HA) GAG fractions. Upregulation of genes associated with GAG degradation and HA synthesis persisted in inflammatory stages but was reduced in the remission phase. In agreement, quantification of CS and HA disaccharides by high performance liquid chromatography showed a reduction of CS-4S, the most abundant CS GAG fraction, and an increase in HA during peak EAE. Taken together, the presented results indicate that in vivo assessment of tissue microstructure using MRE may aid monitoring the pathological processes underlying disease development. Moreover, GAGs remodeling of within the ECM could be interesting targets for development of imaging probes or for interventional therapies able to hinder disease progression.Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-neuroimmunologische Erkrankung, bei der autoimmunbedingte Entzündungen zu Demyelinisierung und Schäden im zentralen Nervensystem führen. Grundlage der MS-Diagnose ist die Identifizierung demyelinisierender Läsionen durch konventionelle Magnetresonanztomographie (MR). Diese korrelieren jedoch nicht mit der Krankheitsaktivität, was die Suche nach ergänzender Bildgebung motiviert. Neuroinflammatorische Prozesse, die Demyelinisierung und Degeneration begünstigen, wirken sich auf die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM) aus und können mittels MR-Elastographie (MRE) und nanopartikelbasierter MRT abgebildet werden. Ziel dieser Arbeit war es, diese alternativen Verfahren zur Untersuchung von Inflammation und begleitendem ECM- Umbau im Gehirn einzusetzen. Die zusammengestellten Studien untersuchen anhand des Mausmodells der MS, der experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis (EAE), neuropathologische Prozesse, die hinter den mechanischen Veränderungen des Gehirns in Verbindung mit der Akkumulation von Europium-dotierten sehr kleinen superparamagnetischen Partikeln (Eu-VSOP) und dem Umbau der EZM stehen. Zusätzlich wurden Glykosaminoglykan(GAG)-Veränderungen charakterisiert, die mit der Krankheitsentwickulung in Verbindung stehen. Die Ergebnisse zeigten, dass fokale Neuroinflammation zu Veränderungen der Mikrostruktur des Hirngewebes und der mechanischen Eigenschaften führt. Die mittels Eu-VSOPs sichtbar gemachte perivaskuläre Infiltration von Entzündungszellen sowie Entzündung im periventrikulären Raum zeichneten sich im Vergleich zu Arealen disseminierter Entzündung durch eine Gewebeerweichung aus. Eine quantitative Kartierung der Hirnsteifigkeit zeigte, dass MRE in der Lage ist, regionsspezifische Veränderungen in der Gewebemikrostruktur zu erkennen, wobei eine verringerte kortikale Steifigkeit während der EAE festgestellt wurde. Diese Veränderungen gingen mit einer Überexpression von Laminin 4 und 5 sowie von Kollagen Typ VI und einer Herabregulierung von Fibronektin einher. Weiterhin deuten Alterationen in der GAG Zusammensetzung und im Stoffwechsel darauf hin, dass auf eine veränderte Genexpression Änderungen in den GAG-Fraktionen Chondroitinsulfat (CS) und Hyaluronsäure (HA) folgen. Die Hochregulierung von GAG-verwandten Genen hielt während der Entzündungsphasen an, nahm jedoch während der Remissionsphase ab. Die Quantifizierung von CS- und HA-Disacchariden mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie ergab eine Verringerung von CS-4S und eine Zunahme von HA zum Höhepunkt der EAE. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die In-vivo-Bewertung der Gewebemikrostruktur mittels MRE die Überwachung der Krankheitsentwicklung und zugrundeliegender pathologischer Prozesse unterstützt. Darüber hinaus sind GAGs, die in der ECM umgebaut werden, interessante Ziele für die Entwicklung von Bildgebungssonden oder für interventionelle Therapien zur Verhinderung der Progression von Krankheiten

Analysis of the use of dosimetrically equivalent linear accelerators for intensity modulated radiotherapy treatments

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica , apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015O uso de radiações para terapia iniciou-se pouco tempo após a descoberta dos raios-X por Wilhelm Röntgen em 1895, tendo ocorrido uma grande evolução ao nível da tecnologia geradora de raios-X até ao presente. Essa evolução tornou possível que sejam produzidos feixes de fotões e electrões de altas energias. Os aceleradores lineares são actualmente os principais produtores de raios X de alta energia utilizados em Radioterapia. Devido à evolução tecnológica das últimas décadas e ao elevado nível de reprodutibilidade e precisão dos feixes produzidos por estes equipamentos, tem-se verificado um esforço progressivo, por parte dos fabricantes, para uniformizar o desenho e a tecnologia dos aceleradores lineares. Esta uniformização permite que aceleradores lineares idênticos possam ser instalados com ajuste dosimétrico (beam-matching) e considerados dosimetricamente equivalentes. A instalação com beam-matching permite um aumento da flexibilidade e eficiência dos aceleradores lineares, pois reduz a necessidade de interrupção ou replaneamento dos tratamentos em caso de paragem de um dos equipamentos, devido à possibilidade da utilização indistinta dos mesmos. A utilização indistinta dos aceleradores lineares assume um papel bastante importante nas unidades de tratamento, pois as interrupções do funcionamento normal dos equipamentos são relativamente frequentes, devido a intervenções de manutenção preventiva periódica, bem como a avarias. Por este motivo, tem-se tornado comum nos serviços de radioterapia a instalação de aceleradores lineares com beam-matching em relação a equipamentos similares instalados previamente, fazendo com que os aceleradores lineares existentes no serviço sejam dosimetricamente equivalentes e permitindo a sua utilização indistinta. Apesar dos ajustes dosimétricos, podem ocorrer pequenas variações nas características dos aceleradores lineares, que podem resultar de diversos factores, como desgaste dos equipamentos ou condições de utilização. Têm sido realizados estudos [1-4] com a finalidade de avaliar a equivalência dosimétrica de aceleradores lineares instalados com beam-matching dentro de uma unidade de tratamento. Os resultados obtidos nestes estudos confirmam a equivalência dosimétrica entre os equipamentos, sugerindo que o processo de beam-matching é suficiente para garantir a utilização indistinta dos aceleradores lineres. No entanto, resultando as possíveis variações nas características dos equipamentos de diversos factores, é necessário avaliar individualmente a equivalência dosimétrica dos aceleradores lineares para diferentes unidades, bem como verificar se esta equivalência é mantida a longo-prazo ou se, por outro lado, surgem diferenças significativas ao nível das características dosimétricas que justifiquem a adaptação do sistema de planeamento aos novos parâmetros. Esta necessidade assume especial relevância para técnicas avançadas, como a Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT), na qual se verificam elevados gradientes de dose e são utilizados colimadores multi-lâminas (MLC), bem como campos de reduzidas dimensões, que podem conduzir a um maior impacto das variações ao nível dos planeamentos dosimétricos. Deste modo, no âmbito do Estágio realizado no Instituto Português de Oncologia de Lisboa Francisco Gentil (IPOLFG), foi realizado um estudo que consistiu, por um lado, na avaliação da estabilidade a longo prazo das características dos feixes de fotões de 6 MV e, por outro, na comparação dosimétrica para a técnica de Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT). Para a realização do presente estudo, foram utilizados três aceleradores lineares do modelo 2100C/D da Varian Medical Systems, Inc., que produzem fotões com energias de 6 MV e com um valor de energia mais elevado, 10 MV ou 15 MV, bem como electrões com diversas energias. Um dos aceleradores lineares, denominado DHX01, foi instalado em Março de 2012, enquanto os dois restantes, DHX02 e DHX03, foram instalados em Novembro e Dezembro de 2012, respectivamente. Os aceleradores lineares DHX02 e DHX03 foram instalados com beam-matching, sendo dosimetricamente equivalentes no sistema de planeamento e usados indistintamente em caso de interrupção do funcionamento de um dos equipamentos. Os três aceleradores lineares são usados para tratamentos de Radioterapia de Intensidade Modulada (IMRT), contendo, para o efeito, um colimador multilâminas (MLC) MilleniumTM MLC com 120 lâminas, divididas por dois bancos com 60 lâminas. Estão também equipados com um dispositivo electrónico de imagem portal (EPID), usado para verificação de planos de IMRT. A avaliação da estabilidade a longo-prazo das características dosimétricas dos aceleradores lineares consistiu na análise de dados adquiridos nas verificações realizadas no âmbito dos controlos de qualidade diário e trimestral durante o ano de 2014 para fotões de 6 MV (energia utilizada para tratamentos de IMRT). Na análise foram também incluídos os resultados de medições realizadas para controlo de qualidade do MLC. Os resultados obtidos com os três aceleradores lineares foram analisados usando o software SPSS Statistics Package, sendo realizada uma comparação entre os três equipamentos para verificar se, de modo geral, os resultados obtidos nos controlos de qualidade compromete a equivalência dosimétrica em estudo. A comparação dosimétrica dos três aceleradores lineares para tratamentos de IMRT foi realizada através de verificação de planos de tratamento para patologia de cabeça e pescoço (H&N) e próstata, criados com o sistema de planeamento EclipseTM da Varian Medical Systems, Inc. Foram selecionadas amostras contendo doentes tratados em cada um dos aceleradores lineares usando a técnica de IMRT, para cada uma das duas patologias, num total de seis amostras. Para além das verificações originais realizadas antes do início dos tratamentos, usando o equipamento em que o doente foi tratado, novas verificações foram realizadas com os restantes dois aceleradores lineares, sem troca de unidade de tratamento no sistema de planeamento, i.e., mantendo os parâmetros originais do plano de tratamento, sem recálculo para equipamento diferente. As verificações foram realizadas através de Análise Gamma de imagens portais adquiridas através de EPID. A comparação entre os três equipamentos consistiu na comparação das percentagens de pontos em conformidade com os critérios estabelecidos para a Análise Gamma com critérios 3.0%, 3.0 mm obtidas nas três verificações efectuadas para cada amostra e análise das diferenças obtidas com realização da verificação com um equipamento diferente. Foi ainda realizada uma análise de doses no sistema de planeamento, que consistiu na troca de unidade de tratamento no sistema de planeamento para todos os doentes de cada uma das amostras, com posterior recálculo de dose, e determinação da das diferenças obtidas devido à troca de equipamento ao nível da dose e unidades monitor (UM) calculadas pelo TPS. Esta última análise teve a finalidade de determinar se possíveis desvios obtidos nos resultados da Análise Gamma para as verificações com EPID são resultantes de diferenças nas características dosimétricas dos aceleradores lineares ou se, por outro lado, resultam de diferenças acentuadas entre as unidades de tratamento no sistema de planeamento, comprometendo o ajustamento experimental a um equipamento diferente. Ambas as avaliações foram realizadas com a finalidade de estudar dois aspectos principais. Um deles consistiu na verificação da equivalência dosimétrica a longo-prazo dos aceleradores lineares DHX02 e DHX03, instalados com beam-matching, bem como a verificação desta equivalência no caso de tratamentos de IMRT. O outro aspecto em estudo consistiu na possibilidade de utilizar indistintamente o terceiro acelerador linear, DHX01, instalado sem beam-matching, como dosimetricamente equivalente aos outros dois equipamentos para tratamentos de IMRT. Os resultados obtidos estão de acordo com os valores de tolerância recomendados e confirmam a equivalência dosimétrica entre os aceleradores lineares. No entanto, sugerem precaução na utilização indistinta do equipamento DHX01, pois, embora os resultados estejam dentro dos limites estabelecidos (acordos da Análise Gamma superiores a 90.00%), diferem dos obtidos para os restantes aceleradores lineares, com desvios máximos de 8.00%. Apesar de as diferenças obtidas não serem, em geral, significativas (desvios médios são de aproximadamente 4.00%) não comprometerem totalmente a utilização indistinta do equipamento DHX01, é recomendada a actualização das características dos aceleradores lineares no sistema de planeamento.Linear accelerators are currently the mostly used high energy X-rays generators for Radiotherapy. Due to the evolution occurred in the last decades, as well as to the high reproducibility and precision of the beams generated by these machines, a progressive standardization of their design and technology has occurred. This standardization allows similar linear accelerators to be installed with dosimetric adjustments (beam-matching) and considered dosimetrically equivalent in the treatment planning system, reducing the need of treatment interruption or replanning if a linear accelerator is not functioning. In spite of the dosimetric adjustments, small variation in outputs may occur due to several factors, as equipment wear or use conditions. Several studies [1-4] that supported the dosimetric equivalence between beam-matched linear accelerators have been performed. However, as the possible variations result from diverse factors, it is recommended to evaluate the dosimetric equivalence of linear accelerators individually for each treatment facility, especially for advanced treatment techniques, as Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT), in which dose gradients are high and multileaf collimators (MLC) and small fields are used, possibly increasing the impact of the variations for dosimetric plans. For this reason, in the context of the Internship in Instituto Português de Oncologia de Lisboa Francisco Gentil (IPOLFG), a long term stability evaluation has been performed for the characteristics of 6 MV photons from three linear accelerators installed in the Radiotherapy Service (two of them are beam-matched), acquired during daily and trimestral quality assurance procedures. It was also performed a dosimetric comparison between the three machines for Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT), using portal imaging and Gamma Analysis, in order to verify the differences resultant from the indistinct use of the linear accelerators. The obtained results supported the dosimetric equivalence of the linear accelerators, but suggesting caution when using indistinctly the linear accelerator installed without beam-matching, especially for Head and Neck treatments, since, although the results are in accordance the recommended tolerance of 90.00% for the agreement of the Gamma Analysis, higher deviations were obtained for this equipment, with approximate average values of 4.00% and maximum value of 8.00%

Development of small-scale fluidised bed bioreactor for 3D cell culture

Three-dimensional cell culture has gained significant importance by producing physiologically relevant in vitro models with complex cell-cell and cell-matrix interactions. However, current constructs lack vasculature, efficient mass transport and tend to reproduce static or short-term conditions. The work presented aimed to design a benchtop fluidised bed bioreactor (sFBB) for hydrogel encapsulated cells to generate perfusion for homogenous diffusion of nutrients and, host substantial biomass for long-term evolution of tissue-like structures and “per cell” performance analysis. The sFBB induced consistent fluidisation of hydrogel spheres while maintaining their shape and integrity. Moreover, this system expanded into a multiple parallel units’ setup with equivalent performances enabling simultaneous comparisons. Long term culture of alginate encapsulated hepatoblastoma cells under dynamic environment led to proliferation of highly viable cell spheroids with a 2-fold increase in cellular density over static (27.3 vs 13.4 million cells/mL beads). Upregulation of hepatic phenotype markers (transcription factor C/EBP-α and drug-metabolism CYP3A4) was observed from an early stage in dynamic culture. This environment also affected ERK1/2 signalling pathway, progressively reducing its activation while increasing it in static conditions. Furthermore, culture of primary human mesenchymal stem cells was evaluated. Cell proliferation was not observed but continuous perfusion sustained their viability and undifferentiated phenotype, enabling differentiation into chondrogenic and adipogenic lineages after de-encapsulation. These biological readouts validated the sFBB as a robust dynamic platform and the prototype design was optimised using computer-aided design and computational fluid dynamics, followed by experimental tests. This thesis proved that dynamic environment promoted by fluidisation sustains biomass viability in long-term cell culture and leads 3D cell constructs with physiologically relevant phenotype. Therefore, this bioreactor would constitute a simple and versatile tool to generate in vitro tissue models and test their response to different agents, potentially increasing the complexity of the system by modifying the scaffold or co-culturing relevant cell types

Development of a framework for the classification of antibiotics adjuvants

Dissertação de mestrado em BioInformaticsThroughout the last decades, bacteria have become increasingly resistant to available antibiotics, leading to a growing need for new antibiotics and new drug development methodologies. In the last 40 years, there are no records of the development of new antibiotics, which has begun to shorten possible alternatives. Therefore, finding new antibiotics and bringing them to market is increasingly challenging. One approach is finding compounds that restore or leverage the activity of existing antibiotics against biofilm bacteria. As the information in this field is very limited and there is no database regarding this theme, machine learning models were used to predict the relevance of the documents regarding adjuvants. In this project, the BIOFILMad - Catalog of antimicrobial adjuvants to tackle biofilms application was developed to help researchers save time in their daily research. This application was constructed using Django and Django REST Framework for the backend and React for the frontend. As for the backend, a database needed to be constructed since no database entirely focuses on this topic. For that, a machine learning model was trained to help us classify articles. Three different algorithms were used, Support-Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), and Logistic Regression (LR), combined with a different number of features used, more precisely, 945 and 1890. When analyzing all metrics, model LR-1 performed the best for classifying relevant documents with an accuracy score of 0.8461, a recall score of 0.6170, an f1-score of 0.6904, and a precision score of 0.7837. This model is the best at correctly predicting the relevant documents, as proven by the higher recall score compared to the other models. With this model, our database was populated with relevant information. Our backend has a unique feature, the aggregation feature constructed with Named Entity Recognition (NER). The goal is to identify specific entity types, in our case, it identifies CHEMICAL and DISEASE. An association between these entities was made, thus delivering the user the respective associations, saving researchers time. For example, a researcher can see with which compounds "pseudomonas aeruginosa" has already been tested thanks to this aggregation feature. The frontend was implemented so the user could access this aggregation feature, see the articles present in the database, use the machine learning models to classify new documents, and insert them in the database if they are relevant.Ao longo das últimas décadas, as bactérias tornaram-se cada vez mais resistentes aos antibióticos disponíveis, levando a uma crescente necessidade de novos antibióticos e novas metodologias de desenvolvimento de medicamentos. Nos últimos 40 anos, não há registos do desenvolvimento de novos antibióticos, o que começa a reduzir as alternativas possíveis. Portanto, criar novos antibióticos e torna-los disponíveis no mercado é cada vez mais desafiante. Uma abordagem é a descoberta de compostos que restaurem ou potencializem a atividade dos antibióticos existentes contra bactérias multirresistentes. Como as informações neste campo são muito limitadas e não há uma base de dados sobre este tema, modelos de Machine Learning foram utilizados para prever a relevância dos documentos acerca dos adjuvantes. Neste projeto, foi desenvolvida a aplicação BIOFILMad - Catalog of antimicrobial adjuvants to tackle biofilms para ajudar os investigadores a economizar tempo nas suas pesquisas. Esta aplicação foi construída usando o Django e Django REST Framework para o backend e React para o frontend. Quanto ao backend, foi necessário construir uma base de dados, pois não existe nenhuma que se concentre inteiramente neste tópico. Para isso, foi treinado um modelo machine learning para nos ajudar a classificar os artigos. Três algoritmos diferentes foram usados: Support-Vector Machine (SVM), Random Forest (RF) e Logistic Regression (LR), combinados com um número diferente de features, mais precisamente, 945 e 1890. Ao analisar todas as métricas, o modelo LR-1 teve o melhor desempenho para classificar artigos relevantes com uma accuracy de 0,8461, um recall de 0,6170, um f1-score de 0,6904 e uma precision de 0,7837. Este modelo foi o melhor a prever corretamente os artigos relevantes, comprovado pelo alto recall em comparação com os outros modelos. Com este modelo, a base de dados foi populda com informação relevante. O backend apresenta uma caracteristica particular, a agregação construída com Named-Entity-Recognition (NER). O objetivo é identificar tipos específicos de entidades, no nosso caso, identifica QUÍMICOS e DOENÇAS. Esta classificação serviu para formar associações entre entidades, demonstrando ao utilizador as respetivas associações feitas, permitindo economizar o tempo dos investigadores. Por exemplo, um investigador pode ver com quais compostos a "pseudomonas aeruginosa" já foi testada graças à funcionalidade de agregação. O frontend foi implementado para que o utilizador possa ter acesso a esta funcionalidade de agregação, ver os artigos presentes na base de dados, utilizar o modelo de machine learning para classificar novos artigos e inseri-los na base de dados caso sejam relevantes

Autoregressive vectors model in the analysis of the determinants of soybean production in Brazil

The general objective of this work was to identify what were the determinants of soybean production increase in Brazil, between 1980 and 2015. This work uses the Self-Regressive Vector (VAR) methodology for the estimation of empirical models. Allow the obtaining of evidence capable of clarifying the question about the determinant factors of the soybean productivity in this period. They pointed evidences of a greater relation between the soybean productivity increase and the physicochemical innovations. In addition, as the data reveal, there is idle capacity to expand soybean production, as well as increased productivity for the coming years. The empirical analysis suggests that, in fact, soybean productivity in Brazil is increasing, as occurred in the forecast test performed in this study

Lei para quem? e para o que? análise da Lei de Uso e Ocupação do Solo do Município de Cuiabá-MT

O artigo analisa o papel das leis de uso e ocupação do solo na produção espacial das cidades, pois a terra é a base material indispensável para toda e qualquer edificação, tornando-se mercadoria rara e disputada pelos diversos segmentos sociais, e a lei de uso e ocupação do solo tem como premissa promover o ordenamento e garantir que a cidade seja produzida de forma organizada, realizando principalmente sua função social. Entretanto, ao esquadrinhar, classificar e determinar como cada parte da cidade deve ser ocupada, ou ainda criar novas formas de uso e ocupação do solo, tais como: loteamentos murados e condomínios urbanísticos, a lei atribui valores diferentes a cada fração da terra urbana, define quem pode ocupar e como pode ocupar, e muitas vezes são instituídas de modo a contribuir com os interesses do capital e não com o bem-estar da maioria da população, contribuindo para a fragmentação espacial e a segregação. Utiliza-se como objeto para análise empírica a lei de uso e ocupação do solo urbano do município de Cuiabá-MT, Lei Complementar nº 231, de 2011, na qual fica evidente o favorecimento legal aos interesses do capitalPeer Reviewe