Repositório RCAAP

As Coleções de História Natural e Herbários são alvo de interesse renovado depois de décadas de relativo esquecimento por parte da comunidade científica. Continuam a ser a principal fonte de descoberta e subsequente descrição formal de novas espécies para a ciência. As Coleções Ficológicas têm mais de um milhão e 700 mil espécimes preservados em Herbários europeus, número significativamente mais baixo comparativamente ao das plantas vasculares, devido a fatores como a maior dificuldade de amostragem e menor número de especialistas. Estudos reportam que os sistemas costeiros têm sofrido alterações ecológicas dramáticas nos últimos 150 anos, consequência dos impactos antropogénicos e alterações climáticas, sendo as macroalgas um grupo particularmente afetado. Os herbários de macroalgas são fontes essenciais de estudo e conservação da biodiversidade, bem como um pilar que responde a diversas questões ecológicas. Apesar da grande extensão costeira de Portugal, as Coleções Ficológicas do país são escassas, pouco desenvolvidas e praticamente inacessíveis digitalmente. O conjunto de exemplares ficológicos existentes em LISI foram alvo de projeto exploratório em 2021/2022. O seu objetivo era catalogar e rever taxonomicamente os exemplares colocando-os ao serviço da comunidade científica através da constituição de coleções e incorporação dos vouchers digitalizados em bases de dados online. Foram constituídas 3 subcolecções sendo a mais significativa a Coleção de Macroalgas da Costa Continental Portuguesa. As subcoleções estudadas contabilizaram um total de 852 vouchers e mais de 1800 espécimes preparados, o dataset encontra-se disponível na plataforma GBIF. A utilização de DNA barcode em espécimes de macroalgas da coleção resultou na produção de sequências barcode de 10 espécimes para duas regiões genómicas, rbcL e UPA que permitiram a confirmação da sua identificação e foram publicadas no repositório BOLD. Este projeto fornecerá uma oportunidade de outras instituições de ensino abraçarem também as suas coleções há muito negligenciadas.

The biological properties of sixteen structurally related monoanionic gold (III) bis(dithiolene/diselenolene) complexes were evaluated. The complexes differ in the nature of the heteroatom connected to the gold atom (AuS for dithiolene, AuSe for diselenolene), the substituent on the nitrogen atom of the thiazoline ring (Me, Et, Pr, iPr and Bu), the nature of the exocyclic atom or group of atoms (O, S, Se, C(CN)2) and the counter-ion (Ph4P+ or Et4N+). The anticancer and antimicrobial activities of all the complexes were investigated, while the anti-HIV activity was evaluated only for selected complexes. Most complexes showed relevant anticancer activities against Cisplatin-sensitive and Cisplatin-resistant ovarian cancer cells A2780 and OVCAR8, respectively. After 48 h of incubation, the IC50 values ranged from 0.1–8 µM (A2780) and 0.8–29 µM (OVCAR8). The complexes with the Ph4P+ ([P]) counter-ion are in general more active than their Et4N+ ([N]) analogues, presenting IC50 values in the same order of magnitude or even lower than Auranofin. Studies in the zebrafish embryo model further showed that, despite their marked anticancer effect, the complexes with [P] counter-ion exhibited low in vivo toxicity. In general, the exocyclic exchange of sulfur by oxygen or ylidenemalononitrile (C(CN)2) enhanced the compounds toxicity. Most complexes containing the [P] counter ion exhibited exceptional antiplasmodial activity against the Plasmodium berghei parasite liver stages, with submicromolar IC50 values ranging from 400–700 nM. In contrast, antibacterial/fungi activities were highest for most complexes with the [N] counter-ion. Auranofin and two selected complexes [P][AuSBu(=S)] and [P][AuSEt(=S)] did not present anti-HIV activity in TZM-bl cells. Mechanistic studies for selected complexes support the idea that thioredoxin reductase, but not DNA, is a possible target for some of these complexes. The complexes [P] [AuSBu(=S)], [P] [AuSEt(=S)], [P] [AuSEt(=Se)] and [P] [AuSeiPr(=S)] displayed a strong quenching of the fluorescence intensity of human serum albumin (HSA), which indicates a strong interaction with this protein. Overall, the results highlight the promising biological activities of these complexes, warranting their further evaluation as future drug candidates with clinical applicability.

The high burden of malaria and HIV/AIDS prevents economic and social progress in developing countries. A continuing need exists for development of novel drugs and treatment regimens for both diseases in order to address the tolerability and long-term safety concerns associated with current treatment options and the emergence of drug resistance. We describe new spiro-β-lactam derivatives with potent (nM) activity against HIV and Plasmodium and no activity against bacteria and yeast. The best performing molecule of the series, BSS-730A, inhibited both HIV-1 and HIV-2 replication with an IC50 of 13 ± 9.59 nM and P. berghei hepatic infection with an IC50 of 0.55 ± 0.14 μM with a clear impact on parasite development. BSS-730A was also active against the erythrocytic stages of P. falciparum, with an estimated IC50 of 0.43 ± 0.04 μM. Time-of-addition studies showed that BSS-730A potentially affects all stages of the HIV replicative cycle, suggesting a complex mechanism of action. BSS-730A was active against multidrug-resistant HIV isolates, with a median 2.4-fold higher IC50 relative to control isolates. BSS-730A was equally active against R5 and X4 HIV isolates and displayed strong synergism with the entry inhibitor AMD3100. BSS-730A is a promising candidate for development as a potential therapeutic and/or prophylactic agent against HIV and Plasmodium.

The synthesis and antimicrobial activity of new spiro-β-lactams is reported. The design of the new molecules was based on the structural modulation of two previously identified lead spiro-penicillanates with dual activity against HIV and Plasmodium. The spiro-β-lactams synthesized were assayed for their in vitro activity against HIV-1, providing relevant structure-activity relationship information. Among the tested compounds, two spirocyclopentenyl-β-lactams were identified as having remarkable nanomolar activity against HIV-1. Additionally, the same molecules showed promising antiplasmodial activity, inhibiting both the hepatic and blood stages of Plasmodium infection.

A poluição ambiental induzida por substâncias químicas é considerada um grave problema a nível mundial e o uso generalizado de pesticidas é, talvez, o tipo de poluição química mais preocupante da actualidade, afectando todo o planeta, incluindo a saúde humana. A agricultura é uma importante actividade na economia de muitos países, mas é, ao mesmo tempo, a grande responsável pelo aumento do consumo de pesticidas a que temos vindo a assistir, ao longo dos tempos. Em Portugal, de acordo com o Eurostat, aproximadamente 17000 toneladas de pesticidas foram vendidos em 2008, contrastando com menos de 13000 toneladas vendidas em 1997. Pode considerar-se que os pesticidas são uma ferramenta económica, eficiente e racional no controlo de pragas pois, teoricamente, são desenvolvidos através de processos de regulamentação muito rígidos para que funcionem com segurança e mínimo impacto na saúde humana e no ambiente. No entanto, a maioria das vezes, os estudos publicados não estão em concordância com este facto e surgem, cada vez mais, preocupações relativamente aos riscos para saúde, decorrentes não só da exposição ocupacional aos pesticidas, mas também da exposição a resíduos destes químicos, presentes nos alimentos, que vão atingir toda a população. Consequentemente, nos últimos anos, procuram-se alternativas viáveis ao uso de pesticidas e a agricultura biológica pode ser uma opção a considerar. De facto, este tipo de agricultura não usa qualquer tipo de produto químico, sendo baseada na utilização de inimigos naturais para o combate de pragas. Todavia, esta prática é muito controversa, pois parece não ter ainda o potencial para responder a uma produção em massa, necessária para alimentar toda a humanidade. Assim, é essencial que se faça mais investigação nesta área de forma a entender as verdadeiras potencialidades, constrangimentos e limitações desta prática, que pode ser a chave para a resolução do grande problema do uso de pesticidas. O Mancozeb é um dos fungicidas mais usados a nível mundial, principalmente devido à sua baixa toxicidade aguda para os mamíferos e escassa permanência no meio ambiente. Apesar disto, o Mancozeb, principalmente através de um dos seus produtos de degradação, a etilenotiureia (ETU), tem efeitos toxicológicos ao nível da tiróide, sistema imunitário, reprodutivo e nervoso. Para além disto, o Mancozeb parece ter actividade mutagénica, teratogénica e ainda carcinogénica, tendo-se verificado que induz uma variedade de tumores de diferentes origens em ratos, após uma exposição crónica. Há ainda a referir que o manganês (Mn), constituinte deste pesticida, também é um agente mutagénico comprovado, causando danos no material genético. Apesar de tudo isto, o Mancozeb está incluído na lista (Anexo I da directiva 91/414/EEC, 1991) de substâncias activas consideradas aceitáveis, tendo em conta o seu impacto no ambiente, saúde animal e humana, sendo o seu uso legalmente autorizado na formulação de pesticidas dentro da Comunidade Europeia. A avaliação ambiental da toxicidade dos pesticidas pode ser feita através da utilização de pequenos mamíferos roedores, que vivem nos campos, uma vez que estes são bons bioindicadores, acumulando um vasto espectro de poluentes presentes nos ecossistemas. Particularmente em relação aos pesticidas, existem já algumas correlações significativas entre exposição e a ocorrência de danos genéticos nestes animais. Por outro lado, estes animais têm a vantagem de ter grandes semelhanças genéticas e fisiológicas com os humanos, permitindo a extrapolação dos efeitos dos pesticidas. Assim, o principal objectivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade dos pesticidas, in situ, comparando o estado de saúde de duas espécies de roedores (Mus spretus e Apodemus sylvaticus), provenientes de uma zona de agricultura convencional em contraste com os de uma zona de agricultura biológica. Para isto, foi necessária a colaboração dos agricultores em causa, que se mostraram sempre disponíveis, e forneceram toda a informação necessária. Assim, o agricultor responsável pelo campo de agricultura biológica garantiu que não eram usados quaisquer tipos de substâncias químicas, tratando-se de uma zona que sofreu conversão há cerca de 5 anos. Da agricultura convencional foi fornecida uma lista de pesticidas usados, onde os insecticidas organofosforados, carbamatos, juntamente com alguns EDBCs eram os principais grupos químicos de pesticidas usados. Para além disto, o agricultor da zona convencional informou que mais de 50% das aplicações eram baseadas num fungicida EDBC, o Mancozeb, sendo então este o pesticida maioritariamente aplicado. Depois de capturados e sacrificados, os animais foram avaliados do ponto de vista morfofisiológico, através das medidas biométricas, peso relativo dos órgãos internos e parâmetros hematológicos. Foram ainda sujeitos a três testes de forma a avaliar os danos ao nível do material genético: ensaio do cometa nos linfócitos, teste dos micronúcleos na medula óssea e teste das anomalias nos espermatozóides. Para além disto, foi feita a determinação da actividade da acetilcolinesterase no cérebro, que é um biomarcador da exposição a insecticidas organofosforados e carbamatos, e a quantificação do manganês (Mn) no fígado, que pode servir para avaliar a exposição ao Mancozeb, uma vez que este metal entra na sua constituição. Foi, ainda, iniciada uma análise molecular no intuito de determinar polimorfismos do gene CYP1A1, que está envolvido no processo de desintoxicação de agentes xenobióticos, como os pesticidas. Como resultado, o presente estudo demonstrou claramente que a exposição a uma mistura de pesticidas, onde o Mancozeb representa mais de 50% dessa mistura, tem a capacidade de causar danos genéticos em pequenos mamíferos, avaliados pelos ensaios do cometa, micronúcleos e anomalias nos espermatozóides. Para além disto, de forma a provar que, de facto, o Mancozeb era o agente genotóxico em causa, foi feita a quantificação do manganês no fígado dos animais, através da técnica de Espectrofotometria de Absorção Atómica com Câmara de Grafite. Assim, concluiu-se que os animais de ambas as espécies da zona da agricultura convencional, expostos a pesticidas, com maiores níveis de danos genéticos, tinham também maiores níveis de Mn no fígado, comparativamente aos animais da zona de agricultura biológica. Ou seja, o Mancozeb, sendo a fonte destes níveis de Mn mais elevados, será o agente genotóxico em causa. Por outro lado, foi feita a avaliação da actividade do enzima acetilcolinesterase, no cérebro, para despistar possíveis efeitos de insecticidas organofosforados e carbamatos, que também podiam ser a causa das diferenças nos danos genéticos encontrados entre as duas zonas analisadas. No entanto, verificou-se que não havia diferenças significativas nos valores da actividade deste enzima, entre os animais das duas zonas, que pudessem justificar os valores superiores de danos genéticos encontrados na zona de agricultura convencional. Foi ainda feita uma análise morfofisiológica para verificar se os animais expostos aos pesticidas tinham esses parâmetros alterados, mas apenas os baços aumentados foram reveladores da infecção provocada pela exposição aos pesticidas. Por outro lado, foi feita uma análise genética preliminar, no intuito de encontrar polimorfismos no gene CYP1A1, mas não foi possível conclui-la e, futuramente, será necessário continuar esta abordagem molecular do estudo. Tendo em conta as diferentes sensibilidades das duas espécies bioindicadoras analisadas, este estudo mostra como é importante usar pelo menos duas espécies simpátricas para detectar a presença de agentes genotóxicos e utilizar vários testes de avaliação dos danos genéticos, porque a variabilidade em espécies selvagens é bastante mais elevada relativamente a animais de laboratório. Por outro lado, verificou-se que, de facto, a quantificação do Mn, tem potencial para ser um biomarcador da exposição e este tipo de pesticidas, que têm metais na sua constituição. Este estudo fornece ainda valores de referência para os biomarcadores utilizados em estudos futuros e demonstra como M. spretus e Apodemus sylvaticus são duas espécies indicadas para serem usadas como bioindicadores de poluição provocada pelos pesticidas. Concluindo, o presente estudo demonstra que a prática agrícola convencional representa um maior risco genotóxico comparativamente à agricultura biológica e contribuiu para alertar acerca dos efeitos prejudiciais que advêm da exposição aos pesticidas a longo prazo, particularmente, da exposição ao Mancozeb, que é um pesticida de uso legalmente autorizado na Comunidade Europeia. Apesar de vários estudos indicarem uma elevada toxicidade do Mancozeb, este continuará a ser um dos pesticidas mais usados no mundo, devido á sua eficácia, baixo custo e baixa persistência no ambiente relativamente a outros pesticidas. Assim, grande parte da população vai continuar a ser exposta e a problemática dos seus efeitos a longo prazo continuará a existir, enquanto não forem feitos investimentos na descoberta de alternativas ao uso de pesticidas.

A mobilidade suave, caracteriza-se pelo seu baixo impacto ambiental e por ser uma opção viável para o acesso à rede de transportes públicos. Esta dissertação teve como objetivo diagnosticar a utilização de bicicletas e trotinetas, por parte dos membros da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). Apresentava como perguntas de investigação, qual a frequência de utilização de bicicletas e trotinetas diariamente na FCUL e que tipo de arquitetura de monitorização utilizar. O método de análise, partiu da identificação da localização das docas de estacionamento de bicicletas e trotinetas no campus da FCUL e na sua proximidade. De seguida, procurou-se selecionar o equipamento de monitorização e definir a localização dos postos de monitorização, para se efetuar as contagens das entradas e saídas das bicicletas e trotinetas. Assumindo que os utilizadores mantêm o comportamento de mobilidade, no período letivo, estimou-se que diariamente entram 161 bicicletas, 11 trotinetas por dia na FCUL e na época de exames, 99 bicicletas, 11 trotinetas. Verificando-se uma preferência pela utilização de bicicletas. Também se verificou um aumento de cerca de 20% da utilização médiade bicicletas GIRA (bicicletas partilhadas da cidade de Lisboa) entre 2020 e 2022. Este aumento expressivo e o facto das bicicletas GIRA representarem mais de 75% dos modos de mobilidade suave contados, sugere que a instalação de duas novas docas de estacionamento GIRA junto ao perímetro da FCUL estimulou a utilização deste meio de transporte entre os membros desta comunidade universitária. Analisando o número de acessos wireless diários, por dispositivos de uso pessoal, à rede Wi-Fi local (eduroam), assumindo que na sua maioria, os frequentadores da FCUL são utilizadores da rede local. Calculou-se que para o período letivo, 8% dos frequentadores optaram por deslocar-se até à FCUL utilizando um mecanismo de mobilidade suave e 9%, durante a época de exames.

Stroke is the leading cause of severe disability in adults, often resulting in mobility, balance, and coordination deficits. For this reason, walking recovery techniques significantly impact stroke patients’ quality of life. To improve rehabilitation, robotic exoskeletons are increasingly used during physiotherapy sessions. Robotic exoskeletons enhance conventional poststroke rehabilitation via intense and task-oriented training. To restore the gait function, it is essential to restore the correct activation timing of the lower limb muscles. Designed by Ekso Bionics, EksoNR is the first exoskeleton device that received Food and Drug Administration (FDA) clearance for rehabilitation use with patients with acquired brain injury, multiple sclerosis, and stroke patients. EksoNR has several settings that can be adapted to provide individualspecific training and the best user experience possible. This study is being proposed to understand better the impact of each setting on stroke recovery and user experience. There are two key outcomes: 1) to decipher the relationship between EksoNR robotic control settings and the biomechanics of walking; and 2) to uncover the psychological experiences during EksoNR use. To achieve these outcomes, the effects of Swing Assist EKSONR settings on gait kinematics, spatiotemporal parameters; muscle activity; and user experience were measured. The study registration is discussed in the first section of this thesis, focusing on the protocol, user experience questionnaire and ethical committee approval. This thesis’s second section consists of a gait analysis pipeline, focusing on muscular activity and spatiotemporal parameters. This pipeline starts by processing and filtering the data for each trial, then analysing the differences between settings for specific parameters and ending with statistical analysis for all the subjects. For pipeline testing and validation, a new protocol was created. Five participants were evaluated to test the pipeline, and a single analysis was done on one subject. The results showed that maximum trajectory control (MTC) was the setting with the lowest amplitude values, and neutral swing assistance (NSA) was the setting with a higher value in most muscles. On the contrary, MTC was also the setting with the highest median frequency value. Regarding spatiotemporal parameters, stance and swing time did not present any significant difference between the settings, and the other parameters presented significant differences between some pairs of settings. Since the results are based on just one participant, data of more participants need to be evaluated to have a global overview and global results. The experiments were conducted at the Brubotics Rehabilitation Research Center at the Vrije Universiteit Brussel (VUB) ’s Brussels health campus, led by Prof. Eva Swinnen and Prof. Nina Lefeber.

Pre-surgical mapping relies on neuroimaging techniques, such as Functional Magnetic Resonance (fMRI). Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging (rs-fMRI) enables the detection of brain spontaneous activity which have formed coherent Resting-State Networks (RSNs). Multiple techniques have been used to map the representation of function using rsfMRI, among these are Deep Learning (DL) methods. Based on current literature, we studied the feasibility of implementing a 3D Convolutional Neural Network for mapping RSNs. To create and evaluate our model, we used the Autism Brain Imaging Data Exchange I (ABIDE-I) dataset. An additional dataset from Hospital da Luz (HL) was used in testing stages. After data and Regions of Interest (ROIs) selection, brain maps of correlation were obtained and assigned to their respective RSNs. Subsequently, the main core architecture of our model was defined. In order to achieve better classification performance results, several trials were required. These varied according to the number of filters or neurons presented in each convolutional and fully connected layers, as well as the set of hyperparameters implemented. After performing model training, it was time to test our model. Together with accuracy results, AUC values and confusion matrices were obtained, allowing a better insight of the predictions for all classes. In addition, several model evaluation measures, such as precision, sensitivity and F1-score were acquired. All the results gathered allowed an overall comparison between the two datasets implemented at this stage. The results of this dissertation revealed that the proposed pipeline was able to classify RSNs. Overall, it demonstrated the feasibility of implementing a 3D CNN to map several RSNs, elucidating the relevance of both rs-fMRI and DL in mapping brain regions.

A Síndrome de Rett (RTT) é uma perturbação rara do neurodesenvolvimento causada maioritariamente por mutações no gene que codifica a proteína MeCP2, localizado no cromossoma X. Embora seja uma doença genética, as mutações que causam a RTT são praticamente todas esporádicas, com menos de 1% dos casos sendo hereditários. A incidência da RTT é mais elevada em indivíduos do sexo feminino, aproximadamente 91% dos casos reportados, afetando cerca de 1 em cada 10 000 a 23 000 mulheres mundialmente. Estes doentes podem apresentar uma ampla gama de sintomas, determinados pela localização, tipo e gravidade da mutação, ou, no caso dos indivíduos do sexo feminino, também pela inativação do cromossoma X. A doença progride em quatro fases e resulta principalmente em perturbações graves do desenvolvimento e função cerebrais, mas também numa miríade de problemas não neurológicos, nomeadamente anormalidades cardíacas, respiratórias, gastrointestinais, metabólicas e ósseas. Efetivamente, quase todos os aspetos da vida destes doentes são afetados, desde a sua capacidade de falar, andar, comer e até de respirar normalmente. Dada a gravidade dos sintomas, a expectativa de vida das pessoas com RTT é reduzida, havendo uma maior incidência de morte súbita, cerca de 26% das mortes. Tem-se especulado que o intervalo QT corrigido (QTc) prolongado, um parâmetro que representa um prolongamento da repolarização cardíaca, poderá potenciar estas mortes súbitas verificadas nos doentes RTT. Apesar desta conexão, ainda é desconhecido se um intervalo QTc prolongado nestas pessoas será um efeito direto da doença no coração ou um efeito secundário das manifestações do sistema nervoso. Dada a raridade e a natureza multissistémica da RTT, a modelação com precisão dos fenótipos associados a esta doença, assim como o desenvolvimento de terapias para estes doentes, tem provado ser desafiante. Os modelos animais têm contribuído significativamente para a superação destas limitações. No entanto, a sua relevância clínica é afetada pelas diferenças entre espécies e a diversidade de fenótipos entre doentes dificilmente pode ser modelada usando essas estratégias. Mais recentemente, as características das células estaminais pluripotentes humanas (hPSCs), nomeadamente a sua capacidade de autorrenovação e o seu potencial para se diferenciarem em qualquer tipo de célula do corpo humano, têm despertado um entusiasmo geral para o desenvolvimento de novos modelos de doenças humanas. De facto, com o aumento do conhecimento sobre este tipo de células, as hPSCs têm surgido como uma alternativa promissora para o estudo da RTT, através de modelos alternativos que mimetizam com maior precisão a gravidade e as características da doença. Uma vez que as mutações no MeCP2 afetam especialmente diferentes estágios de desenvolvimento e função cerebrais, independentemente do tipo de modelo utilizado, as anormalidades neurológicas têm sido a componente da doença mais investigada. Por outro lado, muito poucos estudos recapitulam a RTT noutros órgãos afetados, como o coração. Neste contexto, apenas modelos animais, maioritariamente de murganho, têm sido utilizados para o estudo da componente cardíaca da RTT até à data. Desta forma, este projeto teve como objetivo modelar, pela primeira vez, a RTT com modelos cardíacos 3D derivados de células estaminais pluripotentes induzidas (hiPSCs) específicas de doentes, assim como identificar alterações derivadas da doença que pudessem contribuir para fornecer novos alvos para estratégias terapêuticas para a RTT. Para tal, o estudo foi dividido em duas partes principais. A primeira parte teve como objetivo estudar as alterações derivadas da RTT no processo de diferenciação cardíaca, após otimização da diferenciação de hiPSCs em cardiomiócitos (CMs) como agregados 3D, usando tanto linhas celulares mutadas como saudáveis. A segunda parte centrou-se no estudo de alterações morfológicas dos agregados de CMs derivados de hiPSCs RTT, tendo-se explorado as diferenças na arquitetura estrutural e composição celular dos agregados 3D de CMs. Para além destes aspetos de organização macroestrutural, foram também estudadas as alterações microestruturais dos sarcómeros dos CMs. Em primeiro lugar, demonstrou-se ser possível diferenciar com sucesso hiPSCs RTT e saudáveis em CMs como agregados 3D. A otimização do processo de diferenciação cardíaca para cada linha celular foi realizada através da variação de dois parâmetros, nomeadamente do tamanho do agregado no início da diferenciação e da concentração da molécula de baixo peso molecular CHIR99021, modeladora da via de sinalização wingless integrated (Wnt). Os resultados obtidos sugerem que esses parâmetros variam dependentemente da linha celular e não são um parâmetro de distinção entre linhas celulares RTT e saudáveis. No entanto, foi possível observar alterações derivadas da RTT nesses agregados 3D de CMs, incluindo diferenças no tamanho e grau de compactação dos agregados, sendo estes maior e menor, respetivamente, nos agregados RTT. Em segundo lugar, os agregados 3D de CMs derivados de hiPSCs RTT foram estudados face aos agregados derivados de hiPSCs saudáveis, tendo-se avaliado a sua morfologia, bem como a estrutura dos sarcómeros dos CMs. Além de CMs, outros tipos de células cardíacas naturalmente presentes in vivo no coração humano também foram encontrados em minoria nos agregados diferenciados RTT e saudáveis, incluindo células endoteliais e uma subpopulação de células progenitoras cardíacas. Tanto a caracterização das cavidades dos agregados como a dos sarcómeros dos CMs revelou alterações morfológicas dos agregados RTT comparativamente aos saudáveis. Os nossos resultados evidenciaram uma percentagem muito maior da área dos agregados RTT ocupada por cavidades, comparativamente com os controlos, não estando relacionada com o número de cavidades por agregado, parâmetro que foi semelhante entre as condições. Verificou-se ainda uma variação na proporção de cavidades de acordo com o seu tamanho entre agregados RTT e saudáveis, com os agregados RTT a apresentarem uma maior proporção de cavidades de maiores dimensões. Foi possível demonstrar que estas disparidades encontradas entre as cavidades dos agregados RTT e saudáveis não foram causadas por diferenças na proliferação dos CMs. Este trabalho sugeriu ainda a existência de um comprometimento estrutural dos sarcómeros dos CMs RTT, tendo-se verificado uma menor densidade de miofibrilhas, que se encontravam mais pronunciadas perto do núcleo dos CMs, assim como um comprimento menor dos sarcómeros, comparativamente com CMs saudáveis. Futuramente, para além de mais replicados, será também fundamental utilizar linhas celulares adicionais nas experiências, incluindo linhas hiPSCs derivadas de doentes com mutações associadas à RTT diferentes, para a validação dos nossos resultados. Além disso, será necessário continuar a análise das alterações derivadas da RTT nos agregados de CMs, nomeadamente para melhor compreender os mecanismos associados às alterações morfológicas dos agregados, bem como às anomalias estruturais dos CMs RTT. O processo de diferenciação cardíaca a partir de hiPSCs RTT e saudáveis deverá ser caracterizado nomeadamente em termos de níveis de expressão génica dos principais genes envolvidos quer na diferenciação cardíaca a partir de hPSCs, quer na maturação dos CMs. Relativamente à análise morfológica das cavidades dos agregados, será interessante avaliar, entre outros, o nível de expressão de HAND1 em agregados RTT e saudáveis, já que foi sugerido anteriormente a sua necessidade para a auto-organização estrutural. Adicionalmente, para complementar o estudo da formação das cavidades dos agregados, deverá ser realizado um ensaio de imunomarcação para o marcador apoptótico CASPASE, de forma a compreender se a morte celular poderá ser um mecanismo associado à formação das cavidades. Por outro lado, será relevante avaliar as alterações funcionais nos agregados RTT. Através de uma análise do transiente de cálcio intracelular, deverão ser estimados parâmetros como a duração da contração e frequência cardíaca, tanto em condições padrão, como sob exposição a estimulação elétrica e química. No entanto, a cultura de CMs por si só pode não permitir observar as anormalidades funcionais cardíacas já descritas em humanos. Assim sendo, uma vez que os CMs e os neurónios sofrem comaturação durante a inervação do coração na embriogénese, o estudo das interações entre estes tipos celulares é essencial, principalmente na modelação de doenças multissistémicas como esta. Por este motivo, numa outra fase, seria interessante co-cultivar CMs e neurónios do sistema nervoso autónomo, ambos derivados de hiPSCs. Esta abordagem permitiria captar potenciais alterações funcionais dos CMs RTT promovidas pelos neurónios RTT e desvendar informações sobre uma potencial interferência anormal entre essas duas populações celulares que, até à data, permanecem desconhecidas. Adicionalmente, seria também relevante recriar a heterogeneidade de células cardíacas presentes no coração humano, através da geração quer de um microtecido cardíaco, quer de um organoide. Para além de possivelmente possibilitarem o estudo da maturação celular e da função geral dos CMs em comparação com o modelo saudável mais simples, permitiriam compreender se as principais etapas que ocorrem durante o processo de desenvolvimento cardíaco na embriogénese, a forma como as diferentes populações celulares são especificadas e a função dos CMs são ou não afetadas pela RTT. Posteriormente, estes modelos poderiam ser ainda co-cultivados com neurónios, estabelecendo um modelo neuro-cardíaco 3D complexo para o estudo desta doença.

Genomic disorders are pathologies that result from the rearrangement/variations of the human genome, that lead to DNA sequence alteration. These are recurrently manifested as developmental disorders, including developmental delay and intellectual disability. Currently these genetic variations, such like copy number variants (CNVs), are identified via Next Generation Sequencing technologies (NGS), which is a less cumbersome and time-consuming methodology than the previously ones. Nevertheless, NGS data analysis is still prone to errors, which are frequently associated to mapping errors, especially in low complexity regions such as telomeres and centromeres. To identify CNVs through NGS data, the sequenced read-pairs are mapped against the human reference genome. Then, the improper pairs for deletions and duplications (with higher than expected insert size or aligned in an outward facing orientation, respectively) are selected and clustered together, defining the variant regions. Concurrently, CNVs can also be identified by chimeric reads, which overlap the CNV breakpoint, corresponding to a junction fragment, or by differences of sequence coverage along the genome. Nevertheless, as the identification of CNVs depends on the read mapping, genomic characteristics, as low complexity regions, lead to the identification of False positive (FP) CNVs which, without manual verification, are difficult to distinguish from real CNVs (True positives - TP). The manual validation of hundreds of CNVs per study case can be a laborious task, therefore automation is vital. In this study, we proposed the development of an automated validation pipeline, established on Machine Learning Classification Model, able to make predictions based on patterns identified on the input data. Thus, in this project a machine learning model able of distinguish FP and TP CNVs based on the genomic characteristics of the specific mapping regions, such as GC content and distance to telomere and centromere, was developed.

Credit card fraud poses a significant global concern evidenced by Portugal’s expenditure of €1.87B in 2019 alone due to fraudulent transactions. This staggering amount is expected to rise further when considering consequent additional expenses incurred by financial institutions. Existing credit card fraud detection methods still fail to capture numerous occurrences, leading to the continuous pursuit of novel approaches in this domain. Prevailing methods heavily rely on neural networks and supervised/unsupervised learning, where all consider initial independence between the elements in credit card transactions, or require previous knowledge of the correlation degree between the data features. This thesis hypothesis goes against that assumption, proposing a novel fraud detection model that considers an entanglement present in the transaction elements, resulting in their conditional dependence. The model is based on the premise that the data exists within a high-dimensional manifold. The interconnections within the manifold will induce a dimensionality reduction to a Euclidean space, thereby upholding the independence assumption made by the existing models. The reduction is achieved through word2vec, a neural-based word embedding technique, renowned for effectively handling data complexity and capturing its most relevant aspects. Briefly, the method will consist on the junction of a custom data pre-processing, word2vec, and a prediction technique. The transactions classification is made according to its probability of occurrence, which is obtained from the neural network’s output. The system’s behaviour is described with the Ising model, which effectively characterizes real entangled systems. Moreover, the system’s critical point is computed. Derived from the severe data imbalance is established an additional comparison between SMOTE and CT-GAN for the task of synthetic frauds generation. Empirical evaluation of the novel method is conducted on a real-life credit card data set. The overall results show to be comparable to the leading fraud detection methods.

Visually-Impaired People (VIP) that have the desire to partake in recreational activities, such as playing video games or exploring virtual environments will often find barriers with the lack of accessibility features available. This is mostly due to the fact that such environments are heavily designed with the visual video component in mind. Still, among the number of people with visual impairments, blind people have the most difficulty in adapting to these environments. Although there are options that suit their impairments, either digital audio or text-based games, these experiences will often offer a lesser recreational value compared to the more complex and detailed options available in the market of video games. In this work, we delved into how blind people experience Virtual Reality and Virtual Environments. We analysed video content from blind content producers, identifying their biggest barriers while playing video games that weren’t completely accessible. At the same time, we registered and discussed about the many ways, either via elements outside or from the games they play, that they managed to overcome such barriers with their own hands and ingenuity. A contribution on its own, these observed experiences are supported by demonstrative videos and may serve to guide developers on how to better create or modify Virtual Environments to be accessible to blind people. We went further in our study, using the indications we gathered previously and created a Virtual Environment of our own. The implementation of possible solutions for some of the most common barriers observed was evaluated through testing with 7 participants, who also shared their opinions and suggestions. We expect that this can serve as a practical example on how to initiate the creation or adaptation of Virtual Environments to be accessible for blind people

This work describes the designing, prototyping and real-life testing of an Internet of Things (IoT) wearable device, the SALUS device. The solution consists of a purpose-built device, carefully designed for hospital use, that measures Heart Rate (HR), Blood Oxygen Saturation (SpO2), several Heart Rate Variability (HRV) parameters, Breathing Rate (BR) and Peripheral Vascular Resistance (PVR), and, therefore, acquiring most of the data needed for a cardiovascular patient evaluation. One of the critical challenges was the calculation of a novel way of assessing PVR using PPG. To do so, a regression analysis was performed between the Full Width at Half Maximum (FWHM) of the PPG peak and the value of PVR measured by the Task Force Monitor (TFM). Healthcare professionals, however, need more information to evaluate a cardiovascular patient than PVR alone, namely, HRV indexes. The SALUS device can provide these values by using the HeartPy library to analyse the data gathered. SALUS was tested in Hospital de Santa Marta following the 2008 Front-loaded Glyceryl Trinitrate (GTN) head-up tilt protocol used for the tilt test implemented in the Syncope Unit of the Hospital de Santa Marta and the results compared with the gold standard devices TFM and uMEC10, a cardiovascular monitor. There were limitations to this study since the number of patients considered was small and the sample was clinically heterogeneous. However, the main goal of this pilot study was to show that the SALUS device could be used in a clinical context. Despite the limitations, the results obtained were positive for the values of BPM (R 2=0.99), SpO2 (R 2=0.83), and LF/HF (R 2=0.77). The wearable device here developed holds promise to be a valuable and dependable diagnostic tool, as shown by the values when compared to the gold standard. Validation of this instrument is an ongoing process. Further testing and confirmation of other parameters are needed to assess the improvement of this acquisition for rapid screening of cardiac dysautonomia and Cardiovascular Disease (CVD).

Energy consumption in the EU has been increasing at an astonishing rate in the recent years. The European Commission has decided counteract on energy consumed by buildings, which is one of the areas that has contributed more to this increase. More than 40% of energy consumed in the EU is currently spent in buildings, whereas more than 75% of buildings in this region are not energy efficient. The SATO project addresses these challenges by providing self-assessments towards optimization (SATO) of energy and comfort management in residential and service buildings from multiple partners. This thesis focuses on specific contributions in the design, development, deployment, and evaluation of a first prototype of the cloud-based platform being proposed by this project. More specifically, this thesis contributed to the design of a middleware component that connects the buildings to the platform and streams events from devices to where data is processed. The activities included exploring proprietary and open-source specialized platforms for Internet of Things (IoT), general-purpose streaming platforms, among others. The acquired knowledge on these topics enabled us to design a platform architecture that integrated our components with the ones from other frameworks developed in the SATO project. Additionally, the systematic deployment of the SATO platform is another contribution from this thesis that helped the project to deal with the cumbersome complexity of this type of platforms. Finally, this thesis identified some appropriate component placement strategies for the SATO platform, optimized and scaled up many of its components, and evaluated its first prototype to reach a throughput of up to 60 thousand messages (of 500 bytes each) per second.

Most Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) studies with the goal of understanding the Functional Connectivity (FC) of the brain have applied Resting-State fMRI to study connectivity between different brain regions. With the objective of applying a new method, we developed a novel approach using a passive task-based fMRI acquisition created to induce the shifting of brain networks, and thus increase between network connectivity. This approach consists of an array of images and stimuli created to excite specific networks and thus to enhance Functional Connectivity. We applied this novel paradigm in both typically developing youth and youth with Anorexia Nervosa (AN). AN is a severe psychological disorder characterized by an obsessive desire to lose weight by refusing to eat. We hypothesised that, using only healthy participants, viewing the Passive-Task will create a stronger shifts between different networks, translated in a higher FC between regions of distinct networks, when compared to the shift of networks at Resting-State. Also we hypothesised that no significant differences within the connectivity of regions of the same networks would be found between Resting-State and Passive-Task. Results show a greater connectivity during the Passive-Task in areas related to Executive Control, such as the insula and the Lateral Prefrontal Cortex, with areas from the Secondary Visual and Lateral Parietal Occipital networks. Higher connectivity at rest was found in the majority of the pairs of connected regions, especially related to the Cerebellar-Occipital networks. Although our results were not as hypothesised, this work proposes a new view on the use of passive viewing tasks, in the study of FC and network shifts. In the future, the goal of the task is to be used to compare FC in cases of AN with controls.

Genetic interactions, both between genetic material and between this and the surrounding environment of a given individual are important factors for understanding the process of evolution of natural populations. The study of this interactions as well as their integration in evolutionary terms may have several applications such as, for example, understanding the observed prevalence of antibiotic resistance in natural populations. In this thesis the patterns of genetic interactions between multiple-resistances to antibiotics were explored. In particular, epistasis and genotype-by-environment interactions operating among antibiotic resistances were studied. To measure levels of epistasis occurring between multiple-antibiotic-resistances in the complete absence of antibiotics, mutants resistant to three antibiotics commonly used in clinic were first generated: nalidixic acid, rifampicin and streptomycin. With these mutants double resistant mutants were created. By measuring the costs of each mutation individually and jointly the type of epistasis operating between different sets of resistance mutations was determined. The cost of double resistance was majorly lower than expected, revealing the presence of positive epistasis between mutations conferring resistance to the studied antibiotics. The same patterns were observed for interactions between a set of resistance mutations and conjugative plasmids with multiple-resistance factors. However, in this case, extreme cases of positive epistasis coined sign epistasis were observed for a large fraction of combinations. This type of interactions was also observed in the previous study yet less frequently. Naturally occurring bacteria are often faced with a multitude of environments. The action of environmental changes in the effects of antibiotic resistance mutations was studied for a group of mutations resistant to four antibiotics in three environments differing in the CHAPTER I viii number of comprised environmental stresses. This study revealed, for most cases, a strong pattern of interactions between the different genotypes and the environment.

There is an urgent need for the development of new anti-HIV drugs that can complement existing medicines to be used against resistant strains. Here, we report the anti-HIV-1 peptide pepRF1, a human serum-resistant peptide derived from the Dengue virus capsid protein. In vitro, pepRF1 shows a 50% inhibitory concentration of 1.5 nM with a potential therapeutic window higher than 53 000. This peptide is specific for CXCR4-tropic strains, preventing viral entry into target cells by binding to the viral coreceptor CXCR4, acting as an antagonist of this receptor. pepRF1 is more effective than T20, the only peptide-based HIV-1 entry inhibitor approved, and excels in inhibiting a HIV-1 strain resistant to T20. Potentially, pepRF1 can be used alone or in combination with other anti-HIV drugs. Furthermore, one can also envisage its use as a novel therapeutic strategy for other CXCR4-related diseases.

We report the synthesis of water soluble cyclodextrin (CD) polymers prepared by crosslinking pyromellitic dianhydride (PMDA) with two CD derivatives (methyl-β-CD - MβCD and (2-hydroxy)propyl-β-CD - HPβCD) and their evaluation as functional sub-micron sized carriers in the development of antiretroviral drug delivery systems. Using the protease inhibitor lopinavir (LPV) as model drug, LPV loaded CD polymers (pHPβCD and pMβCD) were prepared and fully characterized. The physicochemical characterization and in vitro drug release confirmed the successful synthesis of pHPβCD and pMβCD, the formation of sub-micron sized particles and a 12–14 fold increase in LPV solubility. Cytotoxicity assays indicated that both pHPβCD and pMβCD were able to improve the safety profile of LPV while the viral infectivity assay revealed a concentration independent anti-HIV-1 effect for both pHPβCD and pMβCD with a maximum percentage inhibition (MPI) of 79 and 91% respectively. After LPV loading, the antiviral profile of pHPβCD was reversed to the sigmoidal dose–response profile of LPV, while pMβCD maintained its dose-independent profile followed by a LPV mediated increase in viral inhibition. Overall, both pHPβCD and pMβCD demonstrated anti-HIV-1 activity, while drug loaded pMβCD indicated its potential as functional sub-micron sized drug delivery polymers for achieving synergistic anti-HIV activity.

Introduction: Structural modulation of previously identified lead spiro-β-lactams with antimicrobial activity was carried out. Objective: The main objective of this work was to synthesize and evaluate the biological activity of novel spiro-lactams based on previously identified lead compounds with antimicrobial activity. Methods: The target chiral spiro-γ-lactams were synthesized through 1,3-dipolar cycloaddition reaction of a diazo-γ-lactam with electron-deficient dipolarophiles. In vitro activity against HIV and Plasmodium of a wide range of spiro-β-lactams and spiro-γ-lactams was evaluated. Among these compounds, one derivative with good anti-HIV activity and two with promising antiplasmodial activity (IC50 < 3.5 µM) were identified. Results: A novel synthetic route to chiral spiro-γ-lactams has been established. The studied β- and γ- lactams were not cytotoxic, and three compounds with promising antimicrobial activity were identified, whose structural modulation may lead to new and more potent drugs. Conclusion: The designed structural modulation of biologically active spiro-β-lactams involved the replacement of the four-membered β-lactam ring by a five-membered γ-lactam ring. Although conformational and superimposition computational studies revealed no significant differences between β- and γ- lactam pharmacophoric features, the studied structural modulation did not lead to compounds with a similar biological profile. The observed results suggest that the β-lactamic core is a requirement for the activity against both HIV and Plasmodium.

Currently, there are several route recommendation systems, such as Google Maps or Waze, that suggest to their users routes between two given locations while considering different means of travel (on foot, by car, or by public transport). These systems generally recommend the shortest, the fastest, and/or the cheapest route (where factors such as fuel consumption, toll payment, and/or ticket purchasing are considered), indicating a greater focus on public and private modes of transportation rather than on pedestrians or cyclists. That is, these services are strictly limited to economic criteria and do not allow for the integration of other factors that are relevant to each user. In urban environments, it is typical that a person’s choice of walking a certain path is not based on the shortest or the fastest route, but on other subjective criteria valued by pedestrians, such as safety or overall exposure to air pollutants, for instance. The main objective of this work is to design and develop a mobile system (named Mobile HealthyTrack) that recommends pedestrian routes for the city of Lisbon by considering, simultaneously, multiple criteria tailored to the preferences of each registered user, with the additional integration of a voting functionality in order to improve the overall quality of the recommendations. Mobile HealthyTrack is a mobile system (exclusive to the Android operating system) in which users input the points of origin and destination of the routes they want to travel, based on the preferences they have established for each of the three quality criteria considered for the system: distance, air quality, and proximity to green areas. This system combines various modules that work together to provide the most customizable and tailored experience possible for the user. The experiments carried out in a controlled offline environment, as well as the user studies conducted with volunteers, allowed not only to observe that the routes recommended by the system correspond to the best possible routes considering the established parameters, but also to attest to the application’s usability and to obtain essential feedback to further optimize the system.