University of Beira Interior
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Investigation of Asymmetric Plunging of a NACA0012 Airfoil
No full textAnimals and insects have been investigated because of their locomotion form that allows simultaneous thrust and lift production at low Reynolds numbers. The present study focuses on the experimental investigation of a plunging NACA0012 airfoil under asymmetric conditions. Tests are conducted with a Reynolds number of 1x10^4, considering two nondimensional velocities, kh=0.25 and 0.50. Each of these conditions is tested with different levels of asymmetry, depending on the limitations of the experimental apparatus. Flow visualization indicates that asymmetric movements produce both thrust and lift simultaneously and that increasing the asymmetry parameter and the reduced frequency have a similar impact: leading edge vortices to become stronger and are formed earlier. The present study is an earlier work that explores the existent void of experimental data regarding asymmetric conditions of unsteady airfoils.Fundação para a Ciência e a Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio
Experimental Study of a Ground Vortex: the Effect of the Crossflow Velocity
No full textLaser-Doppler measurements of the velocity characteristics of a ground vortex flow resulting from the collision of a wall jet with a boundary layer are presented and discussed together with flow visualization. In the present study velocity ratios between the boundary layer and the wall jet of 0.5 and 0.62 were considered. Two secondary vortices were found upstream the separation point for the highest velocity ratio. The angle of deflection of the upwash flow was found to decrease with the velocity ratio, while the wall jet penetration increases.Fundação para a Ciência e a Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio
Flapping Airfoil Aerodynamics using Recurrent Neural Network
No full textThe recent increase in interest in artificial intelligence and neural networks has stirred up various industries. Inevitably, its application will trickle down to the most fundamental studies, for instance, unsteady aerodynamics. The present paper serves the purpose of exploring the ability of a recurrent neural network to predict flapping airfoil aerodynamics, in particular the lift coefficient of a plunging NACA0012 airfoil. Thus, a neural network is designed and trained using motion parameters, such as motion frequency and effective angle of attack, to output the instantaneous lift coefficient over a plunging period. Training data is generated using a panel code (HSPM) for fast generation and early testing. Results show that the neural network can adequately predict the lift coefficient for various conditions, including plunging kinematics that are far from the training domain. Future work will build on this framework and extend it to other aerodynamic coefficients using CFD results and experiments, which should enhance the value of the estimates.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e Brazilian National Council for Scientific and Technological Development – CNPq (grant #306824/2019-1)info:eu-repo/semantics/publishedVersio
Twin Impinging Jets Through a Crossflow
No full textLaser Doppler measurements provide information on the flowfield created by twin impinging jets aligned with a low velocity crossflow. The experiments were carried out for a Reynolds number based on the jet exit conditions of Re j=4.3×104, an impingement height of 20.1 jet diameters and for a velocity ratio between the jet exit and the crossflow V R=Vj/Uo of 22.5, and an interjet spacing of S=6D. The results show a large penetration of the first (upstream) jet that is deflected by the crossflow and impinges on the ground, giving rise to a ground vortex due to the collision of the radial wall and the crossflow that wraps around the impinging point like a scarf. The second jet (located downstream) it is not so affected by the crossflow in terms of deflection, but due to the downstream wall jet that flows radially from the impinging point of the first jet it does not reach the ground. The results indicate a new flow pattern not yet reported so far, that for a VSTOL aircraft operating in ground vicinity with front wind or small forward movement may result in enhanced under pressures in the aft part of the aircraft causing a suction down force and a change of the pitching moment towards the ground.Fundação para a Ciência e a Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio
Numerical Study of a Central Downwash Generating Wing
No full textIn October 2005, FIA (International Automobile Federation) proposed a set of rules, for the 2008/9 Formula 1 Championship, with the objective of decreasing the difficulties for overtaking due to the wake generated by the leading car. The proposal is based on the utilization of a new concept of a double rear wing "CDG-wing" (Central Downwash Generating Wing). The objectives of this work is to analyze the aerodynamic characteristics of the CDG wing proposed by FIA, and to investigate its better positioning relative to the rear wheel. The study was performed using three different geometries of the wing, and three different speeds, to reproduce three different curves of some race tracks used in Formula 1. The computational tests have shown that the location of the wings behind the rear tire increases the downforce.Fundação para a Ciência e a Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio
First Flight From Europe to the South Atlantic - Gago Coutinho and Sacadura Cabral
No full textThe history of the transatlantic flights goes back to 1919, and began with a flight between Newfoundland and Lisbon, and another between Newfoundland and Ireland. Gago Coutinho and Sacadura Cabral crossed the South Atlantic Ocean by air in 1922. This last flight was the first that used only internal means of navigation, and a new instrument that consisted in a type of sextant incorporating two spirit levels to provide an artificial horizon was invented. The flight began with a Fairey hydroplane that did not have enough fuel capacity to make the entire trip so some stops were made along the way. Several problems had to be solved and near the Brazilian coast he aviators were forced to stay some time in the ocean water, having been rescued by a Bristish ship called "Paris City". Finally, the 8,300 km trip was concluded, only with internal means of navigation, after 62 hours of flight using another plane, with a most enthusiastic reception at Rio de Janeiro, and the new artificial horizon sextant had proven itself.Fixed Wing AircraftSubmarine WarfarePropulsion and PowerAeronauticsFuel ConsumptionRolls Royce EagleFundação para a Ciência e a Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio
Investigation of lab-scale horizontal subsurface flow constructed wetlands treating industrial cork boiling wastewater
No full textThe feasibility and treatment efficiency of horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSFCW) was
assessed for the first time for cork boiling wastewater (CBW) through laboratory experiments. CBW is
known for its high content of phenolic compounds, complex composition of biorecalcitrant and toxic
nature. Two lab-scale units, one planted with Phragmites australis (CWP) and one unplanted (CWC), were
used to evaluate the removals of COD, BOD, total phenolic compounds (TPh) and decolourization over a
2.5-years monitoring period under Mediterranean climatic conditions. Seven organic and hydraulic
loading rates ranging from 2.6 to 11.5 g COD/m2/d and 5.7e9.1 L/m2/d were tested under average hydraulic
retention time (HRT) of 5 ± 1 days required due to the CWB limited biodegradability (i.e., BOD5/
COD of 0.19). Average removals of the CWP exceeded those of the CWC and reached 74.6%, 91.7% and
69.1% for COD, BOD5 and TPh, respectively, with respective mass removals rates up to 7.0, 1.7 and 0.5 (in
g/m2/d). Decolourization was limited to 35%, since it mainly depends on physical processes rather than
biodegradation. CBW concentration of nine phenolic compounds ranged from 1.2 to 38.4 mg/L (for the
syringic and ellagic acids, respectively) in the raw CBW, with respective removals in the CWP unit
ranging from 41.8 to 76.3%, higher than those in the control unit. Despite CBWhigh concentration of TPhs
(average of 116.3 mg/L), the HSFCW reached organic load removals higher than those of conventional
biological treatment methods.info:eu-repo/semantics/publishedVersio
Nucleic acid based nanosystem for Human Papillomavirus related lesions
No full textHuman Papillomaviruses (HPVs) are among the most common sexually transmitted infectious agents. The infectious virus particles (virions) invade and replicate in dividing cells, hijack their host cellular process, and new virions are released in terminally differentiated cells, in the uppermost layers of the epithelium. The immune system usually clears the virus, but on some occasions the infection remains and can induce proliferation alterations, leading to the development of warts. Although, high-risk HPVs, namely HPV16 and HPV18, can also cause malignant transformations, being considered etiological agents of cervical or head and neck cancers.
Currently, there are HPV screening and vaccination programs that contributed for a reduction in the infections prevalence by up to 85% for the genotypes covered by the vaccines, and a 50% reduction in the number of high grade lesions related to this virus, particularly in countries with high vaccination rates (≥50%). Although, they are still limited in some countries, as well as in men, which together with the prophylactic nature contribute for HPV remaining a worldwide health issue. Adding to this, the available therapeutic approaches have limited efficacy and cause several side effects, with a great impact on patients’ quality of life. Therefore, there is still investigation for the development of new treatment options for HPV-related cancers.
In the pursuit of new therapeutic options, nanoparticles are being proposed as efficient delivery method. Many of them take advantage of passive targeting, which facilitates nanoparticles deposition in tumor cells, owing to some characteristics of the tumor milieu, such as the enhanced permeability of the vasculature. Although, this permeability varies between individuals, and internalization by other organs can occur, reducing the therapeutic efficacy and inducing nonspecific effects. Thus, targeting strategies are being employed to enhance the nanoparticles selectivity towards cancer cells, reducing potential off-target effects. To achieve this, biorecognition molecules are attached to the nanoparticles surface. For instance, nucleic acids can be used, such as the internalizing RNA previously developed by Magalhães et al., 2012, that shown promising results as a strategy for the development and enhancement of novel RNA-based transfection methods. On the other hand, DNA aptamers are also a promising approach due to their high selectivity towards a specific target that can be a protein or a whole cell. Particularly, G-quadruplex aptamers are emerging, due to their increased stability and higher negative charge density comparingly to duplex DNA, favoring the interactions with cationic proteins. The most well-known and used example is AS1411 with nucleolin as target, a protein that is overexpressed in cancer cells surface. To achieve better structural or antiproliferative results, derivatives of AS1411 were more recently proposed.
Thus, in this thesis, new nanotherapeutic approaches for HPV-related cancers were investigated and functionalization with different targeting moieties (AS1411 and derivatives or an internalizing RNA) was tested. The nanosystems were developed for a more selective delivery of different small molecules, including the drugs imiquimod or dexamethasone and the potential therapeutic molecule C8 (10-(8-(4-iodobenzamide) octyl)-3,6-bis (dimethylamine) acridinium iodide).
Firstly, the targeting capacity of AS1411 derivatives (namely AT11, AT11-Bo and AT11-L0) was investigated and these sequences were used for a more selective delivery of Zn(II) phthalocyanine (ZnPc) derivatives. The supramolecular aggregates composed by the aptamers and ZnPc derivatives were more cytotoxic in HPV cancer cells (HeLa cells), relatively to the non-malignant NHDF cells (<40% versus ~80%). These findings support the development of new strategies using these sequences for an improved anticancer effect of the therapeutic molecules.
Then, different nanosystems were tested in HPV-integrated cervical, namely HeLa (HPV18+), CaSki (HPV16+ and HPV18+) and SiHa (HPV16+), or head and neck UPCI-SCC-154 (HPV16+) cancer cell lines and, in the final part of the work, in HPV16 transgenic mice. At first, gold nanoparticles functionalized with AS1411, with a known improved cancer cells uptake, were tested as a potential drug delivery system of imiquimod or C8. The obtained drug delivery systems were produced, characterized, evaluated and incorporated in a gel formulation, prepared based on the universal placebo formulation. As proposed, the AS1411-functionalized gold nanoparticles were indeed capable of improving the selectivity (decreasing the therapeutic molecules cytotoxicity in the non-malignant cells, NHDF cells; cell viabilities >60%) and to potentiate their anticancer effect, especially in HeLa cells (cell viabilities <30%). Additionally, when in a formulation, the C8 ligand was able to permeate and be retained in ex vivo porcine vaginal tissues.
To achieve higher biocompatibility, the work was further moved to lipid nanoparticles, aiming to improve the potential clinical applicability of the produced drug delivery systems. First, liposomes produced by the thin film hydration method were obtained and functionalized with a promising internalizing RNA. The RNA was firstly biophysically characterized to analyze the effect of intermolecular interactions with C8 or dexamethasone, in which it was observed that these molecules do not induce alterations in its structure and thermal stability. Then, the produced liposomes were also characterized and biologically evaluated. Overall, the liposomes improved the selectivity of the used therapeutic molecules towards the tongue cancer cell line, UPCI-SCC-154 (~13/37% versus >85%). Although, this production method resulted in low amounts of liposomal suspension (<1 mL of suspension at <1 mg/mL of lipids, per batch). For this reason, we changed to the ethanol injection method, which resulted in larger volumes of liposomal suspension (~10 mL of suspension at 3.56 mg/mL of lipids) and faster (from ~3 days to ~1 h up to the obtention of the functionalized liposomes), being more compatible with a bulk manufacturing process. Thus, liposomes were produced and functionalized by a post-insertion method with AT11 and were used to deliver imiquimod or C8. The obtained liposomes shown to be cancer-selective and with an effective anticancer effect in the UPCI-SCC-154 cell line, reducing the viability, proliferation, migration, invasion and inducing cancer cells death. The AT11-functionalized liposomes with C8 were then incorporated in gel formulations, prepared based on the universal placebo, with or without essential oils (Thymus vulgaris or Origanum vulgare). The formulations presented suitable features for application (including high viscosities, 968-1318 mPa.s, and osmolality <1200 mOsmol/kg), the essential oils potentiate the anticancer effect in cervical cancer cell lines (HeLa, SiHa and CaSki) and after application in healthy or HPV16 transgenic mice, it was confirmed that the produced formulation was safe and with potential therapeutic effect in HPV-associated lesions.
Overall, different nanotherapeutic strategies were proposed to enhance drug delivery towards HPV-related cervical and head and neck cancers, which highlight the great potential of nanomedicine in cancer treatment. While there is still considerable progress to be made, this work provides valuable insights into potential new targeting moieties and therapeutic molecules.Os vírus do papiloma humano (VPHs) estão entre os agentes infeciosos mais comumente transmitidos por via sexual. As partículas virais infeciosas (designadas por viriões) invadem, replicam e sequestram células na fase inicial da proliferação celular e novos viriões são libertados pelas células na fase final da diferenciação celular, em camadas epiteliais mais superficiais. O sistema imunológico geralmente elimina o vírus, mas, em algumas situações, a infeção permanece e pode induzir alterações na proliferação celular, levando ao desenvolvimento de verrugas. No entanto, os VPHs de alto risco, nomeadamente do tipo 16 e 18, podem induzir transformações malignas, sendo até considerados agentes etiológicos dos cancros do colo do útero, da cabeça e do pescoço.
Atualmente, existem programas de rastreio e vacinação contra os VPHs que contribuíram para uma redução de até 85% na prevalência de infeções pelos genótipos presentes nas vacinas e de até 50% na incidência de lesões de alto grau resultantes da infeção por estes vírus, nomeadamente em países com elevadas taxas de vacinação (≥50%). No entanto, a sua implementação em alguns países, bem como a adesão da população masculina continua a ser reduzida, o que, juntamente com a natureza profilática das vacinas, contribui para que a infeção persistente por VPHs continue a ser um grave problema de saúde pública. Para além disso, as abordagens terapêuticas disponíveis têm eficácia limitada e vários efeitos secundários associados, causando um impacto significativo na qualidade de vida dos doentes. Desta forma, continua a ser fundamental a investigação para o desenvolvimento de novas opções de tratamento para os cancros resultantes da infeção persistente por VPHs.
Na tentativa de aumentar as abordagens terapêuticas existentes para estes cancros, novas estratégias baseadas em nanopartículas estão a ser desenvolvidas e estudadas para uma entrega mais eficaz de fármacos/ligandos. Devido a características presentes no microambiente tumoral, nomeadamente a permeabilidade aumentada da vasculatura, algumas nanopartículas são internalizadas de forma passiva e tendem a acumular-se nas células tumorais. Porém, a permeabilidade da vasculatura varia entre indivíduos e pode também ocorrer internalização não específica por outros órgãos, acabando por reduzir a eficácia terapêutica das nanopartículas e induzir toxicidade inespecífica. Neste sentido, e de forma a ultrapassar estas limitações, estratégias de direcionamento têm sido investigadas como uma alternativa para promover uma entrega ativa e seletiva das nanopartículas para as células cancerígenas, minimizando possíveis efeitos adversos. O direcionamento ativo é alcançado pela funcionalização da superfície das nanopartículas com moléculas capazes de reconhecer células ou proteínas de interesse. Neste contexto, podem ser usados ácidos nucleicos, como por exemplo o ARN previamente descrito por Magalhães et al., 2012, que apresentou resultados promissores para o desenvolvimento e otimização de novos métodos de transfeção. Alternativamente, aptameros de ADN são uma abordagem promissora devido à sua elevada seletividade para um alvo específico, que pode consistir numa proteína ou célula. Em particular, os aptameros de G-quadruplex têm maior estabilidade e densidade de carga negativa comparativamente com o ADN de dupla hélice, favorecendo interações com proteínas catiónicas. O exemplo mais conhecido e usado é o AS1411 que tem como alvo a nucleolina, uma proteína que se encontra sobreexpressa à superfície de células cancerígenas. Mais recentemente, com o objetivo de melhorar os seus resultados estruturais e antiproliferativos, vários derivados de AS1411 foram propostos.
Nesta tese foram investigadas potenciais novas abordagens nanoterapêuticas para os cancros do colo do útero ou da cabeça e do pescoço associados a VPHs (nomeadamente ao VPH16 ou 18) e foi testada a sua funcionalização com três ácidos nucleicos (AS1411, AT11 ou um ARN), com o objetivo de direcionar as nanopartículas para as células cancerígenas. Os nanossistemas foram desenvolvidos para entregar moléculas terapêuticas, incluindo os fármacos imiquimod ou dexametasona, e o ligando C8 (iodeto de 10-(8-(4-iodobenzamida) octil) -3,6-bis (dimetilamina) acridínio).
Numa primeira fase, foi investigada a capacidade de direcionamento dos derivados do AS1411 (nomeadamente o AT11, AT11-B0 e AT11-L0) para uma entrega mais seletiva de derivados de ftalocianina de Zn(II) (ZnPc). Os agregados supramoleculares resultantes foram mais citotóxicos nas células cancerígenas do colo do útero (HeLa) comparativamente à linha celular não maligna (NHDF; <40% versus ~80%). Estes resultados suportam o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas com base nestas sequências de ADN para um efeito anticancerígeno mais seletivo.
De seguida, diferentes nanossistemas foram testados em linhas celulares do cancro do colo do útero, nomeadamente nas células HeLa (VPH18+), CaSki (VPH16+ e VPH18+) e SiHa (VPH16+) ou da cabeça e do pescoço, mais concretamente as células UPCI-SCC-154 (VPH16+) e, na fase final do trabalho, em murganhos transgénicos para VPH16. Inicialmente, nanopartículas de ouro funcionalizadas com AS1411, capazes de acumular seletivamente em células cancerígenas, foram testadas como potenciais sistema de entrega de imiquimod ou C8. Estas foram preparadas, caracterizadas, avaliadas e incorporadas numa formulação em gel, preparada com base no placebo universal. As nanopartículas de ouro funcionalizadas com AS1411 melhoraram a seletividade (diminuindo a citotoxicidade das moléculas terapêuticas nas células não malignas; viabilidades celulares >60%) e potenciaram o efeito anticancerígeno do imiquimod nas células cancerígenas, especialmente nas HeLa (viabilidades celulares <30%). Adicionalmente, o C8 em formulação foi capaz de permear e ficar retido em tecidos epiteliais ex vivo excisados a partir de vaginas suínas.
O trabalho foi posteriormente direcionado para a produção de nanopartículas lipídicas, devido à sua maior biocompatibilidade, com o objetivo de melhorar a potencial aplicabilidade clínica dos sistemas de entrega. Primeiramente, os lipossomas preparados pelo método de hidratação de camada fina foram funcionalizados com um ARN. Este ARN foi inicialmente caracterizado por técnicas biofísicas para avaliar estrutura e interações com o C8 ou a dexametasona, onde se verificou que estas moléculas não induziam alterações na sua estrutura e estabilidade térmica. Seguidamente, os lipossomas produzidos foram caracterizados e avaliados biologicamente. De forma geral, estes melhoraram a seletividade das moléculas terapêuticas para a linha cancerígena da língua UPCI-SCC-154 (~13/37% versus >85%). No entanto, este método de produção resultou em baixos rendimentos de suspensão lipossomal (<1 mL da suspensão com lípidos a <1 mg/mL). Por este motivo, o método foi alterado para o de injeção etanólica, que permitiu a obtenção de maiores quantidades de suspensão de lipossomas (~10 mL de suspensão com lípidos a 3,56 mg/mL) e de forma mais rápida (passando de ~3 dias para ~1 hora até à obtenção do lipossoma funcionalizado com a molécula de direcionamento), sendo mais compatível com um processo de produção em larga escala. Os lipossomas produzidos por injeção etanólica foram funcionalizados pelo método de pós-inserção com AT11 e usados para entregar imiquimod ou C8. Estes mostraram ser seletivos na linha celular UPCI-SCC-154, reduzindo a viabilidade, proliferação, migração, invasão e induzindo a sua morte. Os lipossomas funcionalizados com o AT11 e com o C8 associado foram posteriormente incorporados numa formulação em gel, preparada com base no placebo universal e com ou sem óleos essenciais obtidos de Thymus vulgaris ou Origanum vulgare. As formulações mostraram características adequadas (nomeadamente altas viscosidades, 968-1318 mPa.s, e osmolalidades <1200 mOsmol/kg) para aplicação tópica, os óleos essenciais potenciaram o efeito anticancerígeno em linhas do cancro do colo do útero (HeLa, SiHa e CaSki) e, após aplicação em murganhos saudáveis ou transgénicos para o VPH16, confirmou-se que a formulação produzida, com óleo essencial obtido de Thymus vulgaris e com a incorporação de lipossomas com C8 associado e funcionalizados com AT11, foi segura e com potencial efeito terapêutico em lesões resultantes do VPH16. Em suma, diferentes nanossistemas foram propostos para melhorar a entrega de moléculas terapêuticas aos cancros do colo do útero e da cabeça e do pescoço com VPHs integrados, o que realça o potencial da nanomedicina no tratamento do cancro. Embora seja necessária mais investigação, até uma possível aplicação em doentes, este trabalho fornece informações sobre potenciais novas estratégias de direcionamento e moléculas terapêuticas
Análise de Soluções e Processos de Segurança de Informação em Contexto Institucional no Ensino Superior
Get PDFA cibersegurança é um campo cada vez mais emergente no nosso mundo interligado. Com o
crescimento exponencial do volume de informações pessoais e profissionais a circular pelas
redes digitais, a segurança e a proteção de dados tornam-se cruciais para garantir a privacidade, a integridade e a disponibilidade desses dados.
Neste contexto, a proteção contra acessos não autorizados, o combate a ataques cibernéticos e a prevenção de perdas de informação são desafios constantes que requerem soluções
sofisticadas e atualizadas. A cibersegurança envolve uma série de práticas e tecnologias desenhadas para salvaguardar sistemas, redes e programas de ciberataques que visam explorar
falhas e vulnerabilidades para fins maliciosos. Assim, a segurança de dados não é apenas
uma preocupação para quaisquer organizações ou instituições, mas também para o cidadão
comum, que se vê ameaçado por riscos como o roubo de identidade, fraude e a invasão da
sua privacidade online.
O presente estágio foi desenvolvido nos Serviços de Informática da Universidade da Beira
Interior (SI.UBI), tendo como objetivo a análise de soluções e processos de segurança da
informação em contexto institucional no ensino superior. Desta forma, é feito um enquadramento teórico-prático das várias soluções existentes ao nível da cifragem de bases de dados,
ferramentas e desafios relativos à realização de auditorias de segurança, elaboração e definição de um plano de segurança da informação e para a elaboração de uma política de controlo
de acessos para documentos internos à instituição.
Na sua essência, este trabalho permitiu definir um conjunto de medidas e procedimentos
no campo da cibersegurança, conformidade, proteção e segurança de dados numa instituição de ensino superior público. Nomeadamente, demonstrou a viabilidade da utilização do
Transparent Data Encryption, um mecanismo presente no Microsoft SQL Server para a cifragem de bases de dados, com um impacto mínimo no desempenho do Sistema de Gestão de
Bases de Dados. A auditoria de segurança elaborada revelou diversas vulnerabilidades, cujo
impacto pode ser severo, sendo necessário implementar ações de melhoria com a máxima
brevidade. Por outro lado, a criação de um plano de segurança da informação e a elaboração
de uma política de controlo de acessos aos documentos internos da Universidade da Beira
Interior, apresentam as bases para uma possível implementação de um sistema de gestão
documental e o comprometimento contínuo para assegurar a segurança da informação na
instituição.Cybersecurity is an increasingly emerging field in our interconnected world. With the exponential growth in the volume of personal and professional information circulating through
digital networks, data security and protection are becoming crucial to guaranteeing the privacy, integrity, and availability of this data.
In this context, protection against unauthorized access, combating cyber attacks, and preventing information loss are constant challenges that require sophisticated and up-to-date
solutions. Cybersecurity involves a series of practices and technologies designed to safeguard
systems, networks, and programs from cyberattacks aimed at exploiting flaws and vulnerabilities for malicious purposes. Thus, data security is not only a concern for any organizations
or institutions, but also for the ordinary citizen, who is threatened by risks such as identity
theft, fraud, and the invasion of their online privacy.
The internship described in this report was developed at the Serviços de Informática da
Universidade da Beira Interior, with the aim of analyzing information security solutions
and processes in an institutional context in higher education. In this way, the various solutions in terms of database encryption, tools and challenges related to conducting security
audits, preparing and defining an information security plan, and for the development of an
access control policy for internal documents of the institution, are studied in a theoretical
and practical way.
In essence, this work has enabled the definition of a set of measures and procedures in the
field of cybersecurity, compliance, protection, and data security in a public higher education
institution. Namely, it demonstrated the feasibility of using Transparent Data Encryption, a
mechanism present in Microsoft SQL Server for the encryption of databases, with a minimal
impact on the performance of the Database Management System. The security audit carried
out revealed several vulnerabilities, the impact of which could be severe, requiring the implementation of improvement actions as soon as possible. On the other hand, the creation of an
information security plan and the development of an access control policy for internal documents of the Universidade da Beira Interior, provide the basis for a possible implementation
of a document management system and the continuous commitment to ensure information
security in the institution
Thyroid modulating activity of UV-B filter octylmethoxycinnamate on vascular system
No full textEvery day, an extensive and varied range of emerging contaminants encounter
humans. Exposure to these endocrine-disrupting chemicals (EDCs) is not without risks
and has even been associated with adverse effects on multiple human systems, including
the cardiovascular system. Due to the fundamental role of thyroid hormones (TH) in
vascular homeostasis, EDCs capable of disturbing thyroid homeostasis (thyroid disruptive
chemicals, TDCs) may increase the risk of cardiovascular disease (CVD). However, the
mechanisms underlying thyroid disruption associated with the progression or
development of CVD are not fully understood. Endocrine disruption is one of the biggest
concerns and, therefore, one of the most extensive research forces. Endocrine disruption
comprises a diverse set of target organs, processes, and modes of action (MoA), with
multiple interactions and complex actions. Periods of development, such as pregnancy, are
susceptible to endocrine disruption and constitute a priority area of research.
Pregnant women often use various personal care products containing UV filters.
The UV-B filters are designed to protect humans against the biological effects of UV
radiation. However, their use has been questioned, and some concerns of toxicity to
human health have emerged, demonstrating an EDC role for some UV filters.
Octylmethoxycinnamate (OMC) is one of the most used UV-B filters worldwide.
However, the OMC is also an EDC that affects human health and the environment, and its
use remains under intense controversy. The scientific community has given special
importance to the environmental and severe effects on coral reefs and aquatic species,
which led to OMC being withdrawn from the market in different countries since 2018. On
the contrary, the endocrine-disrupting effects in humans have been neglected despite in
vitro studies having proven effects at the estrogenic level and non-consensual effects
concerning (anti)thyroid and (anti)androgenic activities. Based on the above, it is
worrying that the effects of a UV filter widely used worldwide are practically unknown on
human health.
Within the scope of my MSc dissertation, we demonstrated that OMC acts as a
rapid vasodilator of the human umbilical artery (HUA). Although this vasorelaxation has a
short-term beneficial effect on the vascular system, also observed with other EDCs, in the
long term, all EDCs studied impaired the main vasorelaxation mechanisms of HUA
through different MoA. In the case of OMC, only one study evaluated its short-term effects on human vasculature, and the effects of its long-term exposure on human health were not
known until this research.
Therefore, the main objective of this doctoral thesis was to understand whether
exposure to the OMC UV filter impairs human vascular function in the presence of thyroid
disorders. We hypothesize that exposure to OMC has adverse effects on the human
vasculature, altering the expression of different receptors involved in thyroid functions. To
achieve our objective and answer our research hypothesis, various in silico (molecular
docking), ex vivo, in vitro (HUA and human umbilical artery smooth muscle cells,
HUASMC), and in vivo (zebrafish) approaches were outlined.
The first research work analysed the effects of long-term exposure to OMC on HUA
vascular homeostasis. Potential changes in the vascular responses of proteins and
channels involved in contractile processes were the focus of the research. The effects of 24-
hour exposure to OMC (1, 10, and 50 μmol/L) were evaluated on HUA contractile
responses to serotonin (5-HT) and potassium chloride (KCl). The data showed that
exposure to OMC altered HUA vascular homeostasis; therefore, its MoA was explored in
more detail by studying the activity of cyclic guanosine 3’,5’–monophosphate (cGMP) and
Ca2+ channels (two pathways involved in its relaxation and contraction, respectively).
Prolonged exposure to OMC impaired the main vasorelaxant mechanism of HUA.
Interference in the nitric oxide (NO)/soluble guanyl cyclase (sGC)/cGMP/protein kinase G
(PKG) signaling pathway and modulation of L-Type voltage-operated Ca2+ channels,
BKCa1.1 potassium channels (α subunit), and PKG were the MoA implicated in the
decrease in the contractile response. This work demonstrated that OMC could
compromise vascular homeostasis in pregnant women and may have a role in the
induction of hypertensive diseases of pregnancy.
The HUA is regulated mainly by local mediators (5-HT and histamine, His).
Membrane receptors, such as G protein-coupled receptors, GPCR induce the effects of
these mediators which, when altered, compromises maternal-foetal health. Elevated levels
of 5-HT and His increased HUA reactivity/sensitivity to these vasoactive agents,
increasing vascular resistance and inducing preeclampsia (PE) and gestational
hypertension. On the other hand, it has been demonstrated that EDCs can activate
membrane receptors and alter signal transduction. Based on the above and considering
the results obtained in the first study, our second research work deepened knowledge
about the effects of prolonged exposure to OMC on vascular homeostasis, evaluating the
modulation of receptors involved in the contractile processes of HUA. In this work, the
research focused on the activity and expression of different 5-HT and His receptors. Thus, the effects of 24-hour exposure to OMC (1, 10 and 50 μmol/L) were evaluated on the
contractile responses of HUA to 5-HT and His, using different specific agonists and
antagonists, namely 5-HT2A receptor agonist (AMHT), 5-HT7 receptor agonist (AS19), 5-
HT1B/1D receptor agonist (L69), H1 receptor agonist (BHI), H2 receptor agonist (dimaprit)
and H2 receptor antagonist (cimetidine). Our results demonstrated that exposure to OMC
increased HUA reactivity to the vasoactive agents under study. Consequently, and in line
with previous research, our results denote a potential role for OMC in the development of
hypertensive diseases of pregnancy, such as PE or gestational hypertension.
In the third research work, the effects of short- and long-term exposure to OMC
were evaluated on the vasculature of pregnant women with hypothyroidism. Although it
has been suggested that OMC is a TDC due to its action on thyroid hormone receptor (TR),
its disruptive effects on thyroid pathologies during pregnancy have never been evaluated.
Therefore, in this study, we assessed the disruptive vascular effects of OMC in
hypothyroidism conditions. Computational simulations using molecular docking allowed
the correlation of vascular changes with the action of OMC on TRα. Our results indicated
that OMC alters the contractility patterns of HUA contracted with 5-HT, His, and KCl,
possibly due to interference with 5-HT and His receptors and/or involvement of Ca2+
channels (as shown in two previous investigations, in the absence of thyroid pathologies).
Molecular docking analysis confirmed OMC competition with the endogenous hormone
T3 for binding to the active centre of TRα, supporting the observed vascular changes.
Taken together, our data demonstrate that exposure to OMC alters the vascular reactivity
of pregnant women with thyroid pathologies and, thus, may be related to an increased risk
and development of cardiovascular diseases.
In the fourth research work, developing zebrafish embryos were used as a model to
study the effects of OMC exposure in conditions of thyroid pathologies. This work aimed
to unravel whether and how the response to OMC exposure is altered by developmental
hypothyroidism and hyperthyroidism simulated conditions in zebrafish developing
embryos and impair their normal development. For this purpose, developmental
hypothyroidism and hyperthyroidism were induced through exogenous exposure to PTU
(propylthiouracil, an anti-thyroid drug) or T3 (triiodothyronine endogenous hormone),
respectively. Then, embryos were exposed during 120h to OMC isolated and in binary
mixture with PTU or T3. In hypo- or hyperthyroidism developmental conditions, exposure
to OMC impaired the embryonic development of zebrafish through the induction of
several malformations. Pericardial and yolk sac oedema, yolk sac delayed absorption, noninflation
of the swim bladder, notochord curvature, and lack of pigmentation were the
most prevalent malformations. Furthermore, exposure to OMC under these conditions impairs the behaviour of larvae. Altered transcription of genes related with the HPT axis
found proves the TDC action of the OMC. Our findings highlight a modified OMC
response in the presence of thyroid pathologies, with harmful effects in development
period more sensitive to endocrine disruption, which is in line with research work III.
Lastly, the fifth research work was based on the study of the molecular interactions
of the OMC in the HPT axis and their implications for humans and zebrafish. This in silico
research aimed to reveal the different modes of interaction of the OMC at different levels
of the HPT axis, comparing it to the PTU and T3. Our results demonstrated an action of
OMC at different levels on the HPT axis, with different actions depending on the target.
Molecular docking analysis revealed favourable binding to the corticotrophin-releasing
hormone (CRH) receptor and the TH transporter protein, transthyretin (TTR).
Furthermore, competition with T3 (inverse agonist activity) was observed for TRα and
TRβ. Overall, the action of OMC appears to lead to a decrease in TH, which may promote
hypothyroidism. This investigation proves that the OMC acts as a TDC and offers new
insights about its disruptive action on the HPT axis, capable of supporting previous
investigations.
In summary, this doctoral thesis analysed the effects of prolonged exposure to
OMC on human vasculature for the first time. Our mechanistic and integrative in silico, ex
vivo, in vitro and in vivo approaches demonstrate that OMC impairs vascular homeostasis
in pregnant women with and without thyroid pathologies, acting through different
molecular initiating events (MIEs) and key events (Kes). Consequently, exposure to OMC
can induce the development of cardiovascular diseases. Complementation with in vivo
studies made it possible to prove the action of OMC on the HPT axis since the response to
OMC was altered in the presence of both thyroid pathologies. In silico studies compared
its thyroid modulatory activity to that of the endogenous hormone T3 and the antithyroid
drug PTU, which revealed interference at different levels in the HPT axis. Considering the
agonist and antagonist actions as an endocrine disruptor, we conclude that prolonged
exposure to OMC triggers pathophysiological mechanisms capable of inducing vascular
changes with implications for human thyroid health.Diariamente, uma extensa e variada gama de contaminantes emergentes entra em
contacto com os seres humanos. A exposição a estes compostos disruptores endócrinos
(EDCs) não é isenta de riscos, e inclusivamente, tem sido associada a efeitos adversos em
múltiplos sistemas humanos, incluindo o sistema cardíaco e vascular. Devido ao papel
fundamental das hormonas da tiroide (TH) na homeostase vascular, os EDCs capazes de
perturbar a homeostase tiroideia (compostos disruptivos tiroideus, TDCs) podem
aumentar o risco de doenças cardiovasculares (CVD). No entanto, os mecanismos
subjacentes à disrupção tiroideia associada à progressão ou desenvolvimento de CVD não
são totalmente compreendidos. Atualmente, a disrupção endócrina é uma das maiores
preocupações, e por isso, uma das maiores forças de investigação. A dirupção endócrina
compreende um conjunto diversificado de órgãos-alvo, processos e modos de ação (MoA),
com múltiplas interações e ações complexas. Períodos do desenvolvimento, como é o caso
da gravidez, são particularmente sensíveis à disrupção endócrina e constituem uma área
prioritária de investigação.
Frequentemente, as mulheres grávidas usam uma variedade de produtos de
cuidados pessoal contendo filtros UV. Os filtros UV-B estão desenhados para proteger os
seres humanos contra os efeitos biológicos da radiação UV. No entanto, a sua utilização
tem vindo a ser questionada, e algumas preocupações de toxicidade para a saúde humana
têm surgido, demonstrando um papel de EDC para alguns dos filtros UV.
O octilmetoxicinamato (OMC) é um dos filtros UV-B mais utilizados a nível
mundial. No entanto, o OMC é também um EDC com efeitos para a saúde humana e meio
ambiente, e cuja utilização permanece sob intensa controvérsia. A comunidade científica
tem dado especial importância aos efeitos ambientais, demonstrando que o OMC causa
efeitos graves sobre os recifes de coral e as espécies aquáticas, razão pela qual tem sido
retirado do mercado em diferentes países desde 2018. Pelo contrário, os efeitos de
disrupção endócrina em humanos têm sido negligenciados, apesar de estudos in vitro
terem comprovado efeitos a nível estrogénico, e efeitos não consensuais em relação às
atividades (anti)tiroideia e (anti)androgénica. Pelo exposto, é preocupante que os efeitos
de um filtro UV amplamente usado a nível mundial, sejam praticamente desconhecidos
para a saúde humana.
No âmbito da minha dissertação de mestrado, nós demonstrámos que o OMC atua
como um vasodilatador rápido da artéria umbilical humana (HUA). Embora este vasorelaxamento seja um efeito benéfico a curto prazo no sistema vascular, também
observado com outros EDCs, a longo prazo todos os EDCs estudados comprometeram os
principais mecanismos de vasorelaxação da HUA através de diferentes MoA. No caso do
OMC, apenas um estudo avaliou os seus efeitos a curto-prazo sobre a vasculatura humana,
não sendo conhecidos os efeitos da sua exposição a longo prazo para a saúde humana, até
à realização da presente investigação.
Desta forma, o objetivo principal desta tese de doutoramento foi compreender se a
exposição ao filtro UV OMC compromete a função vascular humana na presença de
disfunções tiroideias. A nossa hipótese é que a exposição ao OMC tem efeitos adversos
sobre a vasculatura humana, alterando a expressão de diferentes recetores envolvidos nas
funções da tiroide. Para atingir o nosso objetivo e responder à nossa hipótese de
investigação, diferentes abordagens in silico (molecular docking), ex vivo, in vitro (HUA e
células musculares lisas da artéria umbilical humana, HUASMC) e in vivo (peixes-zebra)
foram delineadas.
No primeiro trabalho de investigação, os efeitos da exposição a longo-prazo ao
OMC foram analisados sobre a homeostasia vascular da HUA. As potenciais alterações nas
respostas vasculares de proteínas e canais envolvidos nos processos contrácteis foram o
foco da investigação. Os efeitos de 24 horas de exposição ao OMC (1, 10 e 50 μmol/L)
foram avaliados nas respostas contráteis da HUA à serotonina (5-HT) e ao cloreto de
potássio (KCl). Os dados evidenciaram que a exposição ao OMC alterou a homeostasia
vascular da HUA, pelo que o seu MoA foi explorado em maior detalhe, estudando a
atividade do monofosfato cíclico de guanosina (cGMP) e dos canais de Ca2+ (duas vias
envolvidas no seu relaxamento e contração, respetivamente). A exposição prolongada ao
OMC comprometeu o principal mecanismo vasorelaxante da HUA. Uma interferência na
via de sinalização do óxido nítrico (NO)/guanil ciclase solúvel (sGC)/cGMP/proteína
cinase G (PKG) e modulação dos canais de Ca2+ do tipo L, canais de potássio BKCa1.1
(subunidade α) e PKG foram os MoA implicados na diminuição da resposta contráctil.
Este trabalho demonstrou que o OMC consegue comprometer a homeostasia vascular de
mulheres grávidas e pode ter um papel na indução de doenças hipertensivas da gravidez.
A HUA é regulada principalmente por mediadores locais (5-HT e a histamina, His).
Os efeitos destes mediadores são induzidos por recetores de membrana, como os recetores
acoplados à proteína G (GPCR) que, quando alterados, comprometem a saúde
maternofetal. Níveis elevados de 5-HT e His aumentam a reatividade/sensibilidade da
HUA a estes agentes vasoativos, aumentado a resistência vascular e induzindo préeclâmpsia
(PE) e hipertensão gestacional. Por outro lado, está demonstrado que os EDCs são capazes de ativar recetores de membrana e alterar a transdução de sinal. Pelo exposto,
e tendo em conta os resultados obtidos no primeiro estudo, o nosso segundo trabalho de
investigação aprofundou o conhecimento sobre os efeitos da exposição prolongada ao
OMC na homeostasia vascular, avaliando a modulação de recetores envolvidos nos
processos contráteis da HUA. Neste trabalho, o foco da investigação foram a atividade e a
expressão de diferentes recetores de 5-HT e His. Assim, os efeitos da exposição a 24 horas
ao OMC (1, 10 e 50 μmol/L) foram avaliados nas respostas contráteis da HUA à 5-HT e
His, usando diferentes agonistas e antagonistas específicos, nomeadamente, agonista dos
recetores 5-HT2A (AMHT), agonista dos recetores 5-HT7 (AS19), agonista dos recetores 5-
HT1B/1D (L69), agonista dos recetores H1 (BHI), agonista dos recetores H2 (dimaprito) e
antagonista dos recetores H2 (cimetidina). Os nossos resultados demonstraram que a
exposição ao OMC aumentou a reatividade da HUA aos agentes vasoativos em estudo.
Consequentemente, e em linha com a investigação anterior, os nossos resultados denotam
um papel potencial do OMC no desenvolvimento de doenças hipertensivas da gravidez,
como a PE ou hipertensão gestacional.
No terceiro trabalho de investigação, os efeitos da exposição a curto e a longo prazo
ao OMC foram avaliados sobre a vasculatura de mulheres grávidas portadoras de
hipotiroidismo. Apesar de ter sido sugerido que o OMC é um TDC devido à sua ação sobre
os recetores de hormonas de tiroide (TR), os seus efeitos diruptivos sobre patologias
tiroideias durante a gravidez nunca tinham sido avaliados. Assim, neste estudo, avaliámos
os efeitos vasculares diruptivos do OMC em condições de hipotiroidismo. Simulações
computacionais por docking molecular permitiram correlacionar as alterações vasculares
com a ação do OMC sobre os TRα. Os nossos resultados indicaram que o OMC altera os
padrões de contratilidade das HUA contraídas com 5-HT, His e KCl, possivelmente devido
a uma interferência com os recetores de 5-HT e His e/ou um envolvimento dos canais de
Ca2+ (conforme demonstrado nas duas investigações anteriores, na ausência de patologias
tiroideias). A análise de docking molecular confirmou uma competição do OMC com a
hormona endógena T3 pela ligação ao centro ativo do TRα, apoiando as alterações
vasculares observadas. Em conjunto, os nossos dados demonstram que a exposição ao
OMC altera a reatividade vascular de mulheres grávidas portadoras de patologias
tiroideias, e desta forma, pode se relacionar com o aumento do risco e desenvolvimento de
CVD.
No quarto trabalho de investigação, embriões de peixe-zebra em desenvolvimento
foram usados como modelo para estudar os efeitos da exposição ao OMC em condições de
patologias tiroideias. Este trabalho teve como objetivo desvendar se e como a resposta à
exposição ao OMC é alterada pelas condições de hipo- e hipertiroidismo de embriões de peixe-zebra em desenvolvimento e se compromete o seu desenvolvimento normal. Neste
sentido, hipo- e hipertiroidismo foram induzidos através da exposição exógena à PTU
(propiltiouracil, um fármaco anti-tiroideu) ou à T3 (triiodotironina, hormona endógena),
respetivamente. De seguida, os embriões foram expostos durante 120 horas ao OMC
isolado e em mistura binária com a PTU e a T3. Em condições de desenvolvimento de
hipo- ou hipertiroidismo, a exposição ao OMC comprometeu o desenvolvimento
embrionário do peixe-zebra através da indução de diversas malformações. Os edemas
pericárdico e do saco vitelino, o retardamento da absorção do saco vitelino, a não
insuflação da bexiga natatória, a curvatura da notocorda, e a falta de pigmentação foram
as malformações mais prevalentes. Além disso, a exposição ao OMC nestas condições
compromete o comportamento das larvas. A transcrição alterada de genes relacionados
com o eixo hipotálamo-pituitária-tiroide (HPT) encontrada comprova a ação de TDC do
OMC. Os nossos resultados sugerem que a resposta ao OMC é modificada na presença de
patologias da tiroide, demonstrando efeitos num período do desenvolvimento mais
sensível à desregulação endócrina, concordando com os resultados obtidos no trabalho de
investigação III.
Por fim, o quinto trabalho de investigação baseou-se no estudo das interações
moleculares do OMC no eixo HPT e nas suas implicações para os seres humanos e para os
peixes-zebra. Esta investigação, in silico, teve como objetivo desvendar os diversos modos
de interação do OMC a diferentes níveis do eixo HPT, comparando-o ao da PTU e da T3.
Os nossos resultados demonstraram uma ação do OMC a diferentes níveis no eixo HPT,
com diferentes ações dependendo do alvo. A análise de docking molecular revelou ligações
favoráveis ao recetor da hormona libertadora de corticotrofina (CRH) e à proteína
transportadora das TH, a transtirretina (TTR). Além disso, foi observada uma competição
com a T3 (atividade agonista inverso) para os TRα e TRβ. No geral, a ação do OMC parece
levar a uma diminuição das TH, o que pode promover hipotiroidismo. Esta investigação
comprova que o OMC atua como um TDC e oferece novas descobertas sobre a sua ação
disruptiva no eixo HPT, capaz de apoiar as investigações anteriores.
Em suma, esta tese de doutoramento analisou pela primeira vez os efeitos da
exposição prolongada ao OMC na vasculatura humana. Através da nossa abordagem
mecanística e integrativa in silico, ex vivo, in vitro e in vivo, demonstrámos que o