University of Beira Interior
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Manufacturing and characterisation of a piezoresistive strain sensor based on the rGO@PDMS composite for skin and prosthetic support systems
No full textDue to the ever-increasing amount of the population focusing on their personal health,
thanks to rising living standards, nowadays we are facing the need to improve personal
healthcare devices, which mostly depend on laborious, time-consuming, and convoluted
procedures, relying heavily on cumbersome equipment. Thus, patients repeatedly suffer from
discomfort and pain caused by invasive methods related to sample-gathering, blood sampling
and other traditional bench-top techniques. With this in mind, the solution lies in the
development of new flexible sensors with temperature, humidity, strain, pressure and sweat
detection and monitoring capabilities, mimicking some of the skin’s sensory capabilities.
Therefore, the aim of this dissertation was manufacturing, characterizing, and testing
possible applications of a piezoresistive strain sensor based on a polydimethylsiloxane (PDMS)
composite nano reinforced with reduced graphene oxide (rGO), with the physical and
electromechanical characteristics required for the effective detection of joint movement and
breathing pattern monitoring. The samples were prepared via elements of solution casting and
solvent casting, followed by characterization of the piezoresistive effect of the material, its
mechanical properties (3-point bending and tensile), morphological (SEM), structural (FTIR),
and thermal (TGA) properties, along with performance testing in volunteer’s body parts.
Regarding results, it was possible to observe the influence of the used PDMS’ elastomercrosslinker ratio, cure temperature and time, chosen dispersant and rGO content in the final
performance of the sensor, with the possibility to tune certain characteristics to be better
adjusted to specific applications. Moreover, in cyclic piezoresistive tests, the obtained average
gauge factors, a measure of the sensor’s sensitivity, ranged from 7.49-14.85 for 3 wt.%, 9.84-
30.8 for 4 wt.%, and 0.56-9.16 for 5 wt.% rGO, establishing these samples as effective
piezoresistive sensors for bioengineering applications.
Furthermore, it was also concluded that, for this kind of application, the indicated
elastomer-crosslinker is 15:1, cured at 120ºC for 20 minutes, with isopropyl alcohol as the
dispersant and a rGO content between 3-5 wt.%, depending on the necessities of the application.
The composites with a rGO content between 3% and 5% exhibited good mechanical linearity (R2
= 0.995, 0.999, 0.996) and satisfactory piezoresistive performance, at the 1.54-2.87% strain
range, stability in the 100 cycle 3-point bending tests, the tensile strength varied from 1.05 MPa
to 3.084 MPa, the degradation temperature ranged from 380 ºC to 410 ºC, as well as
composites reversibly losing their electrical component before the structure integrity is lost,
when tensile tested, and the ability to detect and monitor joint movement and breathing
patterns.A crescente preocupação com os cuidados de saúde pessoais tornou necessária a
melhoria dos dispositivos de saúde pessoais, cujo funcionamento se baseia principalmente à
volta de procedimentos complexos e trabalhosos que dependem de equipamentos volumosos e
pesados. Assim, os pacientes sofrem de constante desconforto e dor causados por métodos
invasivos relacionados como a recolha de amostras e a colheita de sangue, bem como outras
técnicas tradicionais. A solução passa pelo desenvolvimento de novos sensores flexíveis capazes
de detetar e monitorizar temperatura, humidade, deformação, pressão e suor.
Assim, o objetivo desta dissertação foi fabricar, caracterizar e testar possíveis aplicações
de um sensor de deformação piezoresistivo à base do compósito de dimetilpolissiloxano (PDMS)
nano reforçado com óxido de grafeno reduzido (rGO), com as características físicas e
eletromecânicas necessárias para detetar o movimento de articulações e padrões de respiração.
As amostras foram preparadas por elementos do solution casting e solvent casting, seguidas
pela caracterização do seu efeito piezoresistivo, as suas propriedades mecânicas (ensaios de
flexão em 3 pontos e tração), morfológica por microscópio eletrónico de varrimento (SEM),
químicas por espetroscopia de reflexão total atenuada/espetroscopia no infravermelho por
transformada de Fourier (ATR/FTIR) e térmicas por análise termogravimétrica (TGA) assim
como testes de desempenho em partes do corpo de voluntários.
Assim, foi possível observar a influência da razão elastómero-endurecedor do PDMS
utilizado, bem como a temperatura e o tempo de cura, o dispersante escolhido e o teor de rGO
no desempenho final do sensor, com a possibilidade de afinar determinadas características do
mesmo, para se adequar a aplicações específicas. Além disso, em testes piezoresistivos cíclicos,
os gauge factors médios obtidos, uma medida da sensibilidade do sensor, variaram entre 7.49-
14.85 para 3 wt.%, 9.84-30.8 para 4 wt.%, e 0.56-9.16 para 5 wt.% de rGO, estabelecendo estas
amostras como sensores piezoresistivos eficazes para aplicações de bioengenharia.
Concluiu-se também que, para aplicações deste tipo, o rácio elastómero-crosslinker
mais indicado é 15:1, a cura a 120 ºC durante 20 minutos, o dispersante mais indicado é o álcool
isopropílico e o conteúdo de rGO deve-se encontrar entre 3-5 wt.%, dependendo das
necessidades de deformação. Os compósitos com concentrações de rGO entre 3% e 5%
apresentaram comportamento mecânico com boa linearidade (R2 = 0.995, 0.999, 0.996) e
comportamento piezoresistivo satisfatório entre 1.54 % e 2.87 % de deformação, estabilidade até
100 ciclos de flexão a 3 pontos, resistência mecânica à tração entre 1.05 MPa e 3.084 MPa,
temperatura de degradação entre 380 ºC e 410 ºC, bem como a perda reversível da sua
componente elétrica antes da rutura da estrutura, quando tracionados, e a capacidade de
monitorizar o movimento de articulações e de padrões de respiração
Development of graphene oxide-based hydrogels for cancer therapy
No full textBreast cancer is a major cause of death of women worldwide. This high mortality rate is
a consequence of the limitations of the currently used therapies, such as surgery,
chemotherapy and radiotherapy. Such therapies exhibit a poor efficacy and induce
several side effects. Therefore, the development of new therapies is imperative.
Along the years, researchers have developed several types of nanomaterials
(e.g. dendrimers, liposomes, micelles) for application in different anticancer modalities.
Recently, the focus has turned towards the photothermal capacity of some
nanomaterials. When irradiated with Near Infrared (NIR; 750 – 1000 nm) light, these
nanomaterials can absorb its energy, releasing it as heat that induces damage in cancer
cells. These light-responsive nanomaterials can also accommodate drugs in their
structure, enabling their use in combinatorial therapeutic approaches. However, the
nanomaterials are commonly administered by intravenous injection, which is not ideal
considering the weak tumor-homing capacity of systemically administered
nanomaterials, leading to a subpar outcome.
Due to that, new technologies capable of delivering nanoparticles directly into the tumor
tissue are under investigation. In particular, hydrogels formed through
Thiol-Maleimide Michael type additions display potential to this application owing to
their ability to incorporate high doses of nanoparticles into their compact 3D structure,
as well as good chemical selectivity, biocompatibility, and simple production. However,
such hydrogels have been mostly prepared using synthetic polymers, which are not ideal
considering their non-biodegradability.
Herein, a novel Thiol-Maleimide crosslinked hydrogel, engineered using natural
polymers, was produced for application in the chemo-photothermal therapy of breast
cancer cells. To obtain natural polymers compatible with this crosslinking chemistry,
Hyaluronic Acid was decorated with Thiol groups and deacetylated Chitosan was grafted
with Maleimide groups. Simultaneously, Dopamine-reduced Graphene Oxide was
produced and loaded with Doxorubicin (DOX/DOPA-rGO) to create NIR light
responsive nanomaterial with chemo-photothermal capabilities. In order to formulate
the Thiol-Maleimide crosslinked hydrogels incorporating this therapeutic nano-agent
(DOX/DOPA-rGO@TMgel), a simple mixture of Hyaluronic acid-Thiol, deacetylated
Chitosan-Maleimide and DOX/DOPA-rGO was performed. In in vitro studies, when
breast cancer cells were incubated with DOPA-rGO@TMgel and exposed to NIR ligh (photothermal therapy), their viability was reduced to about 59 %. On the other hand,
DOX/DOPA-rGO@TMgel (chemotherapy) reduced cancer cells’ viability to 50 %. In
stark contrast, the combined action of DOX/DOPA-rGO@TMgel and NIR light
decreased breast cancer cells’ viability to just 21 %, highlighting its
chemo-phototherapeutic potential.especialmente nas mulheres. A alta mortalidade desta doença está fortemente associada
às limitações das terapias atualmente usadas em meio clínico, como a cirurgia,
quimioterapia e radioterapia. Estas modalidades terapêuticas apresentam uma baixa
eficácia e induzem diversos efeitos secundários no ser humano. Tais fatores revelam a
necessidade de desenvolver novas terapias que sejam mais eficazes no tratamento desta
doença.
Neste contexto, ao longo dos anos, os investigadores têm desenvolvido diversos tipos de
nanomateriais (p. ex. dendrímeros, lipossomas, micelas) para aplicação em diferentes
modalidades terapêuticas anticancerígenas. Recentemente, as atenções voltaram-se para
os nanomateriais com capacidade fototérmica. Estes, quando interagem com a luz com
um comprimento de onda no infravermelho próximo (em inglês: Near Infrared (NIR);
750 – 1000 nm), conseguem absorver a sua energia, libertando-a sob a forma de calor,
que pode induzir dano nas células cancerígenas. Os nanomateriais responsivos à luz NIR
conseguem ainda encapsular fármacos, possibilitando o seu uso em terapia
combinatória. Estes são geralmente administrados por injeção intravenosa. Contudo, os
nanomateriais administrados por via sistémica são incapazes de atingir o tumor em
quantidades elevadas, não tendo assim o efeito o terapêutico desejado.
Desta forma, estão a ser desenvolvidas novas tecnologias capazes de entregar as
nanopartículas diretamente no tecido tumoral. Em particular, os hidrogéis formados
através de reações de adição tipo Michael entre os grupos Tiol e Maleimida adequam-se
a esta aplicação devido à sua capacidade para incorporar altas doses de nanopartículas
na sua estrutura 3D compacta. Para além disto, estes apresentam uma boa seletividade
química, biocompatibilidade, e preparação simples. No entanto, os referidos hidrogéis
têm sido, na sua maioria, preparados recorrendo a polímeros sintéticos, sendo que este
fator não é ideal considerando a fraca biodegradabilidade destas moléculas.
No trabalho de investigação desenvolvido no 2º ano deste ciclo de estudos, foi produzido
um novo hidrogel, tendo por base polímeros naturais e posterior reticulação através da
ligação Tiol-Maleimida, para aplicação na terapia quimio-fototérmica de células do
cancro da mama. De modo que fossem obtidos polímeros naturais compatíveis com esta
química de reticulação, o Ácido Hialurónico foi funcionalizado com grupos Tiol e o
Quitosano desacetilado foi imobilizado com grupos Maleimida. Simultaneamente, o Óxido de Grafeno reduzido com Dopamina foi produzido e encapsulado com
Doxorrubicina (DOX/DOPA-rGO), de forma a criar-se um nanomaterial responsivo à luz
NIR com propriedades quimio-fototérmicas.
Posteriormente, os hidrogéis reticulados pela ligação Tiol-Maleimida contendo este
nano-agente terapêutico (DOX/DOPA-rGO@TMgel) foram preparados através de uma
mistura simples dos seus precursores (Ácido Hialurónico-Tiol, Quitosano
desacetilado-Maleimida e DOX/DOPA-rGO). Nos estudos in vitro, os resultados obtidos
demonstraram que as células do cancro da mama expostas ao DOPA-rGO@TMgel
juntamente com luz NIR tiveram uma redução na sua viabilidade para cerca de 59 %. Por
outro lado, o DOX/DOPA-rGO@TMgel provocou uma redução na viabilidade das células
cancerígenas para 50 %. Em contraste, a ação combinada do DOX/DOPA-rGO@TMgel
com a luz NIR conseguiu reduzir a viabilidade das células cancerígenas da mama para
apenas 21 %, salientando o seu potencial para a terapia quimio-fototérmica
Modulatory effect of innovative antioxidant formulation on Parkinson’s disease neurodegeneration and neurogenesis
No full textParkinson’s disease (PD) is a multifactorial neurological disorder characterized by increased levels of oxidative stress. Neurogenesis, a process of generating functional neurons, is also affected in PD. Inline, antioxidant compounds may be used to prevent neurodegeneration and modulate neurogenesis. Several antioxidant compounds exhibit low solubility requiring the use of vehicles that, in turn, may be neurotoxic. Therefore, the development of new delivery formulations capable to overcome these problems and simultaneously prompt the concentration of antioxidant compounds in the brain is urgent. Herein, the cytotoxicity of [Chol][Apo] was tested in N27 neuronal cell line and Subventricular Zone (SVZ) neural stem cells (NSCs) primary cultures, and its capability to prevent dopaminergic neurodegeneration in experimental models of PD and modulate neurogenesis process. The results showed that [Chol][Apo] induced a low toxic effect on dopaminergic neurons and additionally, it was capable to significantly reduce in vitro neuronal death induced by 6-OHDA. Moreover, the results reveal that the range of [Chol][Apo] concentrations used did not induce necrosis/late-apoptosis to NSCs from the SVZ. NSCs and neuroblasts proliferation was not affected compared with control and the same was verified for neuronal differentiation. In vivo, the infusion of 15 µg/µL/h of [Chol][Apo] in the ventricle during 7 days significantly reduced the neurotoxic effect of 6-OHDA on DA neurons in the SN. Furthermore, there is a tendency that suggests that the new antioxidant formulation may increase neuroblast population in healthy and in 6-OHDA-treated mice. On the contrary, [Chol][Apo] did not alter the number of proliferating neuroblasts in the SVZ of healthy and 6-OHDA-treated mice. The results showed an increase of proliferating mature neurons in the ST of 6-OHDA-treated mice. Altogether, these results opened the possibility to further investigate the role of [Chol][Apo] on PD neurodegeneration and on neurogenesis and its development as a new therapeutic approach to halt PD progression.A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurológica multifatorial caracterizada por níveis aumentados de stresse oxidativo. A neurogénese, processo de geração de neurónios funcionais, também se encontra afetada na DP. Assim, compostos antioxidantes podem ser usados para prevenir a neurodegeneração e modular a neurogénese. Vários compostos antioxidantes exibem baixa solubilidade, exigindo o uso de veículos que, por sua vez, podem ser neurotóxicos. Portanto, o desenvolvimento de novas formulações de entrega capazes de superar esses problemas e simultaneamente estimular a concentração de compostos antioxidantes no cérebro é urgente. Neste trabalho, a citotoxicidade da [Chol][Apo] foi testada em linhas celulares de células neuronais N27 e em células estaminais neurais da zona subventricular, tal como a sua capacidade de prevenir a neurodegeneração dopaminérgica em modelos experimentais de DP e modular o processo de neurogénese. Os resultados mostraram que a [Chol][Apo] induziu um efeito tóxico baixo nos neurónios DA e para além disso, foi capaz de reduzir significativamente a morte neuronal induzida pela 6-OHDA in vitro. Além disso, os resultados revelaram que a gama de concentrações de [Chol][Apo] utilizadas não induziu necrose/apoptose tardia nas células estaminais neurais da zona subventricular. A proliferação de NSCs e neuroblastos não foi afetada em comparação ao controlo e o mesmo foi verificado para diferenciação neuronal. In vivo, a infusão de 15 µg/µL/h de [Chol][Apo] no ventrículo durante 7 dias reduziu significativamente o efeito neurotóxico da 6-OHDA nos neurónios dopaminérgicos na SN. Além disso, há uma tendência que sugere que a nova formulação antioxidante pode aumentar a população de neuroblastos em murganhos saudáveis e tratados com 6-OHDA. Pelo contrário, a [Chol][Apo] não alterou o número de neuroblastos em proliferação na SVZ de ratos saudáveis e tratados com 6-OHDA. Os resultados mostraram um aumento de neurónios em proliferação no estriado de animais expostos à 6-OHDA. Em conjunto, estes resultados abriram a possibilidade de investigar o papel da [Chol][Apo] na neurodegeneração da DP e na neurogénese, e também o seu desenvolvimento como uma nova abordagem terapêutica para evitar a progressão da DP
Concussão no Desporto: A importância do (Re)conhecimento
No full textA concussão é uma lesão traumática que resulta em alterações da função neurológica ou
da consciência, sem que haja dano imagiológico evidente nas estruturas cerebrais. É uma
condição frequente sobretudo no desporto e com especial destaque nos desportos de alto
impacto.
O principal objetivo da presente dissertação é sintetizar o panorama atual das concussões
desportivas de forma abrangente, com o intuito de reunir a informação essencial acerca
da prevalência, diagnóstico, tratamento e prevenção.
Para fazer a pesquisa bibliográfica foi utlizada a base de dados PubMed e selecionados
artigos consoante o ano de publicação e a pertinência do título e resumo.
Atualmente, a concussão relacionada com o desporto tem sido alvo de diversa
investigação, contando com uma vasta panóplia de publicações recentes que têm vindo
a redirecionar o paradigma da concussão. Por exemplo, exames de neuroimagem
avançada têm permitido a deteção de alterações cerebrais subtis, o que fomentou a
procura de novos biomarcadores diagnósticos. Por outro lado, a recuperação é outro
aspeto fundamental em destaque. A recuperação incompleta ou a exposição cumulativa
a impactos concussivos aumenta significativamente o risco de desenvolver doenças
neurológicas/neurodegenerativas, problemas de saúde mental e disfunção cognitiva,
podendo resultar em condições graves como encefalopatia traumática crónica. Dada a
gravidade dessas consequências, a prevenção é essencial e muitas organizações
desportivas já adotaram alterações de regras e políticas e implementaram novas
tecnologias para monitorizar impactos cranianos, visando proteger a saúde dos atletas.
Apesar da evidência crescente é necessário continuar a pesquisa e fomentar o estudo
desta condição complexa para compreender melhor os seus mecanismos, efeitos e
melhores práticas para o tratamento.Concussion is a traumatic injury that results in alterations in neurological function or
consciousness without evident imaging damage to brain structures. It is a frequent
condition, particularly in high-impact sports.
The primary objective of this dissertation is to comprehensively synthesize the current
landscape of sports-related concussions, aiming to gather essential information on
prevalence, diagnosis, treatment, and prevention.
For the literature review, the PubMed database was used, selecting articles based on the
year of publication and the relevance of their titles and abstracts.
Currently, sports-related concussion has been the subject of extensive research, with a
wide array of recent publications that have been reshaping the concussion paradigm. For
instance, advanced neuroimaging exams have enabled the detection of subtle brain
changes, which has spurred the search for new diagnostic biomarkers. Moreover,
recovery is another crucial aspect under focus. Incomplete recovery or cumulative
exposure to concussive impacts significantly increases the risk of developing
neurological/neurodegenerative diseases, mental health problems, and cognitive
dysfunction, potentially resulting in severe conditions such as chronic traumatic
encephalopathy. Given the severity of these consequences, prevention is essential, and
many sports organizations have already adopted rule and policy changes and
implemented new technologies to monitor cranial impacts, aiming to protect athletes'
health. Despite the growing evidence, further research is necessary to better understand
the mechanisms, effects, and best practices for treating this complex condition
Desenvolvimento e Validação Inicial da Escala de Fatores Ambientais do Sono (EFAS)
No full textO sono é um processo fundamental para a manutenção do bem-estar físico e
psicológico do ser humano. Devido à sua complexidade, existem diversos fatores que
influenciam a sua qualidade, dentro destes é possível identificar os fatores ambientais,
como a luz, o ruído, a temperatura e o conforto. Os fatores ambientais padecem do
benefício de serem mais facilmente controlados pelas pessoas, em relação aos restantes
fatores influenciadores do sono, e, consequentemente, produzirem efeitos positivos na
qualidade de sono das pessoas de forma mais imediata. Por este motivo, mostrou-se
fundamental o desenvolvimento e validação de uma escala de avaliação da influência dos
fatores ambientais do sono- a Escala de Fatores Ambientais do Sono (EFAS). A recolha
de dados teve a colaboração de 219 participantes, com idades compreendidas entre os 18
e os 71 anos (M= 34.84; DP= 13.41). A Parte 1 da EFAS- Controlo dos Fatores Ambientaisapresentou uma boa consistência interna (a= .83; ?= .74) e a Parte 2 da EFAS- Perceção
da Influência dos Fatores Ambientais- apresentou uma consistência interna aceitável
(a= .75; ?= .73). Através da Análise Fatorial Exploratória, foram identificados quatro
fatores da Parte 1 da EFAS: o Fator I, referente à temperatura da roupa (VC= 16.7%), o
Fator II, à temperatura ambiente (VC= 12.8%), o Fator III, ao conforto (VC= 8.4%) e o
Fator IV, ao uso de dispositivos eletrónicos, ruído e luminosidade (VC= 6.3%). Na Parte
2, foram identificados dois fatores: o Fator I, relativo à perceção da influência da
temperatura, do conforto e da luminosidade (VC= 21.7%) e o Fator II, da perceção da
influência da partilha de espaço e ruído (VC= 13%). A Parte 1 da EFAS apresentou
correlações positivas e fracas com a GDS-15 (r= .213; p < .001) e com a BaSIQS (r= .184;
p < .001). A Parte 2 da EFAS exibiu correlações positivas de forma moderada com a GDS15 (r= .300; p < .01) e de forma fraca com a BaSIQS (r= .285; p < .01). As correlações
sugerem que, como esperado, um maior controlo de fatores ambientais e uma menor
perceção da influência dos mesmos em problemas de sono está associado a menor
sintomatologia depressiva e a melhor qualidade de sono. A partir da utilização da EFAS,
é possível identificar de forma mais eficiente os fatores ambientais do sono e as
mudanças comportamentais necessárias para uma melhoria do sono, demonstrando,
desta forma, a sua pertinência e utilidade clínica.Sleep is an essential process for maintaining a person's physical and mental wellbeing. Due to its complexity, there are many factors that influence sleep’s quality and
duration, one of which is the environmental factors, such as light, noise, temperature,
and comfort. Environmental factors have the advantage of being easier to control than
other factors that affect sleep and therefore can have a quicker positive effect on sleep
quality. For this reason, it was important to develop and validate a scale to assess the
environmental factors and their possible influence on sleep- The Environmental Factors
of Sleep Scale (EFAS). The data collection involved 219 participants, between the ages of
18 and 71 (M = 34.84; SD = 13.41). Part 1 of EFAS- Control of Environmental Factorsshowed good internal consistency (a= .83; ?= .74) and Part 2 of EFAS- Perceived
Influence of Environmental Factors- showed acceptable internal consistency (a= .75;
?= .73). The Exploratory Factor Analysis revealed four factors in Part 1 of EFAS: Factor
I, regarding the temperature of clothes (CV= 16.7%), Factor II, the environmental
temperature (CV= 12.8%), Factor III, comfort (CV= 8.4%), and Factor IV, the use of
electronic devices, noise, and light (CV= 6.3%). In Part 2, there were two factors revealed:
Factor I, regarding the perceived influence of temperature, comfort, and light (CV=
21.7%), and Factor II, with the perceived influence of sharing a space and noise (CV=
13%). The first part of EFAS showed positive and weak correlations with GDS-15 (r= .213;
p < .001) and BaSIQS (r= .184; p < .001). Part 2 of EFAS showed moderate positive
correlations with GDS-15 (r= .300; p < .01) and weak correlations with BaSIQS (r= .285;
p < .01). The correlations suggest that, as expected, better control of environmental
factors and less perception of their influence on sleep problems are associated with fewer
depressive symptoms and better sleep quality. By using EFAS, it is possible to identify
more efficiently the environmental factors of sleep and the behavioural changes needed
to improve sleep, thus demonstrating its relevance and clinical use
Oxigenoterapia hiperbárica: como é que esta ferramenta pode ser útil na prática clínica do gastrenterologista?
No full textA oxigenoterapia hiperbárica (OTHB) é uma modalidade de tratamento que envolve
a inalação de oxigénio puro (O2 a 100%) a uma pressão ambiente superior à pressão
atmosférica medida ao nível do mar, promovendo a hiperóxia do plasma e dos tecidos.
Os tratamentos são realizados com os doentes a inalar oxigénio puro, alojados no
interior de câmaras hermeticamente fechadas, pressurizadas com ar (câmaras multi-lugar),
ou com oxigénio (câmaras monolugar), a uma pressão superior a uma atmosfera.
Historicamente, a OTHB tem sido utilizada numa ampla variedade de patologias
médicas, incluindo o tratamento da doença de descompressão, embolia gasosa vascular,
intoxicação pelo monóxido de carbono e intoxicação cianídrica, gangrena gasosa por
Clostridioides, infeções necrotizantes dos tecidos moles, osteomielite crónica, feridas
crónicas, lesões induzidas pela exposição prévia a radiações ionizantes, lesões por
esmagamento, síndromes compartimentais, viabilização de enxertos e retalhos músculocutâneos, edema, sépsis, queimaduras agudas, anemia severa aguda, entre outras.
Na gastrenterologia, o uso da OTHB está a emergir como um tratamento
complementar promissor para doenças inflamatórias intestinais e isquemia
gastrointestinal. Esta dissertação explora a eficácia da OTHB na cicatrização de tecidos e
redução da inflamação em distúrbios gastrointestinais e avalia o potencial da terapia para
melhorar os resultados clínicos em pacientes com doença de Crohn, colite ulcerosa e
perfurações gastrointestinais.
Através de uma revisão integrativa da literatura, identificamos estudos que abordam
não só a aplicação da OTHB em contextos gastrointestinais, mas também seu uso bemsucedido noutras áreas médicas. Os mecanismos de ação da OTHB, tais como a promoção
da angiogénese e a modulação da resposta imune, são discutidos no contexto de várias
doenças. Além disso, abordamos as preocupações de segurança, os desafios na
padronização dos protocolos de tratamento e a necessidade de diretrizes clínicas baseadas
em evidências para otimizar o uso da OTHB. Com base nos achados, a dissertação propõe
uma abordagem multidisciplinar para o uso da OTHB em gastroenterologia e destaca áreas
para pesquisa futura que poderão expandir o entendimento e a aplicação desta terapia
promissora.Hyperbaric oxygen therapy (HBOT) is a treatment modality involving the inhalation
of pure oxygen (100% O2) at an ambient pressure higher than the atmospheric pressure
measured at sea level, promoting hyperoxia in plasma and tissues. Treatments are
conducted with patients inhaling pure oxygen, housed inside hermetically sealed chambers,
pressurized with air (multiplace chambers), or with oxygen (monoplace chambers), at a
pressure exceeding one atmosphere. Historically, HBOT has been used in a wide variety of
medical pathologies, including treatment for decompression sickness, vascular gas
embolism, carbon monoxide poisoning, cyanide poisoning, clostridial gas gangrene,
necrotizing soft tissue infections, chronic osteomyelitis, chronic wounds, injuries induced
by previous exposure to ionizing radiation, crush injuries, compartment syndromes,
viability of muscle-cutaneous grafts and flaps, edema, sepsis, acute burns, extreme acute
anemia, and many others. In gastroenterology, the use of HBOT is emerging as a promising
adjunctive treatment for inflammatory bowel diseases and gastrointestinal ischemia. This
thesis explores the efficacy of HBOT in tissue healing and reducing inflammation in
gastrointestinal disorders and assesses the therapy's potential to improve clinical outcomes
in patients with Crohn's disease, ulcerative colitis, and gastrointestinal perforations.
Through an integrative review of the literature, we identify studies addressing not only the
application of HBOT in gastrointestinal contexts but also its successful use in other medical
areas. The mechanisms of action of HBOT, such as promoting angiogenesis and modulating
the immune response, are discussed in the context of various diseases. Additionally, we
address safety concerns, challenges in standardizing treatment protocols, and the need for
evidence-based clinical guidelines to optimize the use of HBOT. Based on the findings, the
thesis proposes a multidisciplinary approach to the use of HBOT in gastroenterology and
highlights areas for future research that could expand understanding and application of this
promising therapy
Improving the Robustness of Demonstration Learning
No full textWith the fast improvement of machine learning, Reinforcement Learning (RL) has been used to automate human tasks in different areas. However, training such agents is difficult and restricted to expert users. Moreover, it is mostly limited to simulation environments due to the high cost and safety concerns of interactions in the real world. Demonstration Learning is a paradigm in which an agent learns to perform a task by imitating the behavior of an expert shown in demonstrations. It is a relatively recent area in machine learning, but it is gaining significant traction due to having tremendous potential for learning complex behaviors from demonstrations. Learning from demonstration accelerates the learning process by improving sample efficiency, while also reducing the effort of the programmer. Due to learning without interacting with the environment, demonstration learning can allow the automation of a wide range of real world applications such as robotics and healthcare. Demonstration learning methods still struggle with a plethora of problems. The estimated policy is reliant on the coverage of the data set which can be difficult to collect. Direct imitation through behavior cloning learns the distribution of the data set. However, this is often not enough and the methods may struggle to generalize to unseen scenarios. If the agent visits out-of-distribution cases, not only will it not know what to do, but the consequences in the real world can be catastrophic. Because of this, offline RL methods try to specifically reduce the distributional shift. In this thesis, we focused on proposing novel methods to tackle some of the open problems in demonstration learning. We start by introducing the fundamental concepts, methodologies, and algorithms that underpin the proposed methods in this thesis. Then, we provide a comprehensive study of the state-of-the-art of Demonstration Learning methods. This study allowed us to understand existing methods and expose the open problems which motivate this thesis. We then developed five methods that push improve upon the state-of-the-art and solve different problems. The first method proposes to tackle the context problem, where policies are restricted to the context in which they were trained. We propose a method to learn context-invariant image representations with contrastive learning, by making use of a multi-view demonstration data set. We show that these representations can be used in lieu of the original images to learn a policy with standard reinforcement learning algorithms. This work also contributed with benchmark environment and a demonstration data set. Next, we tackled the potential of combining reinforcement learning with demonstration learning to cover the weaknesses of both paradigms. Specifically, we developed a method to improve the safety of reinforcement learning agents during their learning process. The proposed method makes use of a demonstration data set with safe and unsafe trajectories. Before each interaction, the method evaluates the trajectory and stops it if deems it unsafe. The method was used to augment state-of-theart reinforcement learning methods, and it reduced the crash rate significantly which also resulted in a slight increase in performance. In the following work, we acknowledged the significant strides made in sequence modelling and their impact in a plethora of machine learning problems. We noticed that these methods had recently been applied to demonstration learning. However, the state-of-the-art method was reliant on task knowledge and user interaction to perform. We proposed a hierarchical method which identifies important states in each demonstration, and uses them to guide the sequence model. The result is a method that is task and user independent but also achieves better performance than the previous state-of-the-art. Next, we made use of the novel Mamba architecture to improve upon the previous sequence modelling method. By replacing the Transformer architecture with the Mamba, we proposed two methods that reduce the complexity, and inference time while also improving the performance. Finally, we apply demonstration learning to under-explored applications. Specifically, we apply demonstration learning to teach an agent to dance to music. We describe the insight of modelling the task of learning to dance as a translation task, where the agent learns to translate from the language of music to the language of dance. We used the previous experience resulted from the two sequence modelling methods to propose two variants: using the Transformer or the Mamba architectures. The method modifies the standard sequence modelling architecture to process sequences of audio features and translate them to dance poses. Results show that the method can translate diverse and unseen music to high-quality dance motions coherent within the genre. Results obtained by the proposed methods advance the state-of-the-art in Demonstration Learning and provide solutions to open problems in the field. All the proposed methods were evaluated against state-of-the-art baselines and evaluated on several tasks and diverse data sets, improving the performance and tackling their respective problems.Os avanços na Aprendizagem por Reforço (AR) permitiram a automatização de tarefas complexas, impulsionados em grande parte pelos algoritmos de aprendizagem profunda que utilizam redes neuronais para estimar a função de política. O sucesso crescente da AR deve-se principalmente ao engenho e aos esforços de engenharia de especialistas que conceberam e otimizaram algoritmos de aprendizagem por reforço que maximizam os dados de exploração para estimar funções de política poderosas, obtendo resultados sem precedentes numa vasta panóplia de tarefas. Apesar dos notáveis sucessos alcançados, os métodos de AR enfrentam frequentemente ineficiências no uso de dados de treino, e requerem extensivas interações de tentativa e erro com o ambiente. Cada tentativa falhada coloca em causa a segurança do agente bem como a de todos os elementos ao seu redor. Este desafio levou ao surgimento da Aprendizagem por Demonstração (AD), que propõe colecionar os dados de interação antes do uso do robô sobre a forma de um conjunto de dados de demonstração. A política pode ser estimada usando este conjunto de dados, não requererendo que o agente interaja com o ambiente, mitigando preocupações de segurança. No entanto, os métodos de AD enfrentam desafios próprios, como a dependência da qualidade do conjunto de dados de demonstração que restringem a qualidade da política devido à incompletude ou inadequação do conjunto nos dados. Contudo, a criação de um conjunto de dados de demonstração com qualidade para aprender cada tarefa é um processo difícil. Caso o conjunto de dados não esteja completo existirá um desvio da distribuição representada pelo conjunto de dados para a distribuição real da tarefa. Se a política estimada não for capaz de generalizar através do treino do conjunto de dados, quando o agente encontrar um dado fora da distribuição, irá provávelmente falhar a interação. Nesta tese, visamos abordar essas lacunas e avançar no campo da AD. Em primeiro lugar, descrevemos os conceitos fundacionais, metodologias e algoritmos utilizados nos métodos propostos nesta tese. Depois conduzimos um estudo abrangente do estado da arte em métodos de AD. Neste estudo identificámos as várias escolhas que envolvem a criação do conjunto de dados de demonstração, seguido da categorização dos diferentes métodos existentes. Neste estudo foram também listadas as vantagens e desvantagens de métodos de AD, bem como as suas áreas de aplicação. Finalmente o estudo concluiu com a identificação dos problemas em aberto no ramo de AD. De seguida, proposemos o método CLfD, que utiliza Aprendizagem Contrastiva para criar representações invariantes em relação ao ponto de vista da câmara usando vídeos de demonstração sincronizados e capturados por camaras em diferentes posições. Neste método mostrámos que estas representações podem ser utilizadas como função de recompensa usando Aprendizagem por Reforço Inverso, para estimar uma política robusta às variações da posição da câmara e concluímos que pode ser usado para generalizar outras características. Adi cionalmente, propomosemos o método DEFENDER, que junta as qualidades de AD e AR. Especificamente, pode ser aplicado a qualquer algoritmo de AR e melhora a segurança dos agentes durante o treino. O método usa um conjunto de dados com demonstrações bem sucedidas e falhadas. Antes de cada interação, o método compara a trajetória do agente com as demonstrações, caso a trajetória se enquadre melhor com demonstrações falhadas, a trajetória é terminada evitando uma potencial interação catastrófica. Depois propomosemos o método HDT, que melhora o estado-da-arte de modelos de sequência em AD. Mostrámos que o estado-da-arte requer especificação precisa de um hyper-parâmetro cujo valor não é trivial e depende da tarefa, para que a política tenha um bom desempenho. O método proposto propõe uma arquitetura hierárquica que remove a necessidade desta especificação e melhora o desempenho sobre o estado-da-arte em diversas tarefas. Posteriormente utilizamos a arquitetura Mamba para melhorar o método HDT, bem como o estado-da-arte de modelos de sequência em AD. Esta substituição não só melhora o desempenho dos modelos, como reduz o tempo de inferência. Por fim, propomosemos o método MDLT que aplica modelos de sequência para aprender uma política de dança usando AD. O MDLT propõe modelar a aprendizagem da política como a tradução de linguagem musical para linguagem de dança usando um modelo sequêncial. Neste método, a política estimada demonstra capacidade de generalização para músicas do mesmo género musical em que foi treinada, bem como a capacidade para aprender diversos géneros musicais em simultâneo. Propomosemos duas variantes deste método: utilizando Transformers ou Mamba. Os resultados obtidos pelos métodos propostos mostram que é possivel melhorar os métodos de AD nos respetivos problemas em que cada um foi aplicado. Todos os métodos propostos foram avaliados em diversos conjuntos de dados e quando comparados com os métodos estado-da-arte dos respetivos problemas, todos mostraram melhorar o desempenho das políticas estimadas, a segurança durante o treino no caso do DEFENDER e a robustez da política no caso do método CLfD.This work is supported by UID/04516/NOVA Laboratory for Computer Science and Informatics (NOVA LINCS) with the financial support of FCT.IP, and also through the research grant 2022.14197.BD
Exercício Individualizado em Idosos de ERPI: Relatório de Estágio - Impacto do exercício físico individualizado na aptidão física, função cognitiva e qualidade de vida em idosos
Get PDFNo âmbito do mestrado em Ciências do Desporto, no ramo de Exercício e Saúde, foi
realizado um estágio em contexto de Estrutura Residencial Para Pessoas Idosas (ERPI)
durante o ano letivo de 2024/2025. Com a realização do estágio pretendeu-se adquirir
experiência prática na avaliação e prescrição de exercício individualizado em indivíduos
residentes em ERPI e de Centro de Dia. O relatório encontra-se dividido em duas
partes. A primeira descreve a experiência profissional adquirida ao longo do estágio,
destacando o trabalho desenvolvido de acordo com a evidência científica atual e as
necessidades específicas dos Técnicos de Exercício Físico (TEF). A segunda parte do
relatório apresenta um estudo de iniciação à investigação científica cujo objetivo
consistiu em analisar o impacto de um programa de exercício físico individualizado na
aptidão física, função cognitiva e qualidade de vida relacionada com a saúde em idosos
de ERPI e Centro de Dia. O programa de intervenção com uma duração total de 16
semanas (dois ciclos de treino de 8 semanas) foi implementado com base nas diretrizes
do protocolo VIVIFRAIL, com planos de treino ajustados às capacidades e necessidades
individuais dos participantes. Os resultados demonstraram melhorias significativas no
desempenho físico (avaliado pelo teste Short Physical Performance Battery [SPPB]),
função cognitiva (avaliado pelo teste Montreal Cognitive Assessment [MoCA]) e em
vários domínios da perceção de qualidade de vida relacionada com a saúde
(questionário SF-36). Adicionalmente, observaram-se melhorias nas componentes da
aptidão física relacionadas com a saúde (força, resistência cardiorrespiratória,
flexibilidade), na reversão da fragilidade física e no aumento da massa muscular
apendicular estimada. Com a conclusão do estágio foi possível alcançar os objetivos
propostos, tanto a nível prático como científico, consolidando competências práticas e
teóricas fundamentais à prática profissional em exercício físico para a população idosa.As part of the Master's degree in Sports Science, specifically in the field of Exercise and
Health, an internship took place within a Residential Structure for Older People (ERPI)
during the academic year 2024/2025. The internship aimed to provide practical
experience in evaluating and prescribing individualized exercise for individuals living
in ERPI and Day Centers. The first section describes the professional experience gained
throughout the internship, highlighting the work developed in accordance with current
scientific evidence and the specific needs of Physical Exercise Technicians (TEF). The
second part of the report presents an initial study on scientific research, aimed at
analyzing the impact of an individualized physical exercise program on physical fitness,
cognitive function, and health-related quality of life in older individuals from ERPI and
Day Centers. The results demonstrated significant improvements in physical
performance (assessed by the Short Physical Performance Battery [SPPB] test),
cognitive function (assessed by the Montreal Cognitive Assessment [MoCA] test), and
various domains of perceived health-related quality of life (SF-36 questionnaire).
Additionally, improvements were observed in health-related physical fitness
components (strength, cardiorespiratory endurance, flexibility), in the reversal of
physical frailty, and in the increased estimated appendicular muscle mass. Upon
completion of the internship, it was possible to meet the proposed objectives, both
practically and scientifically, thereby consolidating the practical and theoretical skills
essential to professional practice in physical exercise for the older population
Circulating microRNA biomarkers for lung cancer detection
No full textOnce considered a rarity, lung cancer surged to the forefront as the leading cause of cancerrelated deaths, quickly becoming one of the most pressing public health challenges of the modern era. Its lethal reputation stems from its aggressive progressive nature and the frequent delay in diagnosis until advanced stages, where treatment efficacy diminishes, leaving patients with poorer outcomes and a heightened risk of recurrence. This glaringly escalating issue highlights the need for innovative approaches in both diagnosis and treatment. One promising frontier in lung cancer research is the exploration of microRNAs, small noncoding RNAs with the potential to revolutionise diagnostics and therapy. Let-7e-5p, a member of the Let-7 family, has emerged as an undeniably promising biomarker and therapeutic target due to its role in regulating gene expression and influencing cancer progression. In this study Let-7e-5p expression was quantified by RT-qPCR in lung cancer cell lines (A549 and H1299) and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), revealing consistent underexpression. Additionally, cell viability assays (MTT) assessed the effects of natural mineral waters (NMWs), while the influence of TMPyP4, a G-quadruplex ligand, and NMWs on miRNA regulation was tested through specific treatments and subsequent quantification of its expression. TMPyP4 induced a time-dependent increase in Let-7e-5p expression, whereas NMWs, in contrast, appeared to promote cellular stress rather than enhancing basal miRNA levels. Collectively, these results establish Let-7e-5p as a pivotal biomarker and a compelling target for therapeutic innovation in lung cancer. While challenges remain in fully harnessing its potential, these findings open the door to future explorations of Let-7e-5p, offering a promising glimpse into a future where Let-7e-5p could play an impactful role in reshaping strategies against this relentless disease.O cancro do pulmão, que outrora parecia uma condição distante, ascendeu rapidamente ao estatuto de principal causa de morte por cancro, tornando-se um dos maiores desafios de saúde pública da era moderna. A sua natureza agressiva, aliada ao diagnóstico frequentemente tardio, resultam em opções terapêuticas menos eficazes e numa menor probabilidade de sobrevivência. Entre as vias promissoras para amenizar este cenário alarmante estão os microRNAs que se destacam como ferramentas com o potencial de revolucionar tanto o diagnóstico como a terapêutica. Entre eles, o Let-7e-5p (da família Let-7) sobressai como um biomarcador relevante e um alvo terapêutico de grande interesse, dada a sua função na regulação da expressão génica e no controlo da progressão tumoral. Neste estudo, a expressão do Let-7e5p foi quantificada por RT-qPCR em linhas celulares de cancro do pulmão (A549 e H1299) e em células mononucleares do sangue periférico (PBMCs), revelando uma subexpressão consistente. Além disso, ensaios de viabilidade celular (MTT) avaliaram os efeitos das AMNs, enquanto a influência de TMPyP4, um ligando de G-quadruplex, e AMNs na regulação do miRNA foi testada através de tratamentos específicos e subsequente quantificação da sua expressão. O TMPyP4 induziu um aumento dependente do tempo na expressão do miRNA, e as AMNs, contrariamente, parecem promover stress celular em oposição a aumentar os níveis basais de Let-7e-5p. Coletivamente, estes resultados estabelecem o Let-7e-5p como um biomarcador crucial e um alvo terapêutico promissor no cancro do pulmão. Apesar dos desafios persistentes na exploração plena do seu potencial, os dados apresentados abrem portas para futuras investigações sobre este miRNA, oferecendo uma visão de um futuro onde o Let-7e-5p poderá desempenhar um papel determinante na redefinição das estratégias terapêuticas contra esta doença implacável
Reabilitação do Habitar: A Habitação Num Mundo Pós-Pandémico - O Antigo Hotel Tivoli Porto
No full textHabitar é um conceito transversal a todos os seres humanos, independentemente da forma que assume ou sobre que tipologia recai. Ao longo dos tempos, e fruto do contexto em torno das diferentes épocas e efemérides do mundo civilizado, esse conceito transmuta-se; sofre alterações que seriam sempre um reflexo ideológico e antropológico da sociedade. A habitação é palco para o desenrolar da vida e desenvolvimento da Humanidade, como todos os rituais a ela intrínsecos e, portanto, as condições nas quais esta se materializa, bem como as condicionantes das mesmas, são de extrema importância. Desta feita, a investigação desenvolvida pretende apurar diferentes alterações e suas causas na habitação ao longo dos tempos, incidindo sobre o impacto que a pandemia do COVID-19 causou na perceção do espaço doméstico habitado no período entre 2020 e 2022, bem como os fatores que contribuíram/deixaram de contribuir para a qualidade de vida. Em adição, e concretizando as descobertas da investigação, sendo também ele uma tipologia habitacional, é proposta a total compreensão e reabilitação do conjunto referente ao antigo Hotel Tivoli Porto, para que este se pudesse afirmar como um modelo atualizado do habitar, dotado das valências indispensáveis à qualidade de vida do habitar.Inhabiting is a concept that cuts across all human beings, regardless of the form it takes or the typology it falls into. Over the course of time, and as a result of the context surrounding the different eras and ephemeris of the civilised world, this concept has transmuted; it has undergone changes that would always be an ideological and anthropological reflection of society. Housing is the stage in which human life and evolution unfolds, as well as all the rituals intrinsic to it and, therefore, the conditions in which it materialises, as well as their conditioning factors, are extremely important. As such, the research carried out, aims to determine different changes and their causes in housing over time, focusing on the impact that the COVID-19 pandemic has had on the perception of the domestic space inhabited in the period between 2020 and 2022, as well as the factors that have contributed / failed to contribute to the quality of living. In addition, and concretising the findings of the research, being also a housing typology, it is proposed to fully comprehend and refurbish the complex referring to the former Hotel Tivoli Porto, so that it could be affirmed as an updated model of living, endowed with the indispensable valences for the quality of living