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Artificial Intelligence in the Pubblic Administration: an artificial administrative decision?
No full textDissertação de Mestrado em Direito apresentada à Faculdade de DireitoA incorporação de inteligência artificial (IA) no processo decisório da Administração apresenta-se como um futuro inevitável. Neste processo de digitalização, a Administração deparar-se-á com problemáticas jurídicas sem qualquer precedente na sua atividade automatizada, devido à eficiência e à opacidade características dos sistemas inteligentes.Inexistindo um regime jurídico especificamente concebido para a regulação deste fenómeno, os únicos limites à atuação administrativa “artificial” resultam do direito da proteção de dados e dos princípios gerais da Administração Pública. Neste trabalho, procuramos abordar as principais problemáticas suscitadas pela decisão administrativa auxiliada por sistemas de IA, através de uma perspetiva cronológica.Num primeiro plano, questionamos se o exercício de poderes discricionários pode ser auxiliado por sistemas de IA e se, para o efeito da automatização da decisão, a Administração necessita de uma habilitação legal específica que autorize a utilização destas tecnologias. Adotando como ponto de partida o procedimento que os especialistas associam ao desenvolvimento de um sistema de IA, procuramos compreender qual a natureza das várias fases desse procedimento quando o mesmo é adotado pela Administração Pública. Concluímos que o dever de boa administração e o princípio da transparência impõem à Administração o cumprimento de regras técnicas e jurídicas durante todo este procedimento.Por fim, refletimos sobre a possibilidade de imputação da decisão adotada com o auxílio de sistemas de IA ao órgão administrativo competente e determinamos quais os elementos que devem ser concedidos aos destinatários da decisão, em cumprimento do dever de fundamentação.The incorporation of artificial intelligence (AI) in Public Administration decision-making process is presented as an inevitable future. In this digitalization transformation, the Administration will face legal problems without any precedent in its automated activity, due to the efficiency and the opacity of intelligent systems.In the absence of a legal framework specifically designed to regulate this phenomenon, the only limits to “artificial” public activity arise from data protection regulation and the general principles of Public Administration. In this study, we seek to address the main issues raised by the use of AI systems in the administrative decision-making process, through a chronological perspective.In the first place, we question if the exercise of discretionary powers can be supported by AI systems and whether, for the purpose of decision automation, the Administration needs a specific legal authorization. Adopting as a starting point the procedure associated by experts to the development of an AI system, we seek to understand the nature of the various stages of this procedure when it is adopted by the Public Administration. We conclude that the principles of good administration and transparency impose to the Administration the compliance with technical and normative rules.Finally, we reflect on whether the administrative decision assisted by AI systems can be imputed to the competent administrative body and determine which relevant elements should be granted to the addressee of the decision, in compliance with the obligation of the Administration to give reasons to its decisions
O papel das microvesículas secretadas por fibroblastos na degenerescência macular da idade
No full textDissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA degenerescência macular da idade (AMD) é uma doença degenerativa que afeta a área central da retina e é a principal causa de cegueira, a nível mundial, entre os indivíduos mais idosos. As duas formas avançadas da doença, a atrofia geográfica e a AMD neovascular, caracterizam-se pela presença de drusen entre a membrana basal do epitélio pigmentado da retina (RPE) e a membrana de Bruch e pela neovascularização do coróide, respetivamente. A patogénese da doença não é totalmente compreendida, mas acredita-se que a transição epitelial-mesenquimal (EMT) desempenha um papel fundamental na disfunção do RPE e no desenvolvimento da fibrose sub-retiniana na AMD. A EMT pode ser induzida ou regulada por várias vias de sinalização e fatores de crescimento, como o TGF-β, e também por vesículas extracelulares (EVs). Estudos recentes sugerem que fatores relacionados com a EMT podem induzir as células do RPE a secretar exossomas enriquecidos em fatores angiogénicos, contribuindo para a neovascularização coróide (CNV). Contudo, o papel das microvesículas (MVs), outro tipo de EVs, na disfunção do RPE continua a ser largamente elusivo. Portanto, o objetivo deste estudo foi investigar o efeito das MVs secretadas por fibroblastos na ativação da EMT nas células do RPE. Para isso, utilizámos uma linha de células do RPE espontânea (células ARPE-19) e o TGF-β1 (10 ng/ml) em diferentes períodos (24, 48, e 72 horas) para induzir a EMT. O efeito do TGF-β1 na indução de EMT das células ARPE-19 foi avaliado através da avaliação dos níveis proteicos de marcadores relacionados com a EMT, bem como da análise da atividade metabólica, da proliferação e da migração das células ARPE-19. As MVs foram isoladas por centrifugação diferencial a partir do meio de cultura das células ARPE-19, tratadas ou não com TGF-β1, e o seu efeito foi investigado através da incubação destas MVs com células do RPE residentes. Os resultados mostram que o TGF-β1 não só aumentou significativamente a capacidade de migração das células ARPE-19 após 12 e 24 horas de tratamento, como também aumentou a atividade metabólica após 24 e 48 horas de estimulação. Além disso, as células ARPE-19 mostraram uma maior capacidade de proliferação após incubação com TGF-β1 durante 48 horas. Foi também observada uma tendência para o aumento dos níveis e alterações na imunorreatividade de marcadores relacionados com a EMT, tais como α-SMA, N-caderina, vimentina, e galectina-1 (Gal-1) e uma diminuição dos níveis de ocludina, especialmente após 48 horas de tratamento com TGF-β1. Além disso, o TGF-β1 aumentou a secreção de MVs a partir de células ARPE-19. Contudo, o tratamento das células ARPE-19 com MVs-TGF-β1 não aumentou a sua capacidade migratória ou de proliferação. Pelo contrário, as MVs secretadas por células ARPE-19 sem estimulação com TGF-β1 aumentaram a sua capacidade de proliferação. Globalmente, os nossos resultados revelaram que as MVs secretadas por células ARPE-19 tratadas com TGF-β1 não contribuem para o processo de EMT. No entanto, as MVs per se tiveram efeitos significativos na capacidade proliferativa e migratória das células ARPE-19.Age-related macular degeneration (AMD) is a degenerative disease affecting the retina´s central area and is the leading cause of blindness for older adults worldwide. The two advanced forms of the disease, geographic atrophy (GA) and neovascular AMD, are characterized by the presence of drusen between the basement membrane of the retinal pigment epithelium (RPE) and the collagenous zone of Bruch's membrane and by neovascularization of the choroid, respectively. The pathogenesis of the disease is not fully understood. However, it is believed that the epithelial-mesenchymal transition (EMT) plays a key role in RPE dysfunction and the development of subretinal fibrosis in AMD. EMT can be induced or regulated by various signaling pathways and factors, including TGF-β and also by extracellular vesicles (EVs). Recent evidence suggests EMT-related factors can induce RPE cells to secrete exosomes enriched in angiogenic factors, contributing to choroidal neovascularization (CNV). However, the role of microvesicles (MVs), another type of EVs, in RPE degeneration remains largely elusive. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of MVs secreted by fibroblasts on the activation of EMT in RPE cells. For that, we used a spontaneously arising RPE cell line (ARPE-19 cells) and TGF-β1 (10 ng/ml) at different periods (24, 48, and 72 hours) to induce EMT. The effect of TGF-β1 in the induction of EMT of ARPE-19 cells was evaluated by assessing the protein levels of EMT-related markers, as well as analyzing the metabolic activity, proliferation, and migration of ARPE-19 cells. MVs were isolated by differential centrifugation from the culture media of ARPE-19 cells treated or not with TGF-β1, and their effect was investigated by incubating these MVs with recipient RPE cells. Results showed that TGF-β1 significantly increased the migration ability of ARPE-19 cells after 12 and 24 hours of treatment and enhanced the metabolic activity after 24 and 48 hours of stimulation. Furthermore, ARPE-19 cells showed a higher proliferation capacity after incubation with TGF-β1 for 48 hours. A tendency towards increased levels and changes in the immunoreactivity of EMT-related markers such as α-SMA, N-cadherin, vimentin, and galectin-1 (Gal-1), and a decrease in the levels of occludin, were also observed, especially after 48 hours of treatment with TGF-β1. In addition, TGF-β1 increased the secretion of MVs from ARPE-19 cells. However, treatment of ARPE-19 cells with MVs-TGF-β1 did not enhance their migratory or proliferation ability. On the opposite, MVs secreted by ARPE-19 without TGF-β1 stimulation increased the proliferation capacity of ARPE-19 cells. Overall, our results revealed that MVs secreted by ARPE-19 cells treated with TGF-β1 do not contribute to the EMT process. Nevertheless, MVs per se had significant effects on the proliferation and migration ability of ARPE-19 cells.FC
Uma solução baseada em nanotecnologia para melhorar a permeabilidade da córnea.
No full textTrabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e TecnologiaKeratoconus (KC) is a bilateral and asymmetric disease which results in progressive thinning and steeping of the cornea leading to irregular astigmatism and decreased visual acuity. It is estimated to affect approximately 1 in 700 people worldwide. In 2016, the FDA approved corneal cross-linking (CXL) as the standard treatment to halt the progression of KC. The traditional CXL procedure involves removing the corneal epithelial layer, followed by soaking the cornea in riboflavin and exposing it to ultraviolet (UV) A light. This process forms covalent chemical bonds between collagen and proteoglycans in the extracellular matrix, resulting in corneal stiffening. However, CXL has several disadvantages. Firstly, epithelial layer removal can be painful, and postoperative complications such as corneal infection and keratitis may arise, leading to delayed visual recovery due to the slow healing of the epithelium. The corneal epithelial cells are connected by tight junctions (TJ), which play a crucial role in maintaining epithelial function. These TJ restrict the diffusion of riboflavin into the corneal stroma, impacting the effectiveness of CXL.Hyperthermia, a technique used in minimally invasive oncological treatments, has been shown to enhance the permeability of tumor vasculature and cell membranes. Notably, previous research has demonstrated that gold nanorods (AuNRs) generate heat in response to near-infrared irradiation (NIR), 780 nm, leading to a transient increase in blood-brain barrier (BBB) permeability.The hypothesis of this work is that hyperthermia caused by NIR irradiation of AuNRs could increases corneal permeability allowing riboflavin permeation into the corneal stroma and avoiding epithelial removal. To validate this hypothesis, we modified contact lenses with AuNRs and tested the efficacy of the delivery of riboflavin using ex vivo porcine eyes.The results showed that we could (i) modified commercial contact lenses with an homogenous surface of AuNRs, (ii) load the AuNRs modified contact lens with riboflavin and (iii) increase the surface temperature of porcine eyes between 11-12◦C, after irradiation the contact lens with NIR light.Overall, we developed a solution that could offer spatial and temporal control of epithelial permeability and potentially help to treat patients affected by KC.KC é uma doença bilateral e assimétrica responsável pela redução da espessura progressiva da córnea levando ao estigmatismo irregular e diminuição da capacidade de visão. Estima-se que afete aproximadamente 1 em cada 700 pessoas ao nível mundial. Em 2016, a FDA aprovou o CXL como forma de tratamento para evitar a progressão do KC. O procedimento CXL atualmente aprovado consiste na remoção da camada do epitélio da córnea seguido pela administração da riboflavina na córnea e expondo, posteriormente, o olho à luz ultravioleta (UV) A. Este processo forma ligações químicas covalentes entre o colagénio e os proteoglicanos na matriz extracelular, resultando no enrijecimento da córnea. No entanto, o CXL tem várias desvantagens. Em primeiro lugar, a remoção da camada do epitélio pode ser dolorosa e pode trazer complicações pós-operatórias, como possíveis infeções, levando a uma recuperação visual retardada devido à cura lenta do epitélio. As células epiteliais da córnea são conectadas pelas TJ que desempenham um papel crucial na manutenção da função epitelial. Estas TJ limitam a difusão da riboflavina no estroma da córnea, diminuindo a eficácia do CXL.A hipertermia, técnica utilizada em tratamentos oncológicos pouco invasivos, tem demonstrado aumentar a permeabilidade da vasculatura tumoral e as membranas celulares. Pesquisas anteriores demonstraram que os AuNRs geram calor em resposta à NIR, 780 nm, levando a um aumento da permeabilidade da BBB. A hipótese deste trabalho é que a hipertermia causada pela irradiação NIR no AuNRs possa aumentar a permeabilidade da córnea, permitindo a permeação da riboflavina no estroma da córnea evitando a remoção do epitélio. Para validar esta hipótese, modificamos lentes de contacto com AuNRs e testou-se a eficácia da entrega de riboflavina usando olhos de porco ex-vivo.Os resultados mostraram que poderíamos (i) modificar as lentes de contacto comerciais com uma superfície homogénea de AuNRs, (ii) carregar as lentes de contacto modificadas com AuNRs com riboflavina e (iii) aumentar a temperatura superficial dos olhos do porco entre 11-12◦C após a irradiação da lente de contacto com luz NIR.No geral, desenvolvemos uma solução que poderia oferecer controle espacial e temporal da permeabilidade do epitélio e potencialmente ajudar a tratar doentes afetados por KC.FCTH202
CHARACTERIZATION AND IMPROVEMENT OF A MEDICINAL FLOWER DRYING PLANT
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEste estudo foi realizado em ambiente industrial, em modo de estágio académico, envolveu uma instalação real de secagem de uma flor medicinal, e foca-se na melhoria de do respetivo processo de secagem. Na fase inicial detetaram-se algumas deficiências no processo de secagem, tais como a falta de uniformidade no ambiente da sala de secagem (em termos de velocidade, temperatura e humidade relativa do ar) e um protocolo de secagem “algo agressivo”, ambos com grande influência sobre a qualidade do produto final. O objetivo do presente trabalho é a melhoria do atual processo de secagem de uma flor medicinal, de modo a: (i) que o produto final atinja a melhor qualidade possível; (ii) que haja uniformidade de todo o produto final, independentemente do lote a que pertence e da localização na sala do tabuleiro em que foi secado; e (iii) que os ciclos de secagem decorram com um baixo gasto em energia.Foi realizado um estudo de melhoria do sistema de ventilação da sala de secagem através de simulação computacional dinâmica (do tipo CFD). Neste foi simulada a configuração atual da sala de secagem e foram analisadas cinco alternativas de disposição das grelhas de insuflação e de extração, determinando-se uma disposição das mesmas com muito melhor desempenho do que a configuração atual.Executou-se um teste com um protocolo de secagem alternativo, que se traduz na alteração das características do ar interior da sala de secagem. Estas características passaram de ar a 30oC com 10% de humidade relativa (protocolo atual) para 18oC com 60% de humidade relativa (protocolo alternativo). Desta forma, conseguiu-se uma melhoria da homogeneidade termo-higrométrica do interior da sala, ainda que com a disposição atual das grelhas de insuflação e de extração. Como consequência, num ensaio real com a UTA a trabalhar com 30% de ar novo e 70% de ar recirculado, conseguiu-se reduzir o gasto energético da sala em 37,5% e obteve-se uma maior uniformização das características do produto final, o qual também apresentou um teor de humidade muito mais próximo do seu valor ideal do que com o protocolo atual (indicativo de um produto final de melhor qualidade). Embora a duração do ciclo de secagem seja de 88 horas no protocolo atual e de 208 horas no protocolo alternativo, isso não representa uma desvantagem real, pois o ciclo de cultivo da flor tem uma duração muito superior a 208 horas.Perante a constatação de que a sala de secagem está muito sobredimensionada face à capacidade de produção da flor medicinal, analisou-se a possibilidade de a dividir em duas, e de modo a reduzir o caudal de ar insuflado, mas mantendo o mesmo número de renovações de ar, optou-se por baixar o pé-direito das duas “novas salas” de 4 para 2 m. Com estas alterações, e para um mesmo número de renovações do ar (17,5 rph), o caudal de ar a insuflar passou de 6 000 m3/h (sala atual) para 3 475 m3/h (duas “salas novas”). Desta forma, obteve-se uma poupança de gastos energéticos de 42,07%.Pensa-se que os objetivos propostos foram atingidos, uma vez que, a serem implementadas, as medidas de melhoria preconizadas irão levar a uma maior uniformidade do ambiente interior da sala de secagem (logo a uma maior uniformidade do teor de humidade no produto final) e a um produto final com um teor de humidade mais próximo do considerado ideal (logo a um produto final de melhor qualidade). Adicionalmente, se todas as medidas de melhoria forem conjugadas atingir-se-á uma poupança energética, a qual pode chegar a ser de 63,81%.This study was conducted in an industrial setting during an academic internship. It involved a real medicinal flower drying facility and focused on improving the respective drying process. In the initial phase, certain deficiencies in the drying process were identified, such as the lack of uniformity in the drying room environment (in terms of airspeed, temperature, and relative humidity) and a somewhat aggressive drying protocol, both of which had a significant impact on the quality of the final product.The objective of this study is to enhance the current drying process of a medicinal flower in order to: (i) achieve the highest possible product quality; (ii) ensure uniformity across the entire final product, regardless of the batch it belongs to and its location within the drying tray in which it was dried; and (iii) carry out the drying cycles with low energy consumption.An improvement study of the ventilation system in the drying room was conducted using dynamic computational simulation (CFD). The current configuration of the drying room was simulated, and five alternative layouts for the supply and exhaust grilles were analyzed. A new arrangement of these grilles was determined to have significantly better performance compared to the current configuration.A test was conducted using an alternative drying protocol, which involved altering the indoor air conditions in the drying room. These conditions changed from air at 30°C with 10% relative humidity (current protocol) to 18°C with 60% relative humidity (alternative protocol). As a result, there was an improvement in the thermal-hygrometric homogeneity inside the room, even with the current layout of the supply and exhaust grilles. Consequently, in a real test with the HVAC system operating with 30% fresh air and 70% recirculated air, the energy consumption of the room was reduced by 37.5%, and there was better uniformity in the characteristics of the final product. The final product also exhibited a moisture content much closer to its ideal value compared to the current protocol, indicating a higher quality final product.Although the drying cycle duration is 88 hours in the current protocol and 208 hours in the alternative protocol, this does not pose a real disadvantage since the flower's growth cycle lasts significantly longer than 208 hours.Upon the realization that the drying room is significantly oversized compared to the production capacity of the medicinal flower, an analysis was conducted to consider dividing it into two separate rooms. In order to reduce the supply air flow while maintaining the same number of air exchanges, it was decided to lower the ceiling height of the two "new rooms" from 4 to 2 meters. With these alterations, and for the same number of air exchanges (17.5 air changes per hour), the air supply flow decreased from 6,000 m3/h (current room) to 3,475 m3/h (two "new rooms"). Consequently, an energy cost savings of 42.07% was achieved.It is believed that the proposed objectives have been achieved, as the recommended improvement measures, if implemented, will lead to greater uniformity in the indoor environment of the drying room (resulting in greater uniformity in the moisture content of the final product) and a final product with moisture content closer to the ideal level (indicating a higher quality final product). Additionally, if all the improvement measures are combined, an energy savings of up to 63.81% can be achieved
Síntese e elucidação estrutural de uma série de derivados quirais nitro como agentes antimicrobianos promissores
No full textDissertação de Mestrado em Química Medicinal apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAo longo dos últimos anos, o estudo da quiralidade e da enantiosseletividade na atividade biológica tem ganho uma importância crescente na indústria farmacêutica. Em 2010, apenas foram aprovados como novas entidades moleculares em todo o mundo fármacos quirais como enantiómeros puros revelando assim a importância da quiralidade e enantiosseletividade nos dias de hoje. O comportamento diferente dos enantiómeros em termos de farmacodinâmica, farmacocinética e toxicidade faz com que se considerem como dois compostos independentes.As xantonas são compostos heterocíclicos com um esqueleto de dibenzo-y-pirona como estrutura básica. São constituintes típicos dos líquenes, embora também ocorram em microrganismos e plantas superiores. A natureza fornece um elevado número de compostos derivados de xantonas, mas o desenvolvimento de novas metodologias sintéticas permite a criação de novas estruturas químicas mais complexas com grupos funcionais diversos.Ao longo dos anos, moléculas que contêm grupos nitro têm sido amplamente estudadas e compostos bioativos valiosos são utilizados na terapêutica. O grupo nitro está envolvido em reações redox no interior das células, que conduzem à toxicidade e à subsequente morte de microrganismos, incluindo bactérias e organismos multicelulares como os parasitas. Assim, a maioria dos fármacos nitro tem eficácia antimicrobiana. Os esforços atuais para criar compostos nitro bioativos como candidatos clínicos refletem um ressurgimento do interesse por este tipo de compostos. Além disso, os fármacos com grupos nitro que falharam anteriormente estão a ser investigados ao pormenor como parte de um programa de reaproveitamento de fármacos.Este trabalho descreve a síntese total de uma série de derivados de xantonas, através de diferentes abordagens sintéticas, e o subsequente acoplamento a blocos de construção comerciais quirais que incluem grupos nitro. A estrutura de todos os derivados nitro sintetizados foi elucidada usando técnicas espectroscópicas (1H RMN, 13C RMN e IV).O trabalho futuro incluirá a avaliação da atividade antimicrobiana, assim como estudos de relação estrutura-atividade e enantiosseletividade.Over the last years, the study of chirality and enantioselectivity in biological activity has gained increasing importance in the pharmaceutical industry. In 2010, only chiral drugs as single enantiomers were worldwide approved as new molecular entities thus revealing the importance of chirality and enantioselectivity today. The different behavior of enantiomers in pharmacodynamics, pharmacokinetics, and toxicity makes one look at the enantiomers as two independent compounds.Xanthones are heterocyclic compounds having a dibenzo-y-pyrone skeleton as the basic structure. They are typical constituents of lichens but also occur in microorganisms and higher plants. Nature provides a high number of xanthone-derived compounds, but the development of new synthetic methodologies allows the creation of new and more complex chemical structures with diverse functional groups.Over the years, compounds containing nitro groups have been widely studied and valuable bioactive compounds are used in therapeutics. The nitro group is involved in redox reactions within cells, which lead to toxicity and the subsequent death of microorganisms, including bacteria and multicellular organisms like parasites. Thus, most of the nitro drugs have antimicrobial efficacy. Current efforts to create novel bioactive nitro molecules as clinical candidates reflect a resurgence in interest in this kind of compounds. Moreover, previously failed nitro drugs are being reinvestigated in detail as part of a drug repurposing program.This work describes the total synthesis of a series of xanthone derivatives, by different synthetic approaches, and subsequent coupling to commercial chiral building blocks comprising nitro groups. The structure of all the synthesized nitro derivatives was elucidated using spectroscopic techniques (1H NMR, 13C NMR, and IR).Future work will include the evaluation of antimicrobial activity as well as structure-activity relationship and enantioselectivity studies.FC
Uma abordagem de Bioinformática para a descoberta de medicamentos
No full textDissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaDrug discovery involves several sequential stages, including target and lead discovery, pre-clinical evaluation, clinical trials, and subsequent registries. Throughout these phases, rigorous assessments of the toxicity and safety are conducted. However, the identification of compounds with toxicity issues incurs substantial resource, time, and financial costs, often resulting in their elimination from development. Consequently, computational methods for toxicity prediction have emerged as promising solutions and have gained significant attention in recent years.With the proliferation of big data and advancements in Artificial Intelligence (AI), various algorithms have been optimized and applied in the field of drug toxicity to enhance efficiency. Machine Learning (ML) and Deep Learning (DL) techniques, which are prominent subfields of AI, have garnered widespread usage. In this study, we exploited the recent surge in algorithmic development and computational power to construct a more robust and high-performance model for predicting drug compound toxicity.The research study followed a comprehensive methodology consisting of data collection, extraction and selection of drug and target features, model training, and evaluation. Our investigation revealed that the best-performing model, a Deep Neural Network (DNN), achieved an R² value of 0.85 in the test set and 0.42 on the validation set comprising previously unseen drugs. To assess its efficacy, we compared the performance of our proposed method with of those other established ML techniques. Additionally, different target classes were trained separately using the DNN to gain insight into their respective influences on toxicity prediction. Finally, we benchmarked our DNN against state-of-the-art algorithms. By leveraging the power of big data and AI techniques, we present a powerful and efficient approach for identifying toxic compounds early in the drug discovery process, potentially reducing resource wastage, and expediting the development of safe and effective drugs.A descoberta de medicamentos envolve várias etapas sequenciais, incluindo a descoberta do alvo e da substância líder, avaliação pré-clínica, ensaios clínicos e subsequentes registos. Ao longo dessas fases, são realizadas avaliações rigorosas da toxicidade e segurança. No entanto, a identificação de compostos com problemas de toxicidade incorre em custos substanciais de recursos, tempo e financeiros, resultando frequentemente na eliminação do seu desenvolvimento. Como consequência, os métodos computacionais para a previsão de toxicidade têm surgido como soluções promissoras e têm recebido grande atenção nos últimos anos.Com a proliferação de grandes volumes de dados e os avanços em Inteligência Artificial (IA), vários algoritmos têm sido otimizados e aplicados no campo da toxicidade de medicamentos para aumentar a eficiência. Técnicas de Aprendizado de Máquina (AM) e Aprendizado Profundo, que são subcampos proeminentes da IA, têm ganhado ampla utilização. Neste estudo, exploramos o recente aumento no desenvolvimento algorítmico e na capacidade computacional para construir um modelo mais robusto e de alto desempenho para prever a toxicidade de compostos medicamentosos.O estudo de pesquisa seguiu uma metodologia abrangente, consistindo na coleta, extração e seleção de dados das características dos medicamentos e alvos, treinamento e avaliação do modelo. A nossa investigação revelou que o modelo de melhor desempenho, uma Rede Neural Profunda (RNP), alcançou um valor de R² de 0.85 no conjunto de teste e 0.42 no conjunto de validação, que incluía medicamentos não vistos anteriormente. Para avaliar a sua eficácia, comparamos o desempenho do nosso método proposto com o de outras técnicas de AM estabelecidas. Além disso, diferentes classes de alvos foram treinadas separadamente usando a RNP para obter compreensão sobre suas respetivas influências na previsão de toxicidade. Finalmente, comparamos a nossa RNP com algoritmos de ponta. Ao aproveitar o poder dos grandes volumes de dados e das técnicas de IA, apresentamos uma abordagem poderosa e eficiente para identificar compostos tóxicos no início do processo de descoberta de medicamentos, potencialmente reduzindo o desperdício de recursos e acelerando o desenvolvimento de medicamentos seguros e eficazes
Desvendar a função neuronal da IgLON5, uma molécula de adesão não caracterizada
No full textDissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaCell adhesion molecules (CAMs) mediate key aspects of neuronal function, including synaptic formation, structure and plasticity. Thus, defects in CAM's function can lead to severe neurological disorders. Namely, IgLON5, a glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored CAM belonging to the Immunoglobulin superfamily (IgSF), has been recently linked to an atypical autoimmune encephalitis affecting the central nervous system (CNS). This condition is known by anti-IgLON5 disease and it is characterized by the presence of autoantibodies against IgLON5 (anti-IgLON5 IgGs) in the patient’s serum or cerebrospinal fluid (CSF) and signs of neurodegeneration, which leads to its high mortality rate.Consistently, previous work has shown that incubation with anti-IgLON5 IgGs in cultured neurons induced synaptic activity impairment, accumulation of pTau, and neurodegeneration. Moreover, the IgLON family is known to mediate essential processes of neuronal function. These observations support the idea that IgLON5 has critical functions in the brain. However, this has never been explored before.Taking this into account, I have characterized the function of IgLON5 in critical aspects of neuronal function, such as neuronal outgrowth, synapse modulation and neuronal survival by using gain- and loss-of-function approaches in cortical and hippocampal neurons. These methods allow us to assess the cell-autonomous effects of IgLON5. Additionally, to investigate the possibility of non-cell-autonomous IgLON5 activity, I have also conducted an experiment with incubation with the ectodomain of IgLON5.This work demonstrated that IgLON5 has different expression patterns in cortical and hippocampal neurons and that it localizes to synaptosomes from adult mouse hippocampi. This protein also showed to mediate key aspects of neuronal function in cortical and hippocampal neurons, however, in distinct ways. In cortical neurons, IgLON5 has an inhibitory effect in neuronal outgrowth and is a negative regulator of excitatory and inhibitory synapses. In addition, I observed that it is not involved in synaptogenesis. In hippocampal neurons, preliminary results showed that IgLON5 overexpression has a negative effect specifically on axonal growth and, on the other hand, positively regulates excitatory synapses. Furthermore, IgLON5 did not affect neuronal survival.Altogether, this work sheds light into the function of IgLON5, an uncharacterized CAM with great clinical relevance. This could lead to a better understanding of the pathological mechanisms induced by anti-IgLON5 IgGs and pave the way for the development of potential therapeutic strategies, as the current interventions have no positive outcomes. Moreover, it will significantly enhance our comprehension of IgLON5 as a novel regulator of neuronal function, which will undoubtedly contribute to the advancement of our understanding of its neurobiology and its impact on neurological disorders.As moléculas de adesão celular (CAM) medeiam aspectos fundamentais da função neuronal, incluindo a formação sináptica, a sua estrutura e plasticidade. Assim, defeitos na função das CAMs podem levar a distúrbios neurológicos graves. Nomeadamente, a IgLON5, uma CAM ancorada por uma ligação de glicosilfosfatidilinositol (GPI), pertencente à superfamília das imunoglobulinas (IgSF), foi recentemente associada a uma encefalite autoimune atípica que afecta o sistema nervoso central (SNC). Esta condição é conhecida por doença anti-IgLON5 e caracteriza-se pela presença de auto-anticorpos contra IgLON5 (IgGs anti-IgLON5) no soro ou no líquido cefalorraquidiano (LCR) do doente e por sinais de neurodegeneração, o que conduz à sua elevada taxa de mortalidade.Trabalhos anteriores demonstraram que a incubação com IgGs anti-IgLON5 derivados de pacientes em neurónios em cultura induziu uma diminuição da atividade sináptica, acumulação de pTau e neurodegeneração. Além disso, a família de proteínas IgLON é conhecida por mediar processos essenciais da função neuronal. Estas observações apoiam a ideia de que o IgLON5 tem funções críticas no cérebro. No entanto, essas funções nunca foram exploradas.Neste estudo, eu caracterizei a função da IgLON5 em aspectos críticos da função neuronal, como crescimento neuronal, modulação de sinapses e sobrevivência neuronal, utilizando métodos de ganho e perda de função em neurónios do córtex e hipocampo. Estes métodos permitem-nos avaliar os efeitos da função autónoma da IgLON5, na célula onde é produzida. Além disso, para investigar a possibilidade de uma atividade celular não autónoma da IgLON5 (sobre outras células), realizei também uma experiência de incubação com o ectodomínio da IgLON5.Este trabalho demonstrou que a IgLON5 tem diferentes padrões de expressão em neurónios do córtex e hipocampo e que se localiza em sinaptossomas de hipocampos de murganhos adultos. Esta proteína também demonstrou mediar aspectos chave da função neuronal em culturas primárias de neurónios do córtex e hipocampo, no entanto, de formas distintas. Em neurónios do córtex, a IgLON5 tem um efeito inibitório no crescimento neuronal e é um regulador negativo das sinapses excitatórias e inibitórias. Além disso, não está envolvida na sinaptogénese. Em neurónios de hipocampo, resultados preliminares mostraram que a sobreexpressão da IgLON5 tem um efeito negativo especificamente no crescimento axonal e, por outro lado, regula positivamente as sinapses excitatórias. Além disso, a IgLON5 mostrou não afectar a sobrevivência neuronal.Em suma, este trabalho investiga a função neuronal da IgLON5, uma CAM não caracterizada e com grande relevância clínica, o que poderá levar a uma melhor compreensão dos mecanismos patológicos induzidos pelas IgGs anti-IgLON5. Este estudo e a compreensão da função fisiológica da IgLON5 poderão abrir caminho para o desenvolvimento de potenciais estratégias terapêuticas necessárias, uma vez que os tratamentos actuais não têm resultados positivos no tratamento da doença anti-IgLON5. Além disso, melhorará significativamente a nossa compreensão da IgLON5 como um novo regulador da função neuronal, o que contribuirá para o avanço da nossa compreensão da neurobiologia e do seu impacto nas doenças neurológicas.FCTFCTFC
Use of commercial xylanases in the bleaching process of eucalyptus kraft pulps under real conditions
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaWith the goal of reducing the amount of chlorine dioxide and the consequent formation of organochlorine compounds in the kraft pulp bleaching process, the use of enzymes such as xylanases emerges as one of the technological alternatives. Thus, this study aimed to investigate the effect of applying a commercial xylanase under real conditions, i.e., in the treatment of an industrially pre-delignified oxygen-delignified pulp with its respective carryover (liquid associated with the pulp containing residual organic compounds). To study the effect of this carryover and to evaluate the best operational conditions for enzyme action (pH, enzyme dosage, operation time), an additional laboratory washing was performed on this pulp. In both pulps, after enzymatic treatment, semi-bleaching sequence was applied with a chlorine dioxide stage and an alkaline extraction stage reinforced with hydrogen peroxide (D0Ep sequence).The enzymatic activity of the commercial xylanase under study was determined over a wide range of pH (5 to 11) and temperatures (50 to 90°C). It was concluded that the enzyme has maximum activity between pH 6 and 7 at a temperature of 70°C, and it decreases outside of this range. It was also found that the enzyme is thermophilic, with maximum activity between 70 and 80°C, decreasing at higher temperatures. Furthermore, enzyme stability was studied (1 hour at 75°C), showing a stability loss of 49% in optimal pH (pH 7), being this value higher than the loss obtained at pH 10 (39%).To assess the performance of the xylanase, tests were conducted with (i) washed pulp using buffers at pH 7, pH 9, and pH 10, with enzyme dosages ranging from 100 to 500 g/t; (ii) pulp with carryover (pH ~10), enzyme dosage of 300 and 500 g/t; (iii) pulp with carryover with pH adjusted to 9 and an enzyme dosage of 300 g/t; (iv) operation times of 30 and 60 minutes. For all operating conditions, control pulps were produced (without enzyme), with a constant chlorine dioxide charge of 2.1%, as active chlorine, in the semi-bleaching (D0Ep pulps). In the pulps with enzymatic treatment (XD0Ep pulps), the amount of chlorine dioxide was reduced according to the conditions used in the X stage (pH, enzyme dosage, etc.), being 10% savings in this reagent the minimum value to compensate for the additional costs related to the acquisition of xylanase and the loss of pulp yield.The effectiveness of enzyme was higher at pH 7, as expected, in reducing kappa number (#K) and hexenuronic acid (HexA) content. For higher pH values, a positive effect of the xylanase on brightness was observed, even in situations where the reduction in #K was very low. This result may indicate that this xylanase acts on the xylan located on the surface of the fibers and/or on the part of xylan with a lower amount of HexA, resulting in little impact on #K but allowing for more effective accessibility of subsequent reagents, leading to some savings in reagents and increased brightness. The evaluation of the pentosan content in the pulps allowed to infer that xylanase causes a loss of 0.4% of these hemicelluloses, which results in a loss of pulp yield.The results of tests (i) and (ii), both at pH 10 with identical enzyme dosages, were not significantly different, and it was not evident that the carryover had a significant negative effect on the xylanase effectiveness. The predominant factor appears to be the excessively high pH. In fact, the results of tests with the carryover pH adjusted to 9 were more satisfactory, with brightness improving with increasing enzyme dosage (and with approximately 10% chlorine dioxide savings). It was also evident that the most suitable enzyme dosage (150 to 200 g/t) depends on the pH value, correlating positively: the pulps showed higher brightness and similar values to the control at pH 9 with enzyme dosages between 100 and 150 g/t; at pH 10, the highest brightness was achieved with an enzyme dosage of 150 g/t; for tests with pulp and carryover, the brightness value only approached the control value for a higher enzyme dosage - 200 g/t. Regarding the effect of operation time, the results were somewhat contradictory: using 30 minutes and pH 9 resulted in slightly higher brightness than the 60-minute treatment, but for pH 10, there was a significant decrease, indicating that 30 minutes were insufficient.Com o objetivo de reduzir a quantidade de dióxido de cloro, e a consequente formação de compostos organoclorados no processo de branqueamento de pastas kraft, a utilização de enzimas, como xilanases, surge como uma das alternativas tecnológicas. Assim, este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da aplicação de uma xilanase comercial em condições reais, isto é, no tratamento de uma pasta industrial pré-deslenhificada com oxigénio (pasta “O Tal Qual”), contendo o respetivo carryover (líquido associado à pasta com compostos orgânicos residuais). Para estudar do efeito deste carryover e avaliar as melhores condições operatórias para a atuação da enzima (pH, carga enzimática, tempo de operação), efetuou-se uma lavagem laboratorial adicional a esta pasta (pasta “O lavada”). Em ambas as pastas, e após o tratamento enzimático, aplicou-se um semi-branqueamento com um estágio de dióxido de cloro e um estágio de extração alcalina reforçada com peróxido de hidrogénio (sequência D0Ep).Na xilanase comercial em estudo, foi determinada a atividade enzimática, numa gama alargada de pH (5 a 11) e de temperaturas (50 a 90ºC). Concluiu-se que a enzima tem atividade máxima entre pH 6 e 7, à temperatura de 70ºC, e decai fora dessa gama. Comprovou-se que a enzima é termofílica, com atividade máxima entre 70 e 80ºC, decaindo para valores superiores. Para além disso, foi estudada a estabilidade da enzima (1 h a 75ºC) tendo-se observado uma perda de atividade de 49% no pH ótimo (pH 7), sendo este valor superior à perda verificada a pH 10 (39%). De modo a avaliar o desempenho da xilanase, foram realizados ensaios com i) pasta “O lavada” usando tampão a pH 7, pH 9 e pH 10, com cargas enzimáticas entre 100 e 500 g/t; ii) pasta “O Tal Qual” e carryover (pH~10), carga de 300 e 500 g/t; iii) pasta “O Tal Qual” e carryover com pH ajustado para 9 e uma carga de 300 g/t; iv) tempo de operação de 30 e 60 min. Para todas as condições operatórias foram produzidas pastas de controlo (sem enzima), tendo sido aplicado uma carga de dióxido de cloro constante de 2,1%, como cloro ativo, no semi-branqueamento (pastas D0Ep). Nas pastas com tratamento enzimático (pastas XD0Ep), diminuiu-se a quantidade de dióxido de cloro, consoante as condições usadas no estágio X (pH, carga enzimática, etc.), sendo a poupança de 10% neste reagente o valor mínimo para compensar os custos adicionais relativos à aquisição da xilanase e à perda de rendimento em pasta. A eficácia da enzima foi superior a pH 7, como era esperado, na diminuição do índice kappa (IK) e do teor de ácidos hexenurónicos (HexA). Para pH mais elevados, observou-se efeito positivo da xilanase na brancura, mesmo em situações em que a redução de IK era muito baixa. Este resultado pode indiciar que esta xilanase atuará na xilana que estará à superfície das fibras e/ou na parte da xilana que terá uma menor quantidade de HexA, pelo que o IK é pouco afetado, mas a xilanase permitiu uma acessibilidade mais eficaz dos reagentes subsequentes, permitindo alguma poupança de reagentes e o aumento de brancura. A avaliação do teor de pentosanas nas pastas permitiu inferir que a xilanase provoca uma perda de 0,4% nestas hemiceluloses, a qual se repercute numa perda de rendimento em pasta. Os resultados dos ensaios i) e ii), ambos a pH 10 e com cargas enzimáticas idênticas, não foram muito diferentes, não sendo evidente que o carryover tenha um efeito negativo significativo na eficácia da xilanase. O fator preponderante aparenta ser o valor demasiado elevado de pH. De facto, os resultados dos ensaios com o pH do carryover ajustado para pH 9 foram mais satisfatórios, com a brancura a evoluir positivamente com o aumento da carga enzimática (e para igual poupança de dióxido de cloro de ~10%). Ficou também evidenciado que a carga enzimática mais adequada (150 a 200 g/t) depende do pH do ensaio, correlacionando-se positivamente: as pastas apresentam valores de brancura mais elevadas e semelhantes ao controlo para pH 9 e cargas enzimáticas entre 100 e 150 g/t; para pH 10, a brancura mais elevada foi obtida quando se usou uma carga enzimática de 150 g/t; para os ensaios com pasta “O Tal Qual” e carryover, o valor da brancura só se aproximou do valor para a pasta controlo para uma carga enzimática mais elevada - 200 g/t. Em relação ao efeito do tempo de operação, os resultados foram algo contraditórios: usando 30 min e pH 9 obteve-se uma brancura ligeiramente superior ao resultado de 60 min, mas para pH 10 houve uma diminuição significativa, indicando ser 30 min insuficiente
Storage and Blending of Advanced Biofuels
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA industrialização e o aumento da dependência da humanidade dos combustíveis fósseis provocou o aumentou da pegada carbónica, com consequências severas para o clima do nosso planeta. O uso de biocombustíveis tem sido um ponto de partida para a redução da utilização dos combustíveis fósseis, contribuindo assim para um futuro mais ecológico.A PRIO tem vindo a apostar em projetos baseados em necessidades e em ideias para a redução da pegada carbónica. Um desses projetos é o projeto TKBIOS2. Este vincula a utilização de novos e dos já existentes biocombustíveis nas misturas de combustíveis utilizados pelos utilizadores finais, reduzindo assim a percentagem de utilização da gasolina e do gasóleo, que são combustíveis fósseis.Neste trabalho foram realizadas simulações de mecânica dos fluidos computacional do escoamento nos tanques de mistura, propostos no projeto TKBIOS2, durante o processo de enchimento dos tanques com os componentes da mistura combustível. Este trabalho serve para pré-validação dos instrumentos utilizados para realizar a mistura.É feita uma breve apresentação da evolução do uso dos combustíveis fósseis desde 1800, quais as medidas tomadas na União Europeia para combater as emissões de gases efeitos de estufa e uma explicação de como funcionará o projeto, desde uma breve explicação do projeto global até ao detalhe de funcionamento de mistura.Apesar de todas as limitações neste trabalho, considera-se que foi alcançado o objetivo inicial, tornando-se, assim, uma base para futuros projetos.Industrialization and the increase of humanity’s reliance on fossil fuels has increased our carbon footprint, with severe consequences for our planet climate. The use of biofuels is an important first step to reduce the use of fossil fuels, contributing to a more ecological future.PRIO has been working on needs-based projects and ideas to reduce our carbon footprint. One such project is the TKBIOS2 project. This project entails the use of new and pre-existing biofuels in blends of fuels used by the final costumer, reducing the percentage of use of gasoline and diesel (fossil fuels).In this work were made computational fluid dynamics simulations of the flow in the blend tanks, proposed in the TKBIOS2 project, during the process of filling the tanks with the fuel blends components, two simulation per blend with different inputs. This work serves to pre-validate the instruments used to reach the blend.This work also includes a brief presentation of the evolution of the use of fossil fuels since 1800, the measures the European Union took to fight greenhouse gas emissions, and an explanation of how the project will work, touching the global goal of the TKBIOS2 project and explanation of the mixture system and finally conclusion if is needed more systems to mix or if it is enough.Despite all the work limitations, the initial objective was reached, constituting a basis for future projects.-----------------------------------------------------------------------------------------------
Evaluation of the Seismic Vulnerability of a 1960s Building with Open Storey
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaFenómenos naturais de origem sísmica, estão constantemente a ocorrer, habitualmente com baixa magnitude e, no caso de Portugal, baixa intensidade, o que os torna quase impercetíveis à população, o que contribui para a baixa perceção do risco sísmico. A principal estratégia disponível para reduzir o risco sísmico incide sobre campo da engenharia, através da avaliação de edifícios e reforço dos que apresentem vulnerabilidade inaceitável, chamando à atenção, nomeadamente para os anteriores à década de 1980, altura em que a atenção à ação sísmica ao nível de projeto de estabilidade, era insuficiente ou ignorada.A presente dissertação tem como principal objetivo a avaliação da vulnerabilidade sísmica de um bloco de um edifício existente em betão armado, da década de 1960 (construção concluída na década seguinte), afeto aos Departamentos de Física e Química da Universidade de Coimbra. Nesse sentido, foi utilizada a nova legislação relativa à avaliação da vulnerabilidade sísmica de estruturas existentes, a Portaria n. º302/2019, que reporta para a Parte 3 do Eurocódigo 8. Numa fase inicial, são apresentadas as condições avançadas na regulamentação nacional que foram necessárias para este estudo.De modo a cumprir o objetivo foi necessário reunir um conjunto de informação abrangente, que permitisse caracterizar e interpretar o edifício de forma o mais aproximada possível à realidade. Para tal, ao longo do estudo, sobretudo na fase inicial, foi recolhida documentação no Arquivo da Universidade de Coimbra e foram realizadas inspeções ao edifício. Este estudo, teve por base o projeto estrutural de 1962, que devido ao prolongamento da fase de construção sofreu alterações (sobre as quais não foi encontrada documentação direta). Neste projeto original, apesar de incluir detalhes curiosos, é notável uma pormenorização dos elementos estruturais que procura proporcionar alguma ductilidade ao betão armado, mas não aquela que hoje se sabe ser possível de conseguir e ser conveniente conseguir para se ter um comportamento sísmico adequado. Além disso, apresenta irregularidades estruturais que afetam a resposta do edifício durante uma ação sísmica, reduzindo a previsibilidade da resposta sísmica para grandes deformações.Reunida a informação, procedeu-se à modelação numérica da estrutura no programa “SeismoStruct”, dedicado à análise sísmica no domínio não linear. Para a avaliação, aplicou-se uma análise estática não linear (método de referência para projeto corrente da Parte 3 da EC8). Este programa monitoriza a capacidade resistente, tanto em termos de esforços como de deformações, ao longo do processo de “incremento” das cargas laterais (o parâmetro que normalmente incrementa é o deslocamento do nó de controlo, as cargas laterais podem aumentar ou baixar). Por último, são estudadas duas soluções de reforço que visam conseguir uma melhor compreensão das fragilidades da estrutura existente, mais do que propor soluções realistas de reforço.Natural seismic phenomena are constantly occurring, usually with low magnitude and, in the case of Portugal, low intensity, which makes them almost imperceptible to the population, contributing to a low perception of seismic risk. The main available strategy to reduce seismic risk focuses on the field of engineering, through the assessment of buildings and the strengthening of buildings with unacceptable vulnerability, particularly highlighting those built before the 1980s when attention to seismic action at the design project level was insufficient or igonored.The main objetivee of this dissertation is to assess the seismic vulnerability of a block of an existing reinforced concrete building from the 1960s (construction completed in the following decade) that houses the Department of Physics and Chemistry at the University of Coimbra. In this regard, the new legislation concerning the assessment of seismic vulnerability of existing structures, Portaria n.º 302/2019, referencing Part 3 of Eurocode 8 was used. In the initial phase, the conditions in national regulation necessary for this study are presented.To fulfill the objective, it was necessary to gather comprehensive information that would allow for a characterization and interpretation of the building as close to reality as possible. To achieve this, throughout the study, especially in the initial phase, documentation was collected from the University of Coimbra Archives, and inspections of the building were carried out. This study was based on the structural project design from 1962, which underwent changes due to the extended construction phase (for which no direct documentation was found). In this original project design, despite including interesting details, there is a noticeable detailing of structural elements that seeks to provide some ductility to reinforced concrete but not to extent that is now known to be achievable and advisable for proper seismic behavior. Additionally, it exhibits structural irregularities that affect the building’s response during a seismic action, reducing the predictability of the seismic response for large deformations.Once the information gathered, the structure was numerically modeled using the “SeismoStruct” software, dedicated for nonlinear domain analyses. For the assessment, a nonlinear static analysis was applied (the reference method for current design project in Part 3 of EC8). This program monitor the resistance capacity, both in terms of forces and deformations, throughout the “increment” process of lateral loads (the parameter that typically increases is the displacement of the control node, while lateral loads may increase or decrease). Finally, two strengthening solutions are studied to gain a better understanding of the weaknesses of the existing structure, rather than proposing realistic reinforcement solutions