Cerium oxide has been used extensively for various applications over the past two decades. The use of cerium oxide nanoparticles is beneficial in present applications and can open avenues for future applications. The present study utilizes the microemulsion technique to synthesize uniformly distributed cerium oxide nanoparticles. The same technique was also used to synthesize cerium oxide nanoparticles doped with trivalent elements (La and Nd). The fundamental study of cerium oxide nanoparticles identified variations in properties as a function of particle size and also due to doping with trivalent elements (La and Nd). It was found that the lattice parameter of cerium oxide nanoparticles increases with decrease in particle size. Also Raman allowed mode shift to lower energies and the peak at 464 cm-1 becomes broader and asymmetric. The size dependent changes in cerium oxide were correlated to increase in oxygen vacancy concentration in the cerium oxide lattice. The doping of cerium oxide nanoparticles with trivalent elements introduces more oxygen vacancies and expands the cerium oxide lattice further (in addition to the lattice expansion due to the size effect). The lattice expansion is greater for La-doped cerium oxide nanoparticles compared to Nd-doping due to the larger ionic radius of La compared to Nd, the lattice expansion is directly proportional to the dopant concentration. The synthesized cerium oxide nanoparticles were used to develop an electrochemical biosensor of hydrogen peroxide (H2O2). The sensor was useful to detect H2O2 concentrations as low as 1µM in water. Also the preliminary testing of the sensor on tomato stem and leaf extracts indicated that the sensor can be used in practical applications such as plant physiological studies etc. The nanomolar concentrations of cerium oxide nanoparticles were also found to be useful in decreasing ROS (reactive oxygen species) mediated cellular damages in various in vitro cell cultures. Cerium oxide nanoparticles reduced the cellular damages to the normal breast epithelial cell line (CRL 8798) induced by X-rays and to the Keratinocyte cell line induced by UV irradiation. Cerium oxide nanoparticles were also found to be neuroprotective to adult rat spinal cord and retinal neurons. We propose that cerium oxide nanoparticles act as free radical scavenger (via redox reactions on its surface) to decrease the ROS induced cellular damages. Additionally, UV-visible spectroscopic studies indicated that cerium oxide nanoparticles possess auto-regenerative property by switching its oxidation state between Ce3+ and Ce4+. The auto-regenerative antioxidant property of these nanoparticles appears to be a key component in all the biological applications discussed in the present study.

The antioxidant activity of novel drugs has been of increasing interest in recent years. Free radicals are linked as a cause to many diseases such as atherosclerosis and cancer,1 so development of drugs that can scavenge and break down free radicals is needed. One such potential solution is using dopamine, which is water-soluble and an antioxidant. However, the tendency of antioxidant drugs reacting undesirably with proteins and other biochemical compounds is a big issue for the drugs' antioxidant potential. One solution is by encapsulating the antioxidant compound in biocompatible polymer nanoparticles. In this project, dopamine is bound to the polymer polyacrylic acid (PAA) and spherical PAA-dopamine nanoparticles were synthesized. Following their synthesis, the nanoparticles were characterized by Dynamic Light Scattering (DLS), Transmission Electron Microscope (TEM), and Fourier-Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy and were shown to have an average size of 90 nm after dialysis cleaning. Finally, their hydroxyl radical (OH·) scavenging ability was tested through pH changes and fluorescence, and the data acquired suggests possible radical scavenging potential.

<p>Of the pattern recognition receptors involved in innate immunity, the class A Scavenger receptors are involved in the recognition and clearance of bacteria, yeast, and senescent molecules. Previous research has implicated the intracellular region of these receptors as essential for the clearance of these substances via endocytosis. In this work, I used a bioinformatic approach to define the evolutionary history of the class A Scavenger receptor family while elucidating areas of conservation within the cytoplasmic domains of these proteins. With this information, in addition to further predictions of post translational modifications and potential docking motifs for interacting proteins, I conducted molecular biology experiments to study the in vitro functionality of the macrophage receptor with collagenous domain (MARCO), a member of the class A Scavenger receptors.</p> <p>Evolutionary analyses of the 5 class A Scavenger receptors identified a shared ancestry between these proteins and allowed me to postulate that 4 distinct gene du- plication events in addition to subsequent domain fusions, internal repeats, and dele- tions are responsible for the diverse protein structures and functions of this family. Despite some variation in domain structure, I found highly conserved regions across all 5 members, including a negatively charged region in the cytoplasmic domain. Further analyses of MARCO across organisms identified other conserved regions, in- cluding 2 residues predicted to be ubiquitinated, sumoylated, or phosphorylated by in silico predictive methods. However, molecular biology experiments demonstrated that these post translational modifications to not occur in the steady state. Addi- tional in vitro experiments, including isolations of MARCO and an artifical construct containing only the intracellular regions of the protein, were unable to identify any candidate adaptor binding proteins. Further research is needed to determine whether modifications in this region occur in the presence of bound ligands and/or known co-receptors.</p> / Master of Science (MSc)

<p><strong>A compatible interface between a biomedical material and host tissue is paramount to the continual function and life-span of medical devices that reside in the body. However, the unfavourable host response that ensues when foreign materials inhabit the body must be overcome for sophisticated medical devices, such as artificial organs and real-time biosensors, to be used clinically. My thesis research commenced with a search to find a pharmaceutical compound that could be incorporated into a medical device to suppress the accumulation of fibrous tissue. A prolyl hydroxylase inhibitor, a drug developed to inhibit collagen synthesis, was found to be effective at inhibiting collagen deposition within and on the outer surface of a poly(lactic-glycolic acid) disc, and also limited connective tissue ingrowth. Furthermore, the drug suppressed Scavenger Receptor A (SRA) expression on a macrophage-like cell culture, a receptor known to contain a collagenous domain. The latter finding prompted a review of the literature, upon which it was discovered that SRA mediates leukocyte adhesion and binding to an assortment of materials, such as silica, modified polystyrene, titanium, and iron(III) oxide. As a result, a series of studies were initiated to investigate whether leukocytes use SRA to detect a range of different biomedical materials. Consequently, we found that SRA contributes very little to leukocyte binding of two common medical polymers, polystyrene and poly(lactic-co-glycolic acid), but may interact with the materials to affect the cytokine profile in the local environment. In a subsequent study, SRA was found to be crucial to the leukocyte binding of polyanionic hydrogels. In summary, we have identified a unique pharmaceutical strategy for suppressing the accumulation of fibrous tissue on medical devices in vivo, and uncovered a mechanism of leukocyte stimulation in response to incubation with biomedical materials that the material science research community was not previously aware of. </strong></p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Ziel dieser Dissertationsschrift war es, die Effekte des oxidativen Stresses in Form von oxLDL auf die Expression der atherogenen Scavenger-Rezeptoren CD36, SR-BI, des Transkriptionsfaktors PPARγ und pro-inflammatorischer Zytokine zu untersuchen. Die durchgeführten Untersuchungen beruhen auf der Annahme, dass modifizierte LDL durch Induktion der genannten Scavenger-Rezeptoren und nachfolgende unregulierte Aufnahme in Makrophagen mit Bildung von Schaumzellen entscheidend zur Entwicklung einer Atherosklerose beitragen. Dabei scheint vor allem die im Rahmen des oxidativen Stresses auftretende oxidative Modifizierung der LDL eine Rolle zu spielen. Oxidativem Stress wird in der Pathogenese vieler Krankheiten eine Bedeutung zugesprochen, deren pathobiochemische Grundlagen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind und zu deren Erforschung diese Dissertation beitragen sollte. Im ersten Versuchsteil wurden deshalb in vitro – Versuche zu Expressionsraten oben genannter Rezeptoren durchgeführt. Dabei wurden Hypochlorit-oxidierte LDL genutzt, denen im Gegensatz zu den in vielen Versuchen verwendeten Kupfer-oxidierten LDL auch in vivo eine pathophysiologische Relevanz zukommt. Desweiteren ist bekannt, dass Diabetiker neben einem hohen Risiko an Atherosklerose zu erkranken, auch laborchemisch erhöhte Marker des oxidativen Stresses zeigen, inklusive einer gesteigerten Menge an zirkulierenden oxLDL. Im zweiten Versuchsteil wurde deshalb ex vivo untersucht, inwiefern LDL, gewonnen von Patienten im prädiabetischen Stadium der gestörten Glukosetoleranz, ähnliche Auswirkungen auf die Expression von Scavenger-Rezeptoren zeigen, wie in den mit Hypochlorit-oxidierten LDL durchgeführten in vitro - Untersuchungen beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass CD36, der für die Aufnahme von oxidativ modifizierten LDL als der bedeutendste Rezeptor gilt, durch Hypochlorit-oxidierte LDL stark induziert wird. Zusammengenommen mit der ebenfalls beobachteten Heraufregulation des Transkriptionsfaktors PPARγ, sowie der signifikanten Korrelation beider Gene kann damit für Hypochlorit-oxidierte LDL eine atherogene Wirkung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse bestätigen zudem die von Nagy und Tontonoz zuerst beschriebene Feed-Forward-Schleife, bei der oxidative LDL über Induktion und Aktivierung von PPARγ die Expression von CD36 erhöhen, mit nachfolgender unregulierter Aufnahme von Cholesterolestern in Makrophagen und subsequenter Bildung von Schaumzellen. Die Versuche zeigen zudem, dass der Scavenger-Rezeptor SR-BI, obwohl strukturell stark mit CD36 verwandt, eine differentielle Regulation aufweist und durch oxidativ modifizierte LDL signifikant supprimiert wird. Eine Induktion durch PPARγ, wie sie eindrucksvoll bei CD36 beobachtet werden kann, ist für SR-BI in den in vitro - Versuchen nicht vorhanden. Mit der in vielen Studien SR-BI, jedoch nicht CD36 zugesprochenen Funktion als Vermittler des HDL-Membranstransports gehen damit auch unterschiedliche Regulationsmechanismen einher. Die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine in murinen Makrophagen wurde durch Hypochlorit-oxidierte LDL im Vergleich mit nativen LDL signifikant vermindert, eine Assoziation mit dem Transkriptionsfaktor PPARγ konnte nicht gefunden werden. Die für die ex vivo - Versuche untersuchten Gruppen der insgesamt 40 Probanden mit gestörter und normaler Glukosetoleranz wiesen, mit Ausnahme eines pathologischen Glukosetoleranztests für IGT-Patienten, in der klinischen Untersuchung, beim Vergleich der Laborparameter, ebenso wie in der Zusammensetzung der LDL keine signifikanten Unterschiede auf. Dennoch fand sich eine signifikante Erhöhung der CD36-Expression in Makrophagen schon nach einstündiger Inkubation mit LDL aus IGT-Patienten im Vergleich zu LDL von Probanden mit normaler Glukosetoleranz. Für die Expressionsraten von SR-BI, PPARγ und die Zytokinausschüttung konnten nur marginale Unterschiede zwischen den Probandengruppen erfasst werden. Auch in den ex vivo – Untersuchungen wiesen eine insignifikante PPARγ - Erhöhung und eine positive Korrelation zwischen PPARγ und CD36 auf die Existenz und Aktivierung der beschriebenen atherogenen Feed-Forward-Schleife auch in IGT-Patienten hin. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertationsschrift die Bedeutung des oxidativen Stresses in der Entwicklung der Atherosklerose, indem erstmals auch für das pathophysiologisch relevante Hypochlorit-oxidierte LDL eine deutliche Expressionssteigerung des Scavenger-Rezeptors CD36 und des Transkriptionsfaktor PPARγ nachgewiesen werden konnte. Zudem zeigen die Experimente, dass bereits bei Patienten im Vorstadium des Diabetes mellitus Typ 2 funktionelle Veränderungen der LDL eingetreten sind, die zu einer verstärkten Atherosklerose führen können und die denen gleichen, die durch künstlich oxidierte LDL ausgelöst werden. Die Versuche liefern damit eine mögliche Erklärung für den bereits epidemiologisch nachgewiesenen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, Atherosklerose und Diabetes mellitus.

Ziel dieser Dissertationsschrift war es, die Effekte des oxidativen Stresses in Form von oxLDL auf die Expression der atherogenen Scavenger-Rezeptoren CD36, SR-BI, des Transkriptionsfaktors PPARγ und pro-inflammatorischer Zytokine zu untersuchen. Die durchgeführten Untersuchungen beruhen auf der Annahme, dass modifizierte LDL durch Induktion der genannten Scavenger-Rezeptoren und nachfolgende unregulierte Aufnahme in Makrophagen mit Bildung von Schaumzellen entscheidend zur Entwicklung einer Atherosklerose beitragen. Dabei scheint vor allem die im Rahmen des oxidativen Stresses auftretende oxidative Modifizierung der LDL eine Rolle zu spielen. Oxidativem Stress wird in der Pathogenese vieler Krankheiten eine Bedeutung zugesprochen, deren pathobiochemische Grundlagen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind und zu deren Erforschung diese Dissertation beitragen sollte. Im ersten Versuchsteil wurden deshalb in vitro – Versuche zu Expressionsraten oben genannter Rezeptoren durchgeführt. Dabei wurden Hypochlorit-oxidierte LDL genutzt, denen im Gegensatz zu den in vielen Versuchen verwendeten Kupfer-oxidierten LDL auch in vivo eine pathophysiologische Relevanz zukommt. Desweiteren ist bekannt, dass Diabetiker neben einem hohen Risiko an Atherosklerose zu erkranken, auch laborchemisch erhöhte Marker des oxidativen Stresses zeigen, inklusive einer gesteigerten Menge an zirkulierenden oxLDL. Im zweiten Versuchsteil wurde deshalb ex vivo untersucht, inwiefern LDL, gewonnen von Patienten im prädiabetischen Stadium der gestörten Glukosetoleranz, ähnliche Auswirkungen auf die Expression von Scavenger-Rezeptoren zeigen, wie in den mit Hypochlorit-oxidierten LDL durchgeführten in vitro - Untersuchungen beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass CD36, der für die Aufnahme von oxidativ modifizierten LDL als der bedeutendste Rezeptor gilt, durch Hypochlorit-oxidierte LDL stark induziert wird. Zusammengenommen mit der ebenfalls beobachteten Heraufregulation des Transkriptionsfaktors PPARγ, sowie der signifikanten Korrelation beider Gene kann damit für Hypochlorit-oxidierte LDL eine atherogene Wirkung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse bestätigen zudem die von Nagy und Tontonoz zuerst beschriebene Feed-Forward-Schleife, bei der oxidative LDL über Induktion und Aktivierung von PPARγ die Expression von CD36 erhöhen, mit nachfolgender unregulierter Aufnahme von Cholesterolestern in Makrophagen und subsequenter Bildung von Schaumzellen. Die Versuche zeigen zudem, dass der Scavenger-Rezeptor SR-BI, obwohl strukturell stark mit CD36 verwandt, eine differentielle Regulation aufweist und durch oxidativ modifizierte LDL signifikant supprimiert wird. Eine Induktion durch PPARγ, wie sie eindrucksvoll bei CD36 beobachtet werden kann, ist für SR-BI in den in vitro - Versuchen nicht vorhanden. Mit der in vielen Studien SR-BI, jedoch nicht CD36 zugesprochenen Funktion als Vermittler des HDL-Membranstransports gehen damit auch unterschiedliche Regulationsmechanismen einher. Die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine in murinen Makrophagen wurde durch Hypochlorit-oxidierte LDL im Vergleich mit nativen LDL signifikant vermindert, eine Assoziation mit dem Transkriptionsfaktor PPARγ konnte nicht gefunden werden. Die für die ex vivo - Versuche untersuchten Gruppen der insgesamt 40 Probanden mit gestörter und normaler Glukosetoleranz wiesen, mit Ausnahme eines pathologischen Glukosetoleranztests für IGT-Patienten, in der klinischen Untersuchung, beim Vergleich der Laborparameter, ebenso wie in der Zusammensetzung der LDL keine signifikanten Unterschiede auf. Dennoch fand sich eine signifikante Erhöhung der CD36-Expression in Makrophagen schon nach einstündiger Inkubation mit LDL aus IGT-Patienten im Vergleich zu LDL von Probanden mit normaler Glukosetoleranz. Für die Expressionsraten von SR-BI, PPARγ und die Zytokinausschüttung konnten nur marginale Unterschiede zwischen den Probandengruppen erfasst werden. Auch in den ex vivo – Untersuchungen wiesen eine insignifikante PPARγ - Erhöhung und eine positive Korrelation zwischen PPARγ und CD36 auf die Existenz und Aktivierung der beschriebenen atherogenen Feed-Forward-Schleife auch in IGT-Patienten hin. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertationsschrift die Bedeutung des oxidativen Stresses in der Entwicklung der Atherosklerose, indem erstmals auch für das pathophysiologisch relevante Hypochlorit-oxidierte LDL eine deutliche Expressionssteigerung des Scavenger-Rezeptors CD36 und des Transkriptionsfaktor PPARγ nachgewiesen werden konnte. Zudem zeigen die Experimente, dass bereits bei Patienten im Vorstadium des Diabetes mellitus Typ 2 funktionelle Veränderungen der LDL eingetreten sind, die zu einer verstärkten Atherosklerose führen können und die denen gleichen, die durch künstlich oxidierte LDL ausgelöst werden. Die Versuche liefern damit eine mögliche Erklärung für den bereits epidemiologisch nachgewiesenen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, Atherosklerose und Diabetes mellitus.

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A Economia Solidária (ES) é uma forma alternativa de pensar a atividade econômica em que valores como equidade, solidariedade e cooperação estão no centro das relações dos agentes. Os empreendimentos econômico-solidários trazem em seu cerne os valores preconizados pela ES e embrenham no desafio de construir uma forma diferenciada de produção e distribuição dos resultados do trabalho. Contudo, atuam em um mercado guiado pela racionalidade concorrencial e nesse contexto surge a indagação sobre como alinhar as necessidades de competitividade demandadas pelo mercado, com os princípios da organização econômico-solidária. Assim, o objetivo do trabalho é analisar a organização e a gestão de empreendimentos autogestionários, destacando as práticas distintivas, comparativamente aos modelos teóricos de organização e gestão, que permitem conciliar as demandas concorrenciais com os princípios solidários. Aplicando a metodologia de observação participante em três cooperativas de catadores de materiais recicláveis, o trabalho destaca, entre outras, três práticas distintivas centrais: a configuração coletiva do processo de tomada de decisão e gestão, que requer uma série de outras características, tais como, acesso à informação e conhecimento de causa; os critérios utilizados na tomada de decisão consideram os diversos objetivos dos interessados além do objetivo de desempenho econômico; e há a possibilidade de negociação sobre a produtividade do trabalho. Apresenta-se detalhadamente a organização das três cooperativas estudadas, descrevendo a configuração produtiva, a estrutura do processo decisório, o controle operacional e a distribuição das sobras. / Solidarity Economy (ES) is an alternative way of thinking of the economic activity where values as fairness, solidarity and cooperation are at the center of agents relation. The Social Enterprises are economic ventures that brings in their heart the principles of the ES and engage on the challenge of construct a differently way of production, considering new ways of work relation and organization, and results distribution. However, this ventures operate on a competitive market, where the predominant rationality is the competition and not the cooperation or solidarity. On this context the main goal of this research is to analyze the production organization and the management process of the self-management enterprises and highlight the distinctive aspects on management and/or work organization, compared to the theoretical models. Participant observation methodology was applied within three Scavengers Cooperatives (sorting of recycling materials). The paper highlights, among others, three central distinct practices: the collective configuration of the decision-making process and management that requires a number of other characteristics, such as, free information access and knowingly of the facts of the enterprise; the criteria used in the decision making that consider several objectives of stakeholders beyond the scope of economic performance; and the possibility of negotiate the work productivity. The research presents the organization of the three cooperatives studied in details, describing the production configuration, the structure of the decision making process and the operational control and distribution of surplus.

<p>Antisense oligonucleotides (ODN) may interfere in gene expression on the basis of hybridising to its complementary messenger RNA (mRNA) sequence in the cell thereby preventing the synthesis of the peptide. Therefore, these ODNs may be potential drugs to treat human diseases by “knocking down” the expression of responsible genes or correcting the maturation process of mRNA in the field called antisense therapy. Moreover, antisense ODNs upon labelling are also potential imaging agents to monitor gene expression <i>in vivo</i>, i.e. to accomplish <i>in vivo</i> hybridisation. This would provide a non-invasive tool compared to present methods, which require tissue samples. </p><p>This goal may be reached using positron emission tomography (PET) methodology. PET is a most advanced <i>in vivo</i> imaging technology, which would allow exploring the fate of radionuclide-labelled antisense ODNs in the body; thereby providing information about biodistribution and quantitative accumulation in tissues to assess pharmacokinetic properties of ODNs. This kind of evaluation is important as part of the characterisation of antisense therapeutics but also as part of the development of antisense imaging agents.</p><p>The present study aimed to investigate ⁷⁶Br- and ⁶⁸Ga-labelled ODNs of five different modifications: phosphodiester, phosphorothioate, 2'-<i>O</i>-methyl phosphodiester, locked nucleic acid (LNA), and peptide nucleic acid. The study included exploration of the hybridisation abilities of these ODNs after labelling; furthermore, the biodistribution, metabolite analysis and uptake of the ODNs in rats regarding non-hybridisation and hybridisation specific uptake was conducted. Among the ODNs studied, LNA-DNA mixmer (LNA and DNA nucleotides in alternation along the sequence) displayed the most promising characteristics considering a higher retention in tissues, stability and longer plasma residence. However, biodistribution data demonstrated a non-hybridisation specific distribution in rat tissues with kidney, liver, spleen and bone marrow being the organs of high uptake. Scavenger receptors or other saturable processes unrelated to hybridisation may play a role in tissue uptake and in clearance of antisense ODNs through these organs. These processes may be sequence dependent suggesting that proof of <i>in vivo</i> hybridisation through imaging needs much more elaborate evaluations than just comparison of sense and antisense sequences and proving dose-dependency.</p>

Antisense oligonucleotides (ODN) may interfere in gene expression on the basis of hybridising to its complementary messenger RNA (mRNA) sequence in the cell thereby preventing the synthesis of the peptide. Therefore, these ODNs may be potential drugs to treat human diseases by “knocking down” the expression of responsible genes or correcting the maturation process of mRNA in the field called antisense therapy. Moreover, antisense ODNs upon labelling are also potential imaging agents to monitor gene expression in vivo, i.e. to accomplish in vivo hybridisation. This would provide a non-invasive tool compared to present methods, which require tissue samples. This goal may be reached using positron emission tomography (PET) methodology. PET is a most advanced in vivo imaging technology, which would allow exploring the fate of radionuclide-labelled antisense ODNs in the body; thereby providing information about biodistribution and quantitative accumulation in tissues to assess pharmacokinetic properties of ODNs. This kind of evaluation is important as part of the characterisation of antisense therapeutics but also as part of the development of antisense imaging agents. The present study aimed to investigate 76Br- and 68Ga-labelled ODNs of five different modifications: phosphodiester, phosphorothioate, 2'-O-methyl phosphodiester, locked nucleic acid (LNA), and peptide nucleic acid. The study included exploration of the hybridisation abilities of these ODNs after labelling; furthermore, the biodistribution, metabolite analysis and uptake of the ODNs in rats regarding non-hybridisation and hybridisation specific uptake was conducted. Among the ODNs studied, LNA-DNA mixmer (LNA and DNA nucleotides in alternation along the sequence) displayed the most promising characteristics considering a higher retention in tissues, stability and longer plasma residence. However, biodistribution data demonstrated a non-hybridisation specific distribution in rat tissues with kidney, liver, spleen and bone marrow being the organs of high uptake. Scavenger receptors or other saturable processes unrelated to hybridisation may play a role in tissue uptake and in clearance of antisense ODNs through these organs. These processes may be sequence dependent suggesting that proof of in vivo hybridisation through imaging needs much more elaborate evaluations than just comparison of sense and antisense sequences and proving dose-dependency.