Publicação
Desenvolvimento de um nanobot com propulsão biocatalítica e neutralizante das espécies reativas de oxigénio co cólon inflamado
| datacite.subject.fos | Ciências Médicas::Biotecnologia Médica | |
| datacite.subject.sdg | 03:Saúde de Qualidade | |
| datacite.subject.sdg | 09:Indústria, Inovação e Infraestruturas | |
| dc.contributor.advisor | Coscueta, Ezequiel Ricardo | |
| dc.contributor.advisor | Pintado, Maria Manuela Estevez | |
| dc.contributor.author | Mayer, André David Neves dos Santos | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-10T12:29:00Z | |
| dc.date.available | 2025-11-10T12:29:00Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-17 | |
| dc.date.submitted | 2024-10 | |
| dc.description.abstract | O desenvolvimento de micro e nanobots (NB) para aplicações biomédicas tem mostrado grande potencial como sistemas de libertação controlada de fármacos, apresentando alternativas promissoras para tratamentos minimamente invasivos e eficazes. Esta tese centra-se no desenvolvimento de um NB com propriedades bioativas, projetado não só para atuar como um sistema libertação controlada de fármacos, mas também para neutralizar espécies reativas de oxigénio (ERO), particularmente no contexto de inflamação intestinal, nomeadamente no cólon. As doenças gastrointestinais abrangem uma vasta gama de condições clínicas, incluindo as doenças inflamatórias intestinais (DII) e o cancro. As DII afetam cerca de 3 milhões de pessoas na Europa, comprometendo gravemente a qualidade de vida e gerando custos elevados para os sistemas de saúde. Apesar dos avanços na terapêutica médica, a prevalência das DII continua a aumentar, evidenciando a necessidade de novos tratamentos mais eficazes. Neste contexto, os NB apresentam-se como uma solução promissora, uma vez que podem ser programados para administrar medicamentos diretamente nas áreas inflamadas do intestino e, simultaneamente, diminuir o stress oxidativo in loco, minimizando os efeitos adversos dos tratamentos sistémicos. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um NB com base na funcionalização de nanopartículas (NP) de quitosano através da interação biotina-avidina, permitindo a conjugação da enzima catalase (CAT) na superfície da NP. A CAT é responsável pela propulsão biocatalítica do NB. As NP foram caracterizadas por microscopia eletrónica de varrimento, revelando uma morfologia esférica regular com tamanhos de aproximadamente entre os 100 e 130 nm, estas medições foram feitas em partículas desidratadas. Após a funcionalização (conversão a NB), a análise dos movimentos dos NB foi realizada em água (controlo) e numa solução de peróxido de hidrogénio (como modelo de ERO), utilizando microscopia de fluorescência. Os resultados demonstraram o potencial promissor dos NB funcionalizados com CAT para responder de forma eficiente a ambientes inflamatórios, particularmente em presença de ERO, como o H₂O₂. A mobilidade significativamente aumentada dos NB em ambientes ricos em H₂O₂ sugere que estes podem ser programados para se deslocar de maneira eficiente em áreas de inflamação, usando o stress oxidativo como combustível para a propulsão biocatalítica. Este comportamento destaca o seu potencial como sistemas de entrega de fármacos direcionados para doenças gastrointestinais inflamatórias crónicas, como as DII. Além disso, a estabilidade coloidal mantida, mesmo após a modificação estrutural com biotina, avidina e CAT, garante que os NB permaneçam funcionais e viáveis para aplicações biológicas. A sua capacidade dual de transportar fármacos e neutralizar as ERO reforça o seu papel como uma ferramenta terapêutica inovadora, capaz de reduzir o stress oxidativo nas zonas de inflamação e melhorar a eficácia do tratamento, minimizando os efeitos colaterais sistêmicos. Estes resultados são promissores para o desenvolvimento de um sistema de libertação de fármacos com ação catalítica in loco, aplicável em casos de inflamação no cólon. Importa salientar que, embora este trabalho se encontre numa fase primordial, permitiu explorar o desenvolvimento de uma solução inovadora para a libertação controlada de fármacos e para a neutralização de ERO em ambientes inflamatórios, evidenciando tanto a sua sustentabilidade quanto o seu potencial inovador. No entanto, mais estudos serão necessários para a plena conceção de um NB funcional. | por |
| dc.description.abstract | The development of micro and nanobots (NB) for biomedical applications has shown great potential as controlled drug release systems, presenting promising alternatives for minimally invasive and effective treatments. This thesis focuses on the development of a NB with bioactive properties, designed not only to act as a controlled drug release system, but also to neutralise reactive oxygen species (ROS), particularly in the context of intestinal inflammation, namely in the colon. Gastrointestinal diseases cover a wide range of clinical conditions, including inflammatory bowel diseases (IBD) and cancer. IBD affects around 3 million people in Europe, seriously jeopardising quality of life and generating high costs for health systems. Despite advances in medical therapy, the prevalence of IBD continues to rise, highlighting the need for new, more effective treatments. In this context, NBs appear to be a promising solution, since they can be programmed to administer drugs directly into the inflamed areas of the intestine and simultaneously reduce oxidative stress in situ, minimising the adverse effects of systemic treatments. This work describes the development of a NB based on the functionalisation of chitosan nanoparticles (NP) through biotin-avidin interaction, allowing the catalase enzyme (CAT) to be conjugated to the NP surface. CAT is responsible for the biocatalytic propulsion of NB. The chitosan NPs were characterised by scanning electron microscopy, revealing a regular spherical morphology with sizes approximately between 100 and 130 nm; these measurements were made on dehydrated particles. After functionalisation (conversion to NB), the NB movements were analysed in water (control) and in a hydrogen peroxide solution (as an ROS model) using fluorescence microscopy. The results demonstrated the promising potential of CAT-functionalized NB to respond efficiently to inflammatory environments, particularly in the presence of ROS such as H₂O₂. The significantly increased mobility of NB in H₂O₂-rich environments suggests that they can be programmed to move efficiently in areas of inflammation, using oxidative stress as fuel for biocatalytic propulsion. This behaviour highlights their potential as targeted drug delivery systems for chronic inflammatory gastrointestinal diseases such as IBD. In addition, the colloidal stability maintained, even after structural modification with biotin, avidin and CAT, ensures that NBs remain functionally viable for biological applications. Their dual ability to transport drugs and neutralise ROS reinforces their role as an innovative therapeutic tool, capable of reducing oxidative stress in areas of inflammation and improving treatment efficacy while minimising systemic side effects. These results are promising for the development of a drug delivery system within situ catalytic action, applicable in cases of inflammation in the colon. It is important to note that although this work is at an early stage, it has allowed us to explore the development of an innovative solution for the controlled release of drugs and the neutralisation of ROS in inflammatory environments, demonstrating both its sustainability and its innovative potential. However, further studies are needed to fully design a functional NB. | eng |
| dc.identifier.tid | 203904125 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/55581 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | Nanobot | |
| dc.subject | Nanopartícula | |
| dc.subject | Doenças gastrointestinais | |
| dc.subject | Propulsão biocatalítica | |
| dc.subject | Nanoparticle | |
| dc.subject | Gastrointestinal diseases | |
| dc.subject | Biocatalitic propulsion | |
| dc.title | Desenvolvimento de um nanobot com propulsão biocatalítica e neutralizante das espécies reativas de oxigénio co cólon inflamado | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Biomédica |
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