Hydrophobic zein-based functional films incorporating licorice essential oil were successfully developed as new alternative materials for food packaging. The lotus-leaf negative template was obtained using polydimethylsiloxane (PDMS). The complex surface patterns of the lotus leaves were transferred onto the surface of the zein-based films with high fidelity (positive replica), which validates the proposed proof-of-concept. The films were prepared by casting method and fully characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The grammage, thickness, contact angle, mechanical, optical and barrier properties of the films were measured, together with the evaluation of their biodegradability, antioxidant and antibacterial activities against common foodborne pathogens (Enterococcus faecalis and Listeria monocytogenes). The zein-based films with the incorporation of licorice essential oil presented the typical rugosities of the lotus leaf making the surfaces very hydrophobic (water contact angle of 112.50°). In addition to having antioxidant and antibacterial properties, the films also shown to be biodegradable, making them a strong alternative to the traditional plastics used in food packaging.

The preparation of photocrosslinkable bioadhesives synthesized from oligomers of lactic acid and polycaprolactone (PCL), both functionalized with 2-isocyanoethyl acrylate (AOI), were studied. The obtained modified macromers of LA-AOI (mLA) and PCL-AOI (mCL) were chemically characterized by 1H NMR and used to formulate polymeric blends with different mass proportions, 1:1, 1:2 and 2:1, respectively. Subsequently, the produced blends were crosslinked, considering two UV irradiation times: 30 and 120 s. After their production, the thermal and mechanical properties of bioadhesives were assessed, where upon the rheology, gel content, hydrolytic degradation and dynamic contact angles were determined. Furthermore, the cytotoxic profile of bioadhesives was evaluated in contact with human dermal fibroblasts cells, whereas their antibacterial effect was studied monitoring Escherichia coli and S. aureus growth. Overall, flexible and resistant films were obtained, presenting promising features to be used as surgical bioadhesives.

The global production of synthetic plastics from petroleum-based raw ingredients exceeds 150 million metric tons. The environment is threatened by tons of plastic waste, thus endangering wildlife and the public’s health. These consequences increased the interest in biodegradable polymers as potential substitutes for traditional packaging materials. This study aimed to produce and characterize k-carrageenan films incorporating Cymbopogon winterianus essential oil, in which citronellal was determined to be the major compound (41.12%). This essential oil presented remarkable antioxidant activity, as measured through DPPH (IC50 = 0.06 ± 0.01%, v/v; AAI = 85.60 ± 13.42) and β-carotene bleaching (IC50 = 3.16 ± 0.48%, v/v) methods. The essential oil also showed antibacterial properties against Listeria monocytogenes LMG 16779 (diameter of inhibition zone = 31.67 ± 5.16 mm and MIC = 8 µL/mL), which were also observed when incorporated in the k-carrageenan films. Moreover, scanning electron microscopy showed the reduction of the biofilms of this bacterium, and even its inactivation, due to visible destruction and loss of integrity when the biofilms were created directly on the developed k-carrageenan films. This study also revealed the quorum sensing inhibition potential of Cymbopogon winterianus essential oil (diameter of violacein production inhibition = 10.93 ± 0.81 mm), where it could impede intercellular communication and, hence, lower violacein synthesis. The produced k-carrageenan films were transparent (>90%) and slightly hydrophobic (water contact angle > 90°). This work demonstrated the viability of using Cymbopogon winterianus essential oil to produce k-carrageenan bioactive films as new food packaging materials. Future work should focus on the scale-up production of these films.

Functionalized graphene oxide (GO) and reduced GO (rGO) based nanomaterials hold a great potential for cancer photothermal therapy. However, their systemic administration has been associated with an accelerated blood clearance and/or with suboptimal tumor uptake. To address these limitations, the local delivery of GO/rGO to the tumor site by 3D matrices arises as a promising strategy. In this work, injectable chitosan-agarose in situ forming thermo-responsive hydrogels incorporating GO (thermogel-GO) or rGO (thermogel-rGO) were prepared for the first time. The hydrogels displayed suitable injectability and gelation time, as well as good physicochemical properties and cytocompatibility. When irradiated with near infrared (NIR) light, the thermogel-rGO produced a 3.8-times higher temperature increase than thermogel-GO, thus decreasing breast cancer cells' viability to 60%. By incorporating an optimized molar ratio of the Doxorubicin:Ibuprofen combination on thermogel-rGO, this formulation mediated a chemo-photothermal effect that further diminished cancer cells' viability to 34%. In addition, the hydrogels' antibacterial activity was further enhanced upon NIR laser irradiation, which is an important feature considering the possible risk of infection at the site of administration. Overall, thermogel-rGO is a promising injectable in situ forming hydrogel for combinatorial chemo-photothermal therapy of breast cancer cells and NIR light enhanced antibacterial applications.

Petroleum-based plastics have been widely used as packaging materials because of their low-cost availability and good mechanical properties. However, the use of plastics has become restricted as they are highly resistant to biodegradation, causing environmental problems. This work aimed to produce and characterize emulsified pullulan films incorporating geraniol for application as food packaging materials with potential to substitute the conventional plastics. When geraniol was incorporated in the films, they showed antimicrobial activity against Enterococcus faecalis ATCC 29212 (inhibition zone diameter = 15.19 ± 0.66 mm) and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (inhibition zone diameter = 10.99 ± 1.82 mm). Furthermore, scanning electron microscopy showed the inhibition of Enterococcus faecalis ATCC 29212 biofilms when they were directly formed on the emulsified pullulan films incorporating geraniol. The produced films also demonstrated high transparency (> 90%) and hydrophilic surfaces (water contact angle < 90°). This work demonstrated the viability of using geraniol to produce pullulan active films as new food packaging materials.

As doenças de origem alimentar continuam a ser um problema comum em todo o mundo. Ainda que possam ser provocadas por diversos agentes, são as bactérias, os vírus ou os parasitas a principal causa das infeções alimentares. O consumo ou processamento de alimentos contaminados têm sido descritos como as principais vias de transmissão para os humanos. Campylobacter jejuni e Campylobacter coli têm sido descritos como a principal causa de gastroenterite bacteriana em seres humanos em todo o mundo e em 2013, na União Europeia, a campilobacteriose, infeção causada por Campylobacter, foi a zoonose mais relatada. Nos seres humanos, as espécies de Campylobacter têm sido associadas a uma variedade de condições gastrointestinais, tais como gastroenterite, doenças inflamatórias do intestino, cancro colon-rectal, síndrome do intestino irritável, entre outras e também podem provocar manifestações extra-gastrointestinais, como bacteremia, infeções pulmonares e abcessos. As complicações pós-infeção por este microrganismo incluem a artrite reativa e podem conduzir a doenças auto-imunes, tais como a síndrome de Guillain-Barré. A maioria das infeções por Campylobacter não necessita de intervenção terapêutica sendo apenas necessária reidratação. No entanto, em pacientes imunodeprimidos, pacientes cujos sintomas são severos ou persistentes e aqueles com infeções extra-intestinais é utilizado tratamento antimicrobiano, sendo os antibióticos mais utilizados a eritromicina e a ciprofloxacina. No entanto, em todo o Mundo tem-se verificado que as estirpes de Campylobacter são cada vez mais resistentes a antibióticos, incluindo os usados em humanos. Para além disso também têm sido descritas estirpes de Campylobacter resistentes a desinfetantes, o que se deve, principalmente, à sua capacidade de formar biofilmes. Estes biofilmes são um problema emergente na indústria alimentar, aumentando a possibilidade de contaminações ao longo da cadeia alimentar. Assim, e como os estudos relativos a Campylobacter são escassos, é da maior relevância estudar a epidemiologia de espécies de Campylobacter isoladas em Portugal, a sua resistência a antibióticos e procurar alternativas, aos antimicrobianos convencionais, para o seu controlo. Devido à escassez de estudos relativos à epidemiologia de Campylobacter em Portugal procedeu-se neste trabalho ao estudo da distribuição epidemiológica de isolados de Campylobacter de seres humanos, entre 2009 e 2012, em Portugal. Para isso, foram analisadas 837 estirpes obtidas através do Instituto Nacional de Saúde Dr. Ricardo Jorge. Destas 837 estirpes, 84,5% foram identificados como C. jejuni, 14,8% como C. coli, 0,2% como C. upsaliensis, 0,1% como C. concisus e 0,2% das amostras foram identificadas como Arcobacter butzleri. Em relação à sua distribuição por faixas etárias, observou-se que 61,5% das estirpes pertenciam ao grupo com idades entre 1 e 15 anos. Após este estudo preliminar, a partir deste grupo de isolados humanos, escolheram-se aleatoriamente 125 estirpes de Campylobacter (C. jejuni e C. coli) isoladas de seres humanos. A este grupo de estirpes, adicionaram-se 39 isolados de retalho alimentar e 32 de animais. As 196 amostras foram então caracterizadas através da tipagem por sequenciamento multilocus e da tipagem do gene flaA. Através destes métodos de tipagem, observou-se que as estirpes de C. coli eram geneticamente mais conservadas do que C. jejuni e que dentro de cada espécie, existiam isolados geneticamente relacionados provenientes de fontes diferentes. Em seguida, o fenótipo de resistência ao ácido nalidíxico, amoxicilina, ciprofloxacina, eritromicina, gentamicina e tetraciclina foi avaliado pelo método de diluição em agar. Observaram-se elevadas taxas de resistência para todos os antibióticos com exceção à gentamicina, incluindo para os antibióticos utilizados no tratamento de campilobacteriose grave em humanos. Além disso, observou-se um fenótipo de resistência a múltiplos antibióticos (resistência a 3 ou mais classes de antibióticos) em 86% dos isolados. Perante os elevados níveis de resistência observados, estudaram-se os mecanismos moleculares subjacentes a essas resistências. Verificou-se que todos os isolados resistentes à ciprofloxacina possuíam a mutação Thr-Ile-86 na região que determina resistências às quinolonas no gene gyrA. Para a resistência à eritromicina apenas foi detetada a mutação A2075G no gene 23S rRNA. Em relação à resistência à gentamicina, observou-se que as três estirpes resistentes à gentamicina possuíam o marcador de resistência aos aminoglicosídeos aphA-3, sendo que uma das estirpes tinha uma mutação neste marcador. Foi ainda evidenciado neste estudo, que as bombas de efluxo cmeABC também podem desempenhar um papel na resistência a múltiplas drogas e no fenótipo da resistência a gentamicina. Assim, neste estudo foi possível obter uma visão geral da epidemiologia de Campylobacter em Portugal e descrever pela primeira vez a elevada taxa de multirresistência a antibióticos, assim como realçar o surgimento de estirpes de Campylobacter resistentes aos antibióticos de uso humano. Com base nos resultados deste estudo foram selecionadas estirpes com diferentes perfis genéticos e de resistência a antibióticos para serem utilizadas no decurso deste trabalho. Como o género Campylobacter é a principal causa de gastroenterite bacteriana e a via alimentar é a principal via de contaminação, a elevada percentagem de estirpes resistentes a antibióticos aumenta o potencial zoonótico da infeção com estirpes multirresistentes. Logo, torna-se necessário controlar o crescimento de Campylobacter nas vias mais comuns de contaminação, que são os alimentos. Assim, o objetivo seguinte deste trabalho foi avaliar o potencial do resveratrol para controlar as estirpes de Campylobacter previamente caracterizadas. Apesar do resveratrol possuir várias propriedades biológicas, incluindo antimicrobianas, a sua baixa solubilidade em água e alta instabilidade comprometem a sua aplicação. Assim, para ultrapassar estes problemas, estudou-se o encapsulamento do resveratrol com metil-β-ciclodextrina. Verificou-se que a complexação do resveratrol com esta ciclodextrina provocou um aumento de 400 vezes na sua solubilidade. Em seguida o complexo de inclusão foi caracterizado através de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios-X (XRD) e Microscopia Eletrónica de Varrimentos (SEM), confirmando-se efetivamente a sua formação. Seguidamente foram avaliadas algumas propriedades biológicas do resveratrol e do seu complexo de inclusão com metil-β-ciclodextrina, tendo-se verificado que ambos os compostos tinham atividade antioxidante muito forte, baixa toxicidade e ainda capacidade de reduzir a viabilidade das células Caco-2 (linha celular constituída por células epiteliais de adenocarcinoma colorectal heterogéneo). Além disso, também foi demonstrada a sua atividade antibacteriana contra estirpes de Campylobacter previamente selecionadas: duas estirpes de referência (C. jejuni ATCC 33560 e C. coli ATCC 33559), duas estirpes isoladas de fezes de pacientes com gastroenterite aguda (C. coli 53 e C. coli 873) e duas estirpes isoladas de carne de aves fresca (C. jejuni 225421 e C. coli 219872). Estes resultados sugerem que o resveratrol e o seu complexo de inclusão podem ser usados para controlar Campylobacter e que o resveratrol encapsulado em metil-β-ciclodextrina mantem as suas propriedades antioxidantes e antibacterianas. Uma vez que os resultados com o resveratrol e o complexo de inclusão foram bastante promissores, estudou-se ainda outro complexo de inclusão (resveratrol-hidroxipropil-γ-ciclodextrina), previamente formado e caraterizado pelo grupo de investigação, que revelou ainda ter um potencial antimicrobiano mais elevado contra Campylobacter e A. butzleri, um patogéneo de origem alimentar relacionado a Campylobacter. Dado isto, inicialmente avaliou-se a atividade antibacteriana em células planctónicas e mostrou-se que tanto o resveratrol como o complexo de inclusão têm um efeito bactericida contra as estirpes multirresistentes C. coli 873 e C. jejuni 225421. Com o objetivo de esclarecer o potencial mecanismo de ação do complexo de inclusão do resveratrol em hidroxipropil-γ-ciclodextrina sobre as estirpes de Campylobacter, começou por se avaliar a despolarização das membranas celulares e a atividade metabólica por citometria de fluxo. Através desta técnica, observou-se que complexo de inclusão pode atuar induzindo a despolarização da membrana e afetando a atividade metabólica das células. Dado que os biofilmes bacterianos são um problema emergente na indústria alimentar, também foi avaliado o potencial destes dois compostos para inibir a formação de biofilmes e eliminar biofilmes estabelecidos. Tanto o resveratrol como o complexo de inclusão foram capazes de inibir a formação de biofilmes e diminuir biofilmes previamente estabelecidos, mesmo em concentrações sub-inibitórias. O sistema quorum sensing (QS) tem sido associado à resistência antimicrobiana e formação de biofilmes, portanto, o potencial anti-QS destes dois compostos também foi estudado através da utilização de uma estirpe biossensor (Chromobacterium violaceum ATCC 12472). Verificou-se que ambos, o resveratrol e o complexo de inclusão, foram capazes de inibir o sistema QS, o que pode explicar o efeito anti-biofilme destes compostos. Assim, nestes estudos foram demonstradas as propriedades antimicrobianas e anti-biofilme do resveratrol e complexo de inclusão em estirpes de Campylobacter. Este aspeto associado ao facto de o resveratrol ser um composto de origem natural, e de também apresentar forte atividade antioxidante, encorajam futuros estudos com vista à sua aplicação como potencial conservante alimentar. Finalmente, uma vez que tem havido um interesse crescente na utilização de compostos naturais para aplicação em produtos alimentares, também foi avaliado o potencial do óleo essencial de coentros (Coriandrum sativum L.) e do seu principal composto, o linalool, para controlar Campylobacter. Ambos os compostos exibiram um efeito bactericida contra as quatro estirpes testadas (C. jejuni ATCC 33560, C. coli ATCC 33559, C. jejuni 225421 e C. coli 873) com valores de concentração mínima inibitória entre 0,5 e 1 μL/mL e observou-se que os compostos voláteis do óleo essencial de coentros também inibiram o crescimento de Campylobacter. Observou-se ainda que ambos os compostos inibiram a formação de biofilmes e promoveram a dispersão de biofilmes de Campylobacter. Como descrito anteriormente, também foi estudado o efeito destes compostos sobre o sistema QS. Foi demonstrada a atividade anti-QS do óleo essencial de coentros e do linalool através da inibição da produção de violaceína pela estirpe biossensor C. violaceum. Assim, mais uma vez, esta atividade anti-QS pode estar associada com a atividade anti-biofilme dos compostos, uma vez que o QS tem um papel importante na regulação da formação e desenvolvimento de biofilmes. Para além do potencial anti-bacteriano e anti-biofilme do óleo essencial e do linalool, também se avaliou a sua atividade antioxidante, uma vez que o processo de oxidação está relacionado com a perda da qualidade dos alimentos. Assim, observou-se que ambos os compostos têm uma elevada capacidade para inibir a peroxidação de lípidos. Em suma, os resultados demonstraram que estes compostos naturais podem ser utilizado para controlar Campylobacter e também como agentes antioxidantes para melhorar a qualidade dos alimentos. Em conclusão, neste trabalho, foram apresentados, dados recentes referentes à epidemiologia de Campylobacter em Portugal, bem como a sua diversidade genética e respetivos perfis de resistência a antibióticos. Diante disto, são necessários novos agentes antimicrobianos para controlar este patogéneo emergente de origem alimentar. Neste trabalho mostrou-se que o resveratrol e o óleo essencial de coentros, ambos compostos naturais, têm a capacidade de reduzir células planctónicas e biofilmes de Campylobacter, possuindo também várias atividades biológicas, incluindo propriedades antioxidantes. Este trabalho permitiu alargar o conhecimento sobre a epidemiologia e taxas resistência de estirpes de Campylobacter isoladas em Portugal e desenvolver novas estratégias de controlo deste microrganismo baseadas na utilização de compostos de origem natural.

The drugs have had a great positive impact on humanity, contributing directly to the prevention of diseases, and increased quality and expectancy of life. However, with widespread use among the population, several microorganisms have become resistant to marketed drugs, being necessary to discover new formulations and substances effective against the main mechanisms of resistance. The classes of compounds called semicarbazones (SCs) and thiosemicarbazones (TSCs) have received great attention from the researchers. This is due to its pharmacological activities, such as antibacterial activity. Thus the objective of this work was to synthesize new organic compounds, to characterize them spectroscopically and structurally, and to perform biological tests against pathogens. Two hydrazones, one semicarbazone and one thiosemicarbazone were synthesized and characterized. Biological tests with the four compounds for evaluation of antibacterial and antifungal activity determined the Minimum Inhibitory Concentration (MIC). The compound N-methyl-2- [1,1,1-trifluoro-4-oxo-4- (thiophen-2-yl) butan-2-ylidene] hydrazine carbothioamide (compound 1) showed antibacterial activity against Gram negative Serratia marcescens (MIC 64 μg/mL) and Gram positive bacteria Enterococcus faecalis (MIC 64 μg/mL). The compound (2Z)-2-[1,1,1-trifluoro-4-oxo-4-(thiophen-2-yl) butan-2-ylidene] hydrazine carboxamide (compound 4) showed antibacterial and antifungal activity with the minimum inhibitory concentration between 32 μg/mL and 256 μg/mL.

The present study evaluated the antibacterial and antibiofilm activity of carvacrol against Salmonella Typhimurium. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were determined and the time-kill curve and scanning electron microscopy (SEM) were performed to evaluate antibacterial activity. Antibiofilm activity was evaluated by quantifying total biomass using crystal violet assay, and metabolic activity was determined using MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] assay. The action of carvacrol against preformed biofilm on polypropylene and stainless steel was also evaluated by colony counting and SEM. The MIC and MBC was 312 µg mL-1. Carvacrol at MIC and 2 x MIC eliminated cells after 6 and 1 h of treatment, respectively, as exhibited in the time-kill curve. The greatest reduction in biofilm biomass and metabolic activity was 1,719 OD550 and 0,089 OD550 respectively, both at 4 x MIC of carvacrol. In carvacrol treated biofilms of S. Typhimurium on polypropylene, a reduction of 5.12 log was observed with 4 x MIC, while on stainless steel, carvacrol at 4 x MIC reduced bacterial counts by 5 log. The results showed that carvacrol exhibits antibacterial activity and can be used as an alternative for the control of S. Typhimurium biofilms.

In the present study, a series of novel 5,7-diisoprenyloxyflavone derivatives were designed, synthesized, and evaluated for their antibacterial activity. Most of these compounds displayed significant antibacterial effects against Gram-positive bacteria, especially against strains of multidrug-resistant clinical isolates. Compounds 4c, 4g, 4i, 4j, 4k, 4l, 4n, 4q and 4t showed high levels of antimicrobial activity against Staphylococcus aureus RN4220 with minimum inhibitory concentrations of 4.0-20 μM. Compound 4k showed the most potent activity among these compounds against all multidrug-resistant clinical isolates tested. Unfortunately, none of the compounds were active against Gram-negative bacteria at the doses of 24-164 μM.

We synthesized a series of compounds bearing pharmacologically important 1,3,4-oxadiazole and piperidine moieties. Spectral data analysis by 1 H-NMR, 13C-NMR, IR and EI-MS was used to elucidate the structures of the synthesized molecules. Docking studies explained the different types of interaction of the compounds with amino acids, while bovine serum albumin (BSA) binding interactions showed their pharmacological effectiveness. Antibacterial screening of these compounds demonstrated moderate to strong activity against Salmonella typhi and Bacillus subtilis but only weak to moderate activity against the other three bacterial strains tested. Seven compounds were the most active members as acetyl cholinesterase inhibitors. All the compounds presented displayed strong inhibitory activity against urease. Compounds 7l, 7m, 7n, 7o, 7p, 7r, 7u, 7v, 7x and 7v were highly active, with respective IC50 values of 2.14±0.003, 0.63±0.001, 2.17±0.006, 1.13±0.003, 1.21±0.005, 6.28±0.003, 2.39±0.005, 2.15±0.002, 2.26±0.003 and 2.14±0.002 µM, compared to thiourea, used as the reference standard (IC50 = 21.25±0.15 µM). These new urease inhibitors could replace existing drugs after their evaluation in comprehensive in vivo studies.