http://hdl.handle.net/20.500.11816/1898 2026-03-22T16:31:41Z 2026-03-22T16:31:41Z Lopes, Beatriz Isabel da Silva http://hdl.handle.net/20.500.11816/4979 2026-03-21T03:00:18Z 2026-01-01T00:00:00Z

Ballistic Gelatin Biodegradation Analysis Lopes, Beatriz Isabel da Silva A gelatina balística é amplamente reconhecida como o simulante de tecidos moles de referência na investigação balística de âmbito forense, biomédico e de defesa. No entanto, a elevada variabilidade nos procedimentos de preparação, calibração, armazenamento e divulgação tem levantado preocupações relevantes quanto à comparabilidade metodológica, reprodutibilidade e validade científica dos estudos. Esta dissertação aborda estas limitações através de uma abordagem dupla, combinando uma revisão sistemática da literatura com um estudo experimental focado na estabilidade e preservação da gelatina balística. A revisão sistemática, conduzida de acordo com as diretrizes PRISMA 2020, analisou estudos experimentais publicados entre 2004 e 2025 que utilizaram gelatina balística ou simulantes alternativos de tecidos moles. Os resultados evidenciaram uma marcada heterogeneidade na formulação da gelatina, força Bloom, concentração, geometria dos moldes, controlo da temperatura, condições de acondicionamento e procedimentos de calibração. Estas inconsistências afetam significativamente os parâmetros de desempenho balístico, incluindo a profundidade de penetração, o yaw do projétil e a formação da cavidade temporária. Embora os simulantes sintéticos apresentem vantagens práticas, frequentemente não conseguem reproduzir propriedades biomecânicas essenciais dos tecidos reais e carecem, muitas vezes, de métodos de calibração fiáveis, limitando a sua aplicabilidade em contexto forense e médico-legal. O estudo experimental investigou o impacto das condições de armazenamento, da preservação química e das práticas de manuseamento na integridade estrutural e na contaminação microbiana da gelatina balística a 10% do tipo A. Os resultados demonstraram que a gelatina não tratada sofre uma biodegradação rápida, particularmente à temperatura ambiente, enquanto a adição de ácido propiónico, combinada com armazenamento refrigerado a 4 °C, preserva eficazmente a estabilidade estrutural por, pelo menos, dois meses, sem comprometer os critérios de calibração balística. A análise microbiológica identificou a contaminação por bactérias proteolíticas como um fator determinante na degradação da gelatina, não tendo a desinfeção dos projéteis revelado efeito significativo nos resultados de preservação. Em síntese, esta dissertação reforça o estatuto da gelatina balística, quando corretamente formulada e calibrada, como o simulante de tecidos moles mais fiável para ensaios balísticos, destacando, simultaneamente, a importância crítica da padronização dos protocolos de preparação, calibração e preservação. Os resultados sustentam a implementação de estratégias de conservação validadas e sublinham a necessidade de normas internacionais que promovam uma maior reprodutibilidade e robustez científica na investigação balística.; Ballistic gelatin is widely recognized as the reference soft-tissue simulant in forensic, biomedical, and defense-related ballistic research. Nevertheless, substantial variability in preparation, calibration, storage, and reporting practices has raised concerns regarding methodological comparability, reproducibility, and scientific validity. This dissertation addresses these limitations through a twofold approach, combining a systematic review of the literature with an experimental study focused on gelatin stability and preservation. The systematic review, conducted in accordance with PRISMA-2020 guidelines, analyzed experimental studies published between 2004 and 2025 that employed ballistic gelatin or alternative soft-tissue simulants. The findings revealed marked heterogeneity in gelatin formulation, bloom strength, concentration, mold geometry, temperature control, ageing conditions, and calibration procedures. Such inconsistencies significantly affect ballistic performance parameters, including penetration depth, projectile yaw, and temporary cavity formation. Although synthetic simulants offer practical advantages, they frequently fail to replicate key biomechanical properties of real tissue and often lack reliable calibration methods, limiting their forensic and medicolegal applicability. The experimental study investigated the impact of storage conditions, chemical preservation, and handling practices on the structural integrity and microbial contamination of 10% type A ballistic gelatin. The results demonstrated that untreated gelatin undergoes rapid biodegradation, particularly at room temperature, whereas the incorporation of propionic acid combined with refrigerated storage at 4 ºC effectively preserves structural stability for at least two months without compromising ballistic calibration standards. Microbial analysis identified proteolytic bacterial contamination as a primary factor in gelatin degradation, while projectile disinfection showed no significant effect on preservation outcomes. Overall, this dissertation reinforces the status of properly formulated and calibrated ballistic gelatin as the most reliable soft-tissue simulant for ballistic testing, while highlighting the critical importance of standardized preparation, calibration, and preservation protocols. The findings support the implementation of validated conservation strategies and emphasize the need for international standards to improve reproducibility and robustness in ballistic research.

2026-01-01T00:00:00Z António, João Valério Solundo http://hdl.handle.net/20.500.11816/4951 2026-01-14T03:00:09Z 2025-01-01T00:00:00Z

Exploring the toxicological effects of 3 chloromethcathinone (3-CMC) in Daphnia magna António, João Valério Solundo Catinonas sintéticas (Scat) são consideradas contaminantes ambientais emergentes devido ao seu alto consumo e à subsequente excreção, permitindo que entrem em águas superficiais através dos sistemas de esgoto. Descargas diretas de laboratórios clandestinos também são fontes potenciais de Scat em águas superficiais. Estudos demonstraram os efeitos nocivos da Scat em organismos não alvo e na saúde humana. No entanto, a diversidade de Scat é grande e novos compostos são frequentemente encontrados. A 3-clorometicatinona (3-CMC) é uma catinona sintética quiral, disponível como racemato. Pode ocorrer no ambiente como racemato ou com enriquecimento enantiomérico, dependendo do processo de metabolização humana enantiosseletiva e/ou biodegradação. Até onde sabemos, estudos sobre sua potencial toxicidade humana e ambiental são escassos. Assim, utilizamos Daphnia magna, um modelo aquático, para estudar os efeitos biológicos da 3-CMC. Ensaios de imobilização aguda de 48 h foram realizados e um valor de CE50 de 26 mg L-1 foi determinado. Subsequentemente foi realizado um ensaio sub-crónico por 9 dias em concentrações subletais (1%, 1,25% e 2% de CE50, correspondendo a 260, 325 e 520 μg L-1), e diversos alvos para determinação da toxicidade, como comportamento de natação, morfofisiologia, reprodução e parâmetros bioquímicos foram avaliados. Uma diminuição significativa na distância total percorrida foi observada, na concentração mais alta, entretanto, não foram observadas diferenças significativas no tempo ativo ou na velocidade de nado. Em relação aos efeitos morfofisiológicos, um aumento significativo no tamanho corporal foi observado em todas as concentrações. Da mesma forma, um aumento significativo na área e no comprimento do coração também foi observado, ainda na concentração mais baixa, e nenhuma alteração foi registrada em concentrações mais altas ou na frequência cardíaca. Não foram observadas alterações significativas nos parâmetros reprodutivos. Um aumento significativo nos níveis de substâncias reativas com ácido tiobarbitúrico (TBARS) foi observado em todas as concentrações testadas, indicando stress oxidativo e peroxidação lipídica. No entanto, não foram observadas alterações significativas nas atividades da catalase (CAT) e da acetilcolinesterase (AChE) ou nos níveis de espécies reativas de oxigénio (ROS). Esses resultados fornecem novas evidências sobre os pontos alvo de toxicidade da 3-CMC, demonstrando que essa substância pode interferir nos parâmetros morfofisiológicos, afetando o crescimento corporal, a área cardíaca e o comportamento natatório em concentrações subletais. Embora essas alterações possam estar relacionadas a alterações bioquímicas subjacentes, estudos futuros para uma compreensão mais abrangente dos mecanismos de ação da 3-CMC, incluindo a expressão genética, devem ser considerados.; Synthetic cathinones (Scat) are considered emerging environmental contaminants because of their high consumption and subsequent excretion, allowing them to enter surface waters through the sewage systems. Direct discharges from clandestine laboratories are also potential sources of Scat into surface waters. Studies have demonstrated the hazardous effects of Scat on non-target organisms and human health. However, the diversity of Scat is large, and new compounds are often found. The 3-chloromethcathinone (3-CMC) is a chiral synthetic cathinone, available as a racemate. It can occur in the environment as both racemate or with enantiomeric enrichment, depending on enantioselective human metabolization and/or biodegradation process. To the best of our knowledge, studies on its potential human and environmental toxicity are scarce. Thus, we used Daphnia magna, an aquatic model, to study 3-CMC biological effects. A 48-h acute immobilization test was performed, and an EC50 value of 26 mg L-1 was determined. A subchronic test was performed for 9 days at sublethal concentrations (1%, 1.25% and 2% of EC50, corresponding to 260, 325 and 520 μg L-1), and diverse endpoints for determination of toxicity, such as swimming behavior, morphophysiology, reproduction and biochemical parameters were evaluated. A significant decrease in the total distance traveled was observed, at the highest concentration; however, no significant differences in active time or swimming speed were observed. Regarding the morphophysiological effects, a significant increase in body size was observed at all concentrations. Similarly, a significant increase in heart area and length was also observed, yet at the lowest concentration and no changes were registered at higher concentration or heart rate. No significant changes in reproductive parameters were observed. A significant increase in thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) levels was noted at all concentrations tested, indicating oxidative stress and lipidic peroxidation, however, no significant changes were observed for catalase (CAT) and acetylcholinesterase (AChE) activities or reactive oxygen species (ROS) levels. These results provide new insights into 3-CMC toxicity endpoints, demonstrating that this substance can interfere with morphophysiological parameters by affecting body growth, heart area, and swimming behavior at sublethal concentrations. Although these changes may be linked to underlying biochemical changes, future studies for a more comprehensive understanding of 3-CMC mechanisms of action, including gene expression should be considered.

2025-01-01T00:00:00Z Freire, Rui Xavier dos Santos Pedro Abreu http://hdl.handle.net/20.500.11816/4949 2025-12-12T03:00:08Z 2025-01-01T00:00:00Z

Validação de um novo método comparativo entre imagens 2D e scâneres intraorais 3D na identificação humana Freire, Rui Xavier dos Santos Pedro Abreu A identificação humana constitui um dos principais objetivos da Antropologia e da Medicina Dentária Forenses. Embora métodos tradicionais, como a análise do perfil genético e das impressões digitais, sejam altamente eficazes, nem sempre são aplicáveis em todas as circunstâncias. Nestes casos, a dentição assume um papel fundamental. Com o avanço tecnológico, especialmente no domínio da Inteligência Artificial (IA), têm surgido novas ferramentas capazes de processar grandes volumes de dados, com elevado grau de precisão e aplicáveis mesmo em amostras degradadas. O gold standard para a identificação em Medicina Dentária Forense continua a ser a radiografia. No entanto, as imagens intraorais em 3D têm vindo a ser cada vez mais utilizadas nas clínicas dentárias, impulsionadas pela evolução tecnológica e pela maior acessibilidade dos scâneres ao público. Esta realidade abre a possibilidade de obter imagens intraorais 3D precisas de vítimas num curto espaço de tempo. Contudo, a ausência de imagens 3D antemortem levanta a questão de saber se outros registos bidimensionais, como radiografias ou fotografias, poderiam ser comparados com imagens 3D postmortem. O presente estudo propõe a validação de dois métodos inovadores que combinam a análise comparativa das imagens 2D com escaneamento intraorais 3D de alta resolução, recorrendo a IA. A metodologia envolveu a análise de uma amostra de 142 indivíduos, com imagens 2D e escaneamentos intraorais 3D de cada um. O primeiro método teve como objetivo principal a utilização dos pontos de referência (landmarks) marcados em ambas as imagens, 2D e 3D, para posterior comparação por sobreposição, com vista à identificação humana. As imagens foram segmentadas e os landmarks dentários foram marcados usando o software Skeleton-id. O segundo método baseou-se na delimitação e sobreposição da linha oclusal, com recurso às ferramentas GIMP (para 2D) e SculptGL (para 3D). A interpretação dos dados foi realizada por algoritmos de IA, utilizando abordagens baseadas em landmarks e em regiões, com o objetivo de sobrepor modelos 3D a fotografias 2D para classificar o seu respetivo nível de semelhança. Para este efeito, foi necessário o desenvolvimento de um software capaz de medir a precisão na correspondência dos landmarks, aprimorando assim a exatidão do processo. Os resultados mostraram a elevada utilidade destes métodos, apesar dos diversos desafios surgidos durante o processo, como a perceção da localização dos landmarks nas ortopantomogramas, quer por parte do operador, quer pela IA, e a oclusão de landmarks nas imagens 2D, fatores que aumentavam a margem de erro. Esta pesquisa destacou as vantagens de se focar em tecidos duros (dentes), devido à sua elevada resistência aos diferentes fatores de degradação, em comparação com métodos que dependem de tecidos moles. Em suma, a inteligência artificial está a transformar a investigação forense, tornando os processos de identificação mais rápidos, fiáveis e precisos. O futuro da identificação forense deverá integrar a combinação de diversas tecnologias emergentes, incluindo a inteligência artificial, com o objetivo de reforçar a eficiência e a precisão dos métodos já existentes. A colaboração e a interdisciplinaridade entre diferentes áreas científicas serão cada vez mais determinantes para enfrentar os desafios futuros e promover uma justiça mais rigorosa e equitativa.; Human identification constitutes one of the main objectives of Forensic Anthropology and Forensic Dentistry. Although traditional methods, such as genetic profiling and fingerprint analysis, are highly effective, they are not always applicable in all circumstances. In such cases, dentition plays a fundamental role. With technological advances, especially in the field of Artificial Intelligence (AI), new tools have emerged that are capable of processing large volumes of data with a high degree of accuracy and can even be applied to degraded samples. The gold standard for identification in Forensic Dentistry continues to be radiography. However, 3D intraoral images have been increasingly used in dental clinics, driven by technological progress and the growing accessibility of scanners to the public. This development opens up the possibility of obtaining precise 3D intraoral images of victims within a short period of time. Nevertheless, the absence of antemortem 3D images raises the question of whether other two-dimensional records, such as radiographs or photographs, could be compared with postmortem 3D images. The present study proposes the validation of two innovative methods that combine comparative analysis of 2D images with high-resolution 3D intraoral scans, using AI. The methodology involved the analysis of a sample of 142 individuals, each with both 2D images and 3D intraoral scans. The first method aimed to use reference points (landmarks) marked on both 2D and 3D images for subsequent overlay comparison, in order to achieve human identification. The images were segmented, and the dental landmarks were marked using the Skeleton-id software. The second method was based on the delineation and superimposition of the occlusal line, using GIMP tools for 2D and SculptGL for 3D images. Data interpretation was performed by AI algorithms using both landmark-based and region-based approaches, with the goal of overlaying 3D models onto 2D photographs to classify their respective levels of similarity. For this purpose, software was developed to measure the accuracy of landmark correspondence, thereby improving the precision of the process. The results demonstrated the high usefulness of these methods, despite several challenges encountered during the process, such as the perception of landmark locations on orthopantomograms, both by the operator and by AI, and the occlusion of landmarks in 2D images, factors that increased the margin of error. This research emphasized the advantages of focusing on hard tissues (teeth), due to their high resistance to various degradation factors, compared to methods that rely on soft tissues. In summary, Artificial Intelligence is transforming forensic research, making identification processes faster, more reliable, and more accurate. The future of forensic identification is likely to integrate a combination of emerging technologies, including AI, in order to enhance the efficiency and precision of existing methods. Collaboration and interdisciplinarity among different scientific fields will be increasingly essential to address future challenges and promote a more rigorous and equitable justice system.

2025-01-01T00:00:00Z Fernandes, Ana Catarina Magalhães http://hdl.handle.net/20.500.11816/4925 2025-11-04T03:00:08Z 2025-01-01T00:00:00Z

Chasing the ‘unusual suspects’ underlying the procarcinogenic effects of Areca catechu nut preparations Fernandes, Ana Catarina Magalhães A elevada incidência de cancros orais nos países asiáticos é maioritariamente atribuída a um hábito profundamente enraizado – a mastigação da noz de Areca catechu. Embora existam poucas dúvidas de que os alcaloides da noz areca são responsáveis pelos efeitos psicoativos, ainda falta uma caracterização detalhada dos constituintes com potencial carcinogénico, sendo a arecolina frequentemente apontada como o “suspeito habitual”. Além dos alcaloides, outros constituintes pertencentes a diferentes classes estruturais (catequina, epicatequina, ácido gálico e ácido galotânico), foram investigados quanto ao seu potencial carcinogénico e citotóxico em diversos modelos celulares como células da mucosa bucal (TR-146), macrófagos (RAW 264.7) e células epiteliais (SH- SY5Y), utilizando os ensaios MTT e NR. Adicionalmente, o ensaio com glutamato foi realizado em células SH-SY5Y após exposição ao extrato aquoso de A. catechu ou aos seus fitoquímicos isolados (até 1 mg/mL ou 800 µM, respetivamente). Os seus efeitos sobre as enzimas envolvidas na remodelação da matriz extracelular, as metaloproteinases colagenase e MMP-2 (gelatinase A) foram avaliados através de ensaios enzimáticos. O seu efeito em processos neuroinflamatórios também foi avaliado através de ensaios enzimáticos, por meio do seu impacto sobre a atividade da lipoxigenase 5 (LOX-5), acetilcolinesterase, hialuronidase, elastase e tirosinase (até 200 µM). Verificou-se que os constituintes fenólicos da noz de Areca catechu atuam como inibidores significativos das principais enzimas de degradação da matriz extracelular. Além da arecolina, já conhecida pelo seu impacto na patogénese da fibrose da submucosa oral, destacam-se como inibidores das principais enzimas de degradação da matriz extracelular a catequina, a epicatequina, o ácido gálico e o ácido galotânico. O ácido galotânico destacou-se como um potente inibidor de diversas enzimas com reduções superiores a 90%. Estes resultados consideram os compostos fenólicos potenciais coadjuvantes nos efeitos pró-fibróticos e, possivelmente, carcinogénicos associados ao consumo da noz de Areca catechu. Quanto aos efeitos citotóxicos, mais uma vez destaca-se a arecolina como o alcaloide mais citotóxico, contudo verificou-se que tanto os alcaloides como os compostos fenólicos comprometem as funções celulares contribuindo para a toxicidade, destacando-se o ácido V gálico e o ácido galotânico com elevada toxicidade mitocondrial e lisossomal. Tal permite alertar para os riscos neurológicos associados ao consumo contínuo desta noz. Estes resultados reforçam a necessidade de uma avaliação aprofundada dos riscos neurológicos e carcinogénicos associados ao consumo crónico da noz de A. catechu, de forma a definir um enquadramento legal, adequado e robusto para o seu consumo e, sensibilizar a população quanto aos potenciais danos causados.; The high incidence of oral cancers in Asian countries is largely attributed to a deeply rooted cultural habit — the chewing of Areca catechu nut. Although there is little doubt that the nut’s alkaloids are responsible for its psychoactive effects, a comprehensive characterization of its potentially carcinogenic constituents remains lacking, with arecoline frequently identified as the “usual suspect.” In addition to alkaloids, other constituents from different structural classes (catechin, epicatechin, gallic acid, and tannic acid) were investigated for their carcinogenic and cytotoxic potential in various cell models, including buccal mucosa cells (TR-146), macrophages (RAW 264.7), and epithelial cells (SH-SY5Y), using MTT and NR assays. Furthermore, a glutamate-induced assay was conducted on SH-SY5Y cells after exposure to aqueous A. catechu extract or isolated phytochemicals (up to 1 mg/mL or 800 µM, respectively). Their effects on enzymes involved in extracellular matrix remodeling — collagenase and MMP-2 (gelatinase A) — were assessed via enzymatic assays. Their role in neuroinflammatory processes was also evaluated enzymatically, by measuring their effect on the activity of lipoxygenase-5 (LOX-5), acetylcholinesterase, hyaluronidase, elastase, and tyrosinase (up to 200 µM). The phenolic constituents of Areca catechu were found to significantly inhibit major extracellular matrix-degrading enzymes. In addition to arecoline, already known for its role in the pathogenesis of oral submucosal fibrosis, catechin, epicatechin, gallic acid, and tannic acid were identified as potente inhibitors of these enzymes. Tannic acid stood out as a particularly strong inhibitor, reducing enzymatic activity by more than 90%. These findings suggest that phenols may act as co-adjuvants in the pro-fibrotic and potentially carcinogenic effects associated with Areca catechu consumption. Regarding cytotoxic effects, arecoline once again emerged as the most toxic alkaloid; however, both alkaloids and phenolic compounds were shown to impair cellular function, contributing to toxicity. Notably, gallic and tannic acids exhibited marked mitochondrial and lysosomal toxicity, raising concerns about neurological risks associated with chronic consumption. These results underscore the need for a comprehensive assessment of the neurological and carcinogenic risks linked to the habitual use of A. catechu, in order to VII inform and support the development of an appropriate and robust regulatory framework for its consumption, as well as to raise awareness among the population about the potential harm caused.

2025-01-01T00:00:00Z