O amido é um polissacarídeo distribuído em diversas espécies vegetais como reserva de energia, fornecendo de 80% a 90% das calorias consumidas pelo homem. Dentre as espécies de fontes de amido, está a araruta, uma planta herbácea comum nas florestas tropicais brasileiras que tem sua importância relacionada ao rendimento e as características do seu amido. Como ingrediente principal, o amido confere estrutura, textura, consistência e atratividade a uma série de alimentos. No entanto, algumas propriedades do amido nativo não são de interesse para a indústria alimentícia. A irradiação gama é um tratamento físico em que o amido é exposto a uma dose de radiação controlada, modificando as macromoléculas e alterando suas propriedades. O presente trabalho teve como objetivo estudar o amido de araruta tratado com radiação ionizante em fonte de cobalto-60 Gammacell 220, com doses de 5 kGy, 10 kGy e 15 kGy, a uma taxa de 1 kGyh-1, e compará-las com a amostra controle. Para tanto, as amostras foram submetidas à difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, ensaio de textura, análise instrumental de cor, análise térmica (TG e DSC) e análise de imagem. Após os ensaios, constatou-se que a radiação não alterou o espectro de FTIR e a termogravimetria. Apesar de ter afetado o tamanho do grânulo, a radiação não o danificou. A difração de raios-X e a análise térmica evidenciaram uma degradação da parte amorfa do grânulo (cristalinidade e entalpia aumentaram) após a irradiação. No estudo das propriedades de pasta, por ensaio viscográfico no Rapid Visco Analyser, houve uma queda da viscosidade com o aumento da dose de radiação e os hidrogéis se mostraram mais duros e mais claros. / Starch is a polysaccharide distributed in several plant species as a reserve of energy, providing 80-90% of the calories consumed by man. Among the species of starch sources is arrowroot, a tropical herb plant, probably native to South American rainforest habitats, which has its importance related to the yield and characteristics of its starch. As a major ingredient, starch confers structure, texture, consistency and attractiveness to a number of food products. However, some properties of native are of no interest to the food industry. Gamma irradiation is a physical treatment in which the starch is exposed to a dose of controlled radiation, modifying its macromolecules and altering its properties. The objective of the present work was to study the arrowroot starch treated with ionizing radiation in a cobalt- 60 Gammacell 220 source at doses of 5 kGy, 10 kGy and 15 kGy, at a rate of 1 kGyh-1, and to compare with the control sample. To do so, the samples were submitted to X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, texture testing, color instrumental analysis, thermal analysis (TG and DSC) and image analysis. After the tests, it was found that the radiation did not alter the FTIR spectrum and thermogravimetry. Although it affected the granule size, the radiation did not damage it. X-ray diffraction and thermal analysis showed a degradation of the amorphous part of the granule (crystallinity and enthalpy increased) after irradiation. In the study of pasting properties in a Rapid Visco Analyser, there was a decrease in viscosity with increasing radiation dose and the hydrogels appeared to be harder and lighter.

Tendo em vista a natureza finita dos minerais naturais, torna-se evidente a necessidade de utilizarmos este recurso de maneira estratégica. Desta forma, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas principalmente nas áreas químicas, metalúrgicas e mineralógicas desde as etapas de extração, beneficiamento, aplicação e reutilização dos resíduos de minérios. Portanto, é extremamente importante a intensificação dos estudos para aumentar o conhecimento quanto às características e propriedades físico-químicas destes minerais, visando melhorar o seu aproveitamento e longevidade das jazidas naturais, como as fontes de bauxita, que é a principal matéria-prima para a produção de óxido de alumínio fundido. Na sua forma cristalina mais comum, denominada coríndon, ou óxido de alumínio ?, sua baixa condutividade elétrica, baixo calor específico, alta condutividade térmica, alto ponto de fusão, elevada dureza e resistência mecânica, o torna adequado para uso em produtos refratários, cerâmicos e abrasivos tais como, lixas, rebolos, ferramentas de corte e de polimento. Na síntese deste produto as principais impurezas que afetam a qualidade dos grãos são Fe, Si, Ca, K, Na e Zr, oriundas da matéria prima bauxita e da carta de mistura, composta por ilmenita, limalha de ferro, carvão vegetal e coque de petróleo. Desta forma, o presente trabalho assumiu o objetivo de estudar a dispersão das propriedades físico-químicas em blocos de alumina fundida marrom obtida em fornos Higgins a arco por eletrofusão, produzidos na Saint-Gobain Abrasivos, unidade de Lorena, SP. Por fim, foram utilizadas técnicas de caracterização físico-químicas de difratometria de raios X (DRX), análises químicas de fluorescência de raios X (FRX), ensaio de dureza Knoop e caracterização microestrutural via (MEV/EDS). Desta forma, foi definido o mapeamento composicional nos blocos de alumina eletrofundida marrom, que servirão como referência técnico-científica para subsidiar ações de melhoria deste produto, em decorrência do avanço do estado da arte deste referido assunto. / The mineral ores are not renewable sources and we need to use it in the best way possible. In this way, a large number of researches are being developed around the world aiming the improvement of current methods of production mainly in chemical, metallurgy, mineralogical from the steps of extraction, processing, application and reuse of waste ore. Therefore, it is extremely important to intensify the studies to increase the knowledge about the characteristics and physicochemical properties of these minerals, in order to improve their utilization and longevity of natural deposits, such as sources of bauxite, which is the main raw material to product aluminum oxide fused. In its most common crystalline form, called corundum or ?-aluminum oxide, its low electrical conductivity, low specific heat, high thermal conductivity, high melting point, high hardness and mechanical strength, making it suitable for use as refractories, ceramics and fine or coarse abrasives. The synthesis of this product major impurities that affect quality of grain is Fe, Si, Ca, K, Na and Zr, derived from the raw material bauxite and the mixture chart consisting of ilmenite, iron filings, charcoal and coke oil. Thus, this shows the dispersion of physicochemical properties of brown fused alumina blocks produced by eletrocfusion at Higgins furnace process in the company Saint Gobain Abrasivos, Lorena- SP. Finally, the samples were physicochemical analyzed by X ray diffraction (XRD), chemical analyses by X ray fluorescence (XRF), hardnes using Knoop method, microstructural characterization by (SEM). The results of this work show a compositional gradient map of the fused alumina block; that shows the main physicochemical differences into the block, to support changes in the alumina production process; and it is also important to improve the actual state of art of this particular theme.

Este trabalho teve como objetivo determinar as fases de decomposição das frações dos resíduos dispostos no aterro sanitário de São Carlos - SP a partir do estudo das características dos lixiviados gerados. Foram coletadas amostras do lixiviado gerado na parte mais antiga do aterro (encerrada a 10 anos) e nas 1ª, 2ª e 3ª ampliações (esta última em operação). A coleta foi dividida em dois períodos: seco (junho a setembro de 2009) e chuvoso (outubro a dezembro de 2009). As seguintes análises foram realizadas: pH, alcalinidade, ácidos voláteis totais, DQO, sólidos, metais, NTK e \'N\' amoniacal. Em todos pontos os valores de pH encontrados foram superiores a 8. A alcalinidade variou entre 4000 e 12000 mg/L \'CA\'\'CO IND.3\' enquanto os AVT apresentaram concentrações sempre inferiores a 700 mg/L \'CA\'\'CO IND.3\'. A DQO apresentou concentrações entre 3000 e 7000 mg/L durante o período seco, decaindo para 2000 e 4000 mg/L no período chuvoso. Os resultados encontrados sugerem que o lixiviado de todos os pontos encontram-se na fase metanogênica de decomposição da matéria orgânica. A partir dos resultados de NTK e \'N\' amoniacal ficou evidente que a amônia é o poluente presente em maior concentração no lixiviado - corresponde a mais de 70% do NTK. A biodegradabilidade foi investigada através das relações AVT/DQO e STV/ST e resultaram em valores menores que 0,25 e 0,3 respectivamente, indicando que o lixiviado do aterro de São Carlos possui baixa biodegradabilidade. / This work aimed to determine the stages of the decomposition of the waste disposed in São Carlos - SP landfill fractions through the study of the characteristics of the generated leachate. Samples were collected from the older area of the landfill (closed 10 years ago), and also from the first, second and third new built areas (garbage is still being dumped in the third one). The samples were collected in two periods: the dry one (from June to September 2009) and the rainy one (from October to December 2009). The concentration of pH, alkalinity, total volatile acids, COD, solids, metals, sodium and potassium, total nitrogen and ammonium-\'N\' were determined in the study. In all the points sampled the values of pH were higher than 8. The alkalinity ranged from 4000 mg/L to 12000 mg/L \'CA\'\'CO IND.3\', while the total volatile acids concentrations were less than 700 mg/L \'CA\'\'CO IND.3\'. The COD present concentrations between 3000 e 7000 mg/L in the dry period decaying to 2000 and 4000 mg/L in the rainy period. The results found suggest that all the leachate analyzed is in the methanogenic phase of the organic matter. From the total nitrogen and ammonium \'N\' results it turned out to be evident that ammonia is the major pollutant present in the leachate - more than 70% of the total nitrogen. The biodegradability was investigated through the relations VFA/COD and VS/TS and resulted in values lower than 0,25 and 0,3 respectively, indicating that the leachate from São Carlos landfill has low biodegradability.

A quitina é o principal produto obtido do processamento das cascas de crustáceos. Esse biopolímero e o seu derivado, quitosana, têm despertado grande interesse comercial em virtude das possibilidades de aplicações que possuem. O gerenciamento desses resíduos e dos subprodutos gerados nas etapas no processo de obtenção pode ser considerado um modelo de biorrefinaria. A implementação de plantas para extração de quitina e quitosana é um desafio, uma vez que a demanda produtiva deve ser atendida sem causar danos ao meio ambiente. Uma grande variedade de quitosanas com diferentes propriedades físicoquímicas podem ser obtidas variando-se as condições de reação. Essas propriedades dependem da origem da matéria-prima, do seu grau médio de desacetilação, distribuição média dos grupos acetil ao longo da cadeia principal e da sua massa molecular média. Os fornecedores de quitosana comercial geralmente não mencionam a procedência da matéria-prima e pouca ou nenhuma informação é fornecida acerca do seu processamento. Sendo assim, as características e a reatividade do produto final podem variar gerando resultados não reprodutíveis. No presente estudo, foi utilizada a biomassa oriunda de rejeitos da indústria pesqueira de camarão da região de Cananéia SP. As amostras de - quitina foram obtidas por dois procedimentos diferentes: no primeiro, P1, as cascas de camarão após passar pelo pré-tratamento (lavagem, secagem e moagem) foram desproteinizadas para retirada das proteínas em hidróxido de sódio (NaOH) diluído nas concentrações 2%, 5% e 10% e desmineralizadas em ácido clorídrico (HCl) a 20% (v/v) para retirada dos carbonatos; no segundo procedimento, P2, essas etapas foram invertidas. A biomassa resultante foi desacetilada com hidróxido de sódio concentrado a 30%, 40% e 50% em tempos que variaram de 2 a 6 horas. As principais propriedades físico-químicas das amostras de quitosanas obtidas foram determinadas utilizando a espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) para a determinação do grau médio de acetilação, GA, e a técnica de titulação ácido-base mensurada por condutimetria foi utilizada para comparar os resultados; a viscosimetria capilar para a determinação da massa molar média viscosimétrica, Mv , e a difração de raios X (DRX) para avaliar o grau médio de cristalinidade, X. Além disso, foram empregadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para análises morfológicas dos materiais obtidos e a espectrometria de fluorescência de raios X por dispersão de comprimento de onda (WDXRF) para análise química das quitosanas. O GA e o X das amostras diminuíram à medida em que o tratamento se tornou mais vigoroso, enquanto a Mv aumentou. O procedimento 2 foi o mais viável por eliminar a etapa de despigmentação, pois originou amostras com tonalidade mais clara e fáceis de pulverizar. / Chitin is the main product obtained from the processing of crustacean shells. This biopolymer and its derivative, chitosan, have aroused great commercial interest because of the possibilities of applications they have. The management of these wastes and by-products generated in the steps of obtaining processes can be considered a biorefinery model. The implementation of plants for chitin and chitosan extraction is a challenge, since the production demand must be met without causing harm to the environment. A wide variety of chitosan with different physico-chemical properties can be obtained by varying the reaction conditions. These properties depend on the origin of the raw material, its average degree of deacetylation average distribution of the acetyl groups along the backbone and its average molecular weight. Chitosan commercial providers generally do not mention the origin of the raw material and few or no information is provided about the processing. Therefore, the characteristics and reactivity of the final product may vary generating non-reproducible results. The biomass coming from the fishing industry tailings shrimp Cananéia - SP region was used in the present study. Samples of -chitin were obtained by two different procedures: the first, P1, the shrimp shells after passing through the pretreatment (rinsing, drying and grinding) were deproteinized for removal of proteins in diluted sodium hydroxide (NaOH) in concentrations 2%, 5% and 10% and demineralized in hydrochloric acid (HCl) to 20% (v/v) to remove carbonates; in the second procedure, P2, these steps were reversed. The resulting biomass was deacetylated with sodium hydroxide concentrated at 30%, 40% and 50% in times ranging from 2 to 6 hours. The main physicochemical properties of chitosan samples obtained were determined using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) to determine the average degree of acetylation, DA, and the acid-base titration technique measured by conductimetry was used to compare the results of chitosan; capillary viscometry to determine the viscosimetric average molecular weight, Mv, and X-ray diffraction (XRD) to evaluate the average degree of crystallinity, X. In addition, scanning electron microscopy (SEM) were employed for morphological analyzes of the obtained materials and wavelength dispersion X-ray fluorescence (WDXRF) for chemical analysis of chitosan. The DA and X of the samples decreased as the treatment became stronger, while Mv increased. Procedure 2 was the most feasible to eliminate the depigmentation step because gave clearer and easier samples spraying.

Tendo em vista a natureza finita dos minerais naturais, torna-se evidente a necessidade de utilizarmos este recurso de maneira estratégica. Desta forma, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas principalmente nas áreas químicas, metalúrgicas e mineralógicas desde as etapas de extração, beneficiamento, aplicação e reutilização dos resíduos de minérios. Portanto, é extremamente importante a intensificação dos estudos para aumentar o conhecimento quanto às características e propriedades físico-químicas destes minerais, visando melhorar o seu aproveitamento e longevidade das jazidas naturais, como as fontes de bauxita, que é a principal matéria-prima para a produção de óxido de alumínio fundido. Na sua forma cristalina mais comum, denominada coríndon, ou óxido de alumínio ?, sua baixa condutividade elétrica, baixo calor específico, alta condutividade térmica, alto ponto de fusão, elevada dureza e resistência mecânica, o torna adequado para uso em produtos refratários, cerâmicos e abrasivos tais como, lixas, rebolos, ferramentas de corte e de polimento. Na síntese deste produto as principais impurezas que afetam a qualidade dos grãos são Fe, Si, Ca, K, Na e Zr, oriundas da matéria prima bauxita e da carta de mistura, composta por ilmenita, limalha de ferro, carvão vegetal e coque de petróleo. Desta forma, o presente trabalho assumiu o objetivo de estudar a dispersão das propriedades físico-químicas em blocos de alumina fundida marrom obtida em fornos Higgins a arco por eletrofusão, produzidos na Saint-Gobain Abrasivos, unidade de Lorena, SP. Por fim, foram utilizadas técnicas de caracterização físico-químicas de difratometria de raios X (DRX), análises químicas de fluorescência de raios X (FRX), ensaio de dureza Knoop e caracterização microestrutural via (MEV/EDS). Desta forma, foi definido o mapeamento composicional nos blocos de alumina eletrofundida marrom, que servirão como referência técnico-científica para subsidiar ações de melhoria deste produto, em decorrência do avanço do estado da arte deste referido assunto. / The mineral ores are not renewable sources and we need to use it in the best way possible. In this way, a large number of researches are being developed around the world aiming the improvement of current methods of production mainly in chemical, metallurgy, mineralogical from the steps of extraction, processing, application and reuse of waste ore. Therefore, it is extremely important to intensify the studies to increase the knowledge about the characteristics and physicochemical properties of these minerals, in order to improve their utilization and longevity of natural deposits, such as sources of bauxite, which is the main raw material to product aluminum oxide fused. In its most common crystalline form, called corundum or ?-aluminum oxide, its low electrical conductivity, low specific heat, high thermal conductivity, high melting point, high hardness and mechanical strength, making it suitable for use as refractories, ceramics and fine or coarse abrasives. The synthesis of this product major impurities that affect quality of grain is Fe, Si, Ca, K, Na and Zr, derived from the raw material bauxite and the mixture chart consisting of ilmenite, iron filings, charcoal and coke oil. Thus, this shows the dispersion of physicochemical properties of brown fused alumina blocks produced by eletrocfusion at Higgins furnace process in the company Saint Gobain Abrasivos, Lorena- SP. Finally, the samples were physicochemical analyzed by X ray diffraction (XRD), chemical analyses by X ray fluorescence (XRF), hardnes using Knoop method, microstructural characterization by (SEM). The results of this work show a compositional gradient map of the fused alumina block; that shows the main physicochemical differences into the block, to support changes in the alumina production process; and it is also important to improve the actual state of art of this particular theme.

Nanoemulsões catiônicas têm sido consideradas como potenciais sistemas carreadores para oligonucleotídeos (ON) antisenso. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver nanoemulsões catiônicas como um sistema de liberação para ON anti-topoisomerase II de Plasmodium falciparum. Primeiramente, nanoemulsões constituídas de triglicerídeos de cadeia média, lecitina de gema de ovo, glicerol e água contendo os lipídeos catiônicos oleilamina ou DOTAP (2 mM) foram obtidas através do procedimento de emulsificação espontânea. Este procedimento resultou em formulações monodispersas com diâmetro de gotícula de 200-260 nm e potencial zeta de +50 e +55 mV. Após, um método espectrofotométrico no UV para quantificação dos ON em série fosfodiéster (PO) ou fosforotioato (PS) foi validado. O método mostrou-se linear, específico, preciso e exato para a determinação de PO e PS, sem diferenças significativas entre os ON. Nas condições validadas, as isotermas de adsorção dos ON às nanoemulsões foram obtidas através da determinação dos ON na fase aquosa externa das nanoemulsões, após ultrafiltração/centrifugação dos complexos. A taxa de recuperação através das membranas de ultrafiltração de celulose regenerada (30 kDa) foi superior a 92%. Os resultados indicam a adsorção progressiva dos ON com as nanoemulsões, até cerca de 60 mg/g de fase interna para o complexo DOTAP-PS. Finalmente, evidências adicionais da adsorção de PO e PS às nanoemulsões foram detectadas pelo aumento do diâmetro de gotícula, inversão do potencial zeta e morfologia das gotículas avaliada por microscopia eletrônica de transmissão. O conjunto dos resultados obtidos demonstra que ON de série PO e PS anti-topoisomerase II de P. falciparum podem ser adsorvidos eficientemente às nanoemulsões catiônicas. / Cationic nanoemulsions have been recently considered as a potential delivery system for antisense oligonucleotides (ON). The aim of the present work was to evaluate cationic nanoemulsions as a delivery system for ON against the Plasmodium falciparum topoisomerase II gene. Firstly, nanoemulsions composed of medium chain triglycerides, egg yolk lecithin, glycerol and water, containing the cationic lipids oleylamine or DOTAP (2 mM) were obtained through spontaneous emulsification process. This procedure resulted in monodisperse formulations with droplet size of 200-260 nm and zeta potential of +50 and +55mV. After that, an UV spectrophotometric method for the quantification of either phosphodiester (PO) or phosphorothioate (PS) ON was validated. The method was linear, specific, precise, and accurate for the determination of PO and PS, without significant differences between both ON. In the validated conditions, ON adsorption isotherms with nanoemulsions were obtained through the ON determination in the external phase of nanoemulsions, after ultrafiltration/centrifugation of complexes. The recovery through regenerated cellulose membranes (30kDa) was higher than 92%. The results showed a progressive ON adsorption to the nanoemulsions up to approximately 60mg/g of internal phase for DOTAP-PS complexes. Finally, additional evidences of PO and PS adsorption to nanoemulsions could also be detected by the increase of the mean droplet size, the inversion of the zeta potential and the morphology of the oil droplets obtained by transmission electron microscopy. The overall results showed that PO and PS ON against P. falciparum anti-topoisomerase II gene can be efficiently adsorbed to the cationic nanoemulsions.

Nanoemulsões catiônicas têm sido recentemente propostas como sistemas carreadores de DNA. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a influência de diferentes fosfolipídeos sobre propriedades dos complexos formados entre nanoemulsões e pDNA (pTracerTMCMV2). Em uma primeira etapa, nanoemulsões catiônicas constituídas de triglicerídeos de cadeia média, estearilamina, lecitina de gema de ovo ou fosfolipídeos isolados (DSPC, DOPC, DSPE ou DOPE), glicerol e água foram preparadas através do procedimento de emulsificação espontânea. Independente do tipo de fosfolipídeo empregado, esse procedimento conduziu à obtenção de nanoemulsões catiônicas monodispersas com diâmetro de gotícula e potencial zeta de cerca de 250 nm e +50 mV, respectivamente. A complexação do pDNA com as nanoemulsões catiônicas, avaliada através do retardamento de migração do pDNA em gel de agarose por eletroforese, foi total quando o complexo apresenta uma relação de cargas [+/-] ≥ 1,0. Nestas condições, os complexos formados foram protegidos da degradação pela enzima DNase I. Em uma segunda etapa, a citotoxicidade das nanoemulsões e dos complexos com o pDNA sobre células Hep G2 foi avaliada, através do ensaio de MTT. Os resultados obtidos demonstraram que a adição de quantidades crescentes das nanoemulsões, conduz a uma toxicidade progressiva sobre as células, independente do pH do meio. Dentre as formulações estudadas, aquelas estabilizadas pelos fosfolipídeos DSPC e DSPE, de elevada temperatura de transição de fases, foram marcadamente menos tóxicas, em comparação com as formulações obtidas com lecitina, DOPC e DOPE. Essa mesma tendência foi detectada para os complexos formados com o pDNA. Em uma última etapa, foi realizado um estudo preliminar de transferência gênica em células Hep G2, utilizando a técnica de PCR em tempo real. Dentre as diferentes formulações testadas, a maior quantidade de DNA de GFP detectada parece ser para a formulação obtida com o fosfolipídeo DSPC, ilustrando as potencialidades de uso das nanoemulsões desenvolvidas como reagentes de transfecção de pDNA em células Hep G2. Em conclusão, o conjunto dos resultados obtidos demonstra o efeito dos fosfolipídeos empregados sobre propriedades físico-químicas, complexação, estabilidade, citotoxicidade e transfecção de nanoemulsões catiônicas como sistemas carreadores de pDNA. / Cationic nanoemulsions have been recently considered as potential delivery systems for DNA. The aim of the present work was to evaluate the influence of different phospholipids on the properties of complexes formed between nanoemulsions and pDNA (pTracerTM-CMV2). First, cationic nanoemulsions composed of medium chain triglycerides, stearlyamine, egg lecithin or isolated phospholipids (DSPC, DOPC, DSPE or DOPE), glycerol and water were prepared through spontaneous emulsification process. Independently of the type of phospholipid used this procedure results in monodisperses cationic nanoemulsions with droplet size and zeta potential of about 250 nm and +50 mV, respectively. The complexation of pDNA with cationic nanoemulsions, analyzed by agarose gel retardation assay was total when the complex possesses a charge relation [+/-] ≥ 1.0. In these conditions the complexes were protected from enzymatic degradation by DNase I. After that, the cytotoxicity of the nanoemulsion and the complexes with pDNA in Hep G2 cells was evaluated through MTT assay. The results showed that the addition of increasing amount of nanoemulsion leads to a progressive toxicity on the cells independently of the media’s pH. Among the studied formulations the ones stabilized with the phospholipids DSPC and DSPE, that have elevated phase transition temperatures, were much less cytotoxic in comparison with the formulations obtained with lecithin, DOPC and DOPE. This same trend was detected for the complexes formed with pDNA. Finally a preliminary study of gene transfer to Hep G2 cells was performed using real-time PCR technique. Among the different formulations tested, the major quantity of reporter DNA detected seems to be for the formulation obtained with the DSPC phospholipid. This shows the potentialities of the use of nanoemulsions as transfection reagents of pDNA in Hep G2 cells. In conclusion, the overall results show the effect of the phospholipids on physicochemical properties, complexation, stability, cytotoxicity and transfection of cationic nanoemulsions as delivery systems for pDNA.

Short interfering RNAs (siRNAs) are 21-23 nucleotide-long double-stranded RNA molecules that can trigger the RNA interference (RNAi). RNAi is a post-transcriptional gene silencing process whereby siRNAs induce the sequence-specific degradation of complementary messenger RNA (mRNA). Despite their promising therapeutic capabilities, siRNA-based strategies suffer from enzymatic degradation and poor cellular uptake. Several carrier-based approaches have been employed to enhance the stability and efficiency of siRNA delivery. Considering their safety, efficiency, and targeting capabilities, peptide-based delivery systems have shown great promise for overcoming the main obstacles in siRNA therapeutic delivery. Peptides are versatile and easily designed to incorporate a number of specific attributes required for efficient siRNA delivery. This thesis focuses on the design, characterization and utilization of a new class of amphipathic peptides for siRNA delivery. The study includes: (i) designing amphipathic, amino acid pairing peptide sequences for siRNA delivery, (ii) siRNA delivery experiments in vitro to evaluate transfection efficacy of the designed peptides, (iii) physicochemical characterization of the interaction between promising peptides and siRNA, and (iv) identifying internalization pathway and kinetics of a promising peptide, C6M1. The peptide C6, an 18-mer amphipathic, amino acid pairing peptide, was designed as an siRNA delivery carrier by incorporating three types of amino acids, i.e., arginine, leucine, and tryptophan. This peptide adopted a helical structure upon co-assembling with siRNA. The C6-siRNA co-assembly showed a size distribution between 50 and 250 nm, confirmed by dynamic light scattering and atomic force microscopy. The C6-siRNA interaction enthalpy and stoichiometry were 8.8 kJ.mol-1 and 6.5, respectively, obtained by isothermal titration calorimetry. A minimum C6:siRNA molar ratio of 10:1 was required to form stable co-assemblies/complexes, indicated by agarose gel shift assay and fluorescence spectroscopy. C6 showed lower toxicity and higher efficiency in cellular uptake of siRNA, compared with Lipofectamine 2000, a lipid-based positive control. Fluorescence microscopy images confirmed the localization of C6-siRNA complexes in the cytoplasm. In order to enhance the solubility and delivery efficiency further, a modified peptide, C6M1, was designed by replacing three leucine with tryptophan residues in the C6 sequence. The fluorescence assay confirmed that the sequence mutation significantly increased the solubility of C6M1. C6M1 adapted a stable helical structure in saline or upon interaction with siRNA. The toxicity assay showed lower toxicity of C6M1 with an IC50 (the concentration of peptide at 50% cell viability) of 22 ??M, compared with C6 with that of 12 ??M. Naked siRNA was completely degraded after 4 h incubation in 50% serum, while the siRNA in complex with C6M1 was preserved even after 24 h. Western blotting showed a significant decrease in GAPDH protein contents (75%) in CHO-K1 Chinese hamster ovary cells, 48 h after treatment with C6M1-GAPDH siRNA complexes. The interaction of C6M1-siRNA complexes with cell surface and the mechanisms involved in the internalization of the complex in different size ranges were studied. Heparin and chlorate treatments revealed that the electrostatic interaction of the C6M1-siRNA complex with heparan sulphate proteoglycans at the cell surface is required to trigger the uptake process. Using endocytic inhibitors, it was found that small C6M1-siRNA complexes (mean ~155 nm) mainly enter CHO-K1 cells through an energy-independent mechanism, most likely involving direct translocation. In contrast, large complexes (mean ~460 nm) internalize the cells mainly through a lipid raft-dependant macropinocytosis. The integrity of the cytoskeletal components also showed significant impact on the efficient internalization of the C6M1-siRNA complex. The kinetics experiments confirmed the fast internalization of small complexes (with uptake half-time of 25 min) in comparison to large complexes (70 min). This work provides essential information for peptide design and characterization in the development of amphipathic peptide-based siRNA delivery.

Nanoemulsões catiônicas têm sido consideradas como potenciais sistemas carreadores para oligonucleotídeos (ON) antisenso. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver nanoemulsões catiônicas como um sistema de liberação para ON anti-topoisomerase II de Plasmodium falciparum. Primeiramente, nanoemulsões constituídas de triglicerídeos de cadeia média, lecitina de gema de ovo, glicerol e água contendo os lipídeos catiônicos oleilamina ou DOTAP (2 mM) foram obtidas através do procedimento de emulsificação espontânea. Este procedimento resultou em formulações monodispersas com diâmetro de gotícula de 200-260 nm e potencial zeta de +50 e +55 mV. Após, um método espectrofotométrico no UV para quantificação dos ON em série fosfodiéster (PO) ou fosforotioato (PS) foi validado. O método mostrou-se linear, específico, preciso e exato para a determinação de PO e PS, sem diferenças significativas entre os ON. Nas condições validadas, as isotermas de adsorção dos ON às nanoemulsões foram obtidas através da determinação dos ON na fase aquosa externa das nanoemulsões, após ultrafiltração/centrifugação dos complexos. A taxa de recuperação através das membranas de ultrafiltração de celulose regenerada (30 kDa) foi superior a 92%. Os resultados indicam a adsorção progressiva dos ON com as nanoemulsões, até cerca de 60 mg/g de fase interna para o complexo DOTAP-PS. Finalmente, evidências adicionais da adsorção de PO e PS às nanoemulsões foram detectadas pelo aumento do diâmetro de gotícula, inversão do potencial zeta e morfologia das gotículas avaliada por microscopia eletrônica de transmissão. O conjunto dos resultados obtidos demonstra que ON de série PO e PS anti-topoisomerase II de P. falciparum podem ser adsorvidos eficientemente às nanoemulsões catiônicas. / Cationic nanoemulsions have been recently considered as a potential delivery system for antisense oligonucleotides (ON). The aim of the present work was to evaluate cationic nanoemulsions as a delivery system for ON against the Plasmodium falciparum topoisomerase II gene. Firstly, nanoemulsions composed of medium chain triglycerides, egg yolk lecithin, glycerol and water, containing the cationic lipids oleylamine or DOTAP (2 mM) were obtained through spontaneous emulsification process. This procedure resulted in monodisperse formulations with droplet size of 200-260 nm and zeta potential of +50 and +55mV. After that, an UV spectrophotometric method for the quantification of either phosphodiester (PO) or phosphorothioate (PS) ON was validated. The method was linear, specific, precise, and accurate for the determination of PO and PS, without significant differences between both ON. In the validated conditions, ON adsorption isotherms with nanoemulsions were obtained through the ON determination in the external phase of nanoemulsions, after ultrafiltration/centrifugation of complexes. The recovery through regenerated cellulose membranes (30kDa) was higher than 92%. The results showed a progressive ON adsorption to the nanoemulsions up to approximately 60mg/g of internal phase for DOTAP-PS complexes. Finally, additional evidences of PO and PS adsorption to nanoemulsions could also be detected by the increase of the mean droplet size, the inversion of the zeta potential and the morphology of the oil droplets obtained by transmission electron microscopy. The overall results showed that PO and PS ON against P. falciparum anti-topoisomerase II gene can be efficiently adsorbed to the cationic nanoemulsions.

Resumo: A conjuntura energética internacional aponta para o esgotamento das reservas de petróleo em curto prazo. O Brasil, face às suas potencialidades, tem procurado através de políticas públicas, incentivar o estudo de formas alternativas de energia. Muitas destas formas são baseadas em produtos e sub-produtos agrícolas, com destaque para a indústria de álcool para fins combustíveis. Outra alternativa de origem vegetal, mais recentemente discutida, seria a produção de óleo combustível denominado biodiesel. Para este fim, iniciativas tem sido tomadas em nível internacional, já sendo possível a obtenção e uso deste combustível de forma comercial. Em nossa região, muitas plantas oleaginosas podem ser potencialmente exploradas para esta finalidade, cujo potencial tem sido pouco estudado. Este trabalho dedica-se ao estudo de uma espécie oleaginosa, a macaúba [Acrocomia aculeata (Jacq) Lodd. ex Mart], para verificar seu potencial energético e econômico. Para este fim, foram realizadas diferentes caracterizações físico-químicas nos constituintes do fruto da macaúba, incluindo a avaliação qualitativa do óleo da polpa e da castanha. Verificou-se que esta espécie apresenta boas características como fonte de óleo vegetal para fins energéticos e/ou industriais, comparável e até superior a outras oleaginosas. Verificou-se que os parâmetros físico-químicos indicam que a espécie é importante como fonte energética, principalmente baseado nos valores calorimétricos. As análises cromatográficas revelaram que os óleos da macaúba podem ser distintamente empregados, com potencial energético para o óleo da polpa e farmacológico para o óleo da amêndoa. / Abstract: The international energetic context shows a run out of fuel reserve in a short term. Brazil due to its natural resources has tried through public politics to stimulate the research of alternative ways of energy. Several of these ways are based upon agricultural products and by-products with emphasis on the alcohol-fuel industry. Another alternative from plants recently discussed would be the production of biodiesel fuel. Initiatives have been internationally performed in order to obtain and use such fuel commercially. Within our region several oil plants can be potentially explored and have also been researched. This work aims to study an oil plant - macaúba [Acrocomia aculeata (Jacq) Lodd. ex Mart] to analyze its energetic and economical potential. Different physicochemical characterization was performed in macaúba plant including quality evaluation of its oil from pulp and nut. It was observed that such plant shows good characteristics as a source for plant oil for energetic and/or industrial uses being superiorly compared to other oil plants. It was also verified that the physicochemical parameters for this species indicate her importance as energetic source, considering its calorimetric values. The chromatographic analysis revealed that the macauba oils could be used for different purposes, like energetic potential for the pulp oil or pharmaceutical uses for the nut oil. / Orientador: Fernando Broetto / Coorientador: César Benedito Batistella / Coorientador: Sonia Maria Alves Jorge / Banca: José Pedro Serra Valente / Banca: Luiz Antonio Gallo / Mestre