Quinones have been the subject of much interest due to their various biological activities, mainly as antitumor and as trypanocidal agents. Quinones are cytotoxic by two main mechanisms: the generation of ROS resulting in oxidative stress and alkylation of cellular nucleophiles, such as DNA and some enzymes such as topoisomerases. Their activity depends on bioreduction, similarly to what happens to nitroaromatic compounds. They also catalyze electron transfer reactions in biological processes and, after reduction generate radical anions (semiquinone radical anion and nitro), which depending on stability, can furnish their free electrons to acceptor molecules. In the present study, compounds with mixed functionalities derived from nor-β-lapachone, including a nitroaniline group were electrochemically studied in protic (acetate buffer) and aprotic (DMF+TBABF4, DMSO+TBAP and Acetonitrile+TBABF4) media, using glassy carbon and mercury as working electrodes. The compounds showed a complex redox behavior and the mechanism was elucidated using electron spin resonance. The electroreduced products of nor-β-lapachone and of the nitroquinones reacted with oxygen, indicative of the generation of reactive oxygen species, reactivity in the order of 2 > nor-β-lapachone > 3 > 1. We investigated their interaction with DNA, which was shown to be positive for nitroquinones and negative for the precursor nor-β-lapachone, in agreement with biological assays which had also shown that the nitroquinones cause DNA damage. The stability of the nitrosemiquinones, their half-life times were measured using mercury electrode, and the reaction rates for the electrochemical process-following-up-isproportionation reaction were measured. From these studies, a lower stability for the meta-substituted nitrophenylaniline (k2 = 5.188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0.06 s) was evidenced. Upon spectroelectrochemical reduction studies of the nitroquinones, the generation of radicalar intermediates (semiquinone radical anion and nitro radical anion) was observed, with differences between o- and m-derived compounds and the p-substituted one. To increase the solubility of the nitroquinones, in order to allow in vivo studies, the formation of inclusion complexes with β-cyclodextrin were evaluated. Positive results were obtained, leading to a viable formulation alternative for further biological studies with the compounds. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Quinonas despertam muito interesse devido às suas diversas atividades biológicas, principalmente como agentes antitumoral e tripanossomicida. A citotoxicidade de quinonas decorre de dois mecanismos principais: geração de EROs resultando no estresse oxidativo e alquilação de nucleófilos celulares, como o DNA e algumas enzimas, como as topoisomerases. Sua atividade depende de biorredução, similarmente ao que acontece com compostos nitroaromáticos. Eles também catalisam reações de transferência de elétrons biológicas e, após a redução geram ânions radicais (ânions radicais semiquinona e nitro), que dependendo da estabilidade, podem transferir seus elétrons livres a moléculas aceptoras. Neste trabalho, compostos de funcionalidade mista derivados da nor-β-lapachona, com um grupo nitroanilina, foram estudados eletroquimicamente nos meios prótico (tampão acetato) e aprótico (DMF + TBABF4, DMSO + TBAP e acetonitrila + TBABF4), utilizando carbono vítreo e mercúrio como eletrodos de trabalho. Os compostos apresentaram um comportamento redox complexo e o mecanismo elucidado por espectroeletroquímica. Os produtos da eletro-redução da nor-β-lapachona e nitroquinonas reagiram com oxigênio, indicativo da geração de EROs, na ordem de reatividade 2 > nor-β-lapachona > 3 > 1. Foi investigada a interação com DNA, que se mostrou positiva para as nitroquinonas e negativa para o precursor nor-β-lapachona, concordantes com ensaios biológicos que também evidenciou que as nitroquinonas causam dano ao DNA. A estabilidade do nitrosemiquinona, tempos de meia-vida e as taxas reacionais referentes à reação química de desproporcionamento acoplada ao processo eletroquímico para cada derivado foram determinadas usando eletrodo de mercúrio. A partir desses estudos, foi evidenciada a menor estabilidade para o nitrofenilamina meta-substituída (k2 = 15,188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0,06 s). Nos estudos por espectroeletroquímica das nitroquinonas, observou-se a geração de intermediários radicalares (ânions radicais semiquinona e nitro), com diferenças entre os nitroderivados o- e m-, assim como para o p- derivado. Com objetivo de aumentar a solubilidade das nitroquinonas, para posteriores estudos in vivo, foi avaliada a formação de complexos de inclusão com β-ciclodextrina. Foram obtidos resultados positivos, refletindo em alternativa viável para formulações posteriores com estes compostos e ensaios biológicos.

There is a strong interest in phenolic compounds and nitrocompounds in the function of their diverse and significant biological activities. Such compounds can participate in electron transfer reactions and produce metabolites that influence the redox state at the cellular level, with consequent effect on vital biochemical processes. This work aimed to determine the electrodic mechanism involved in the oxidation of bergenin and the reduction of nitrobenzyl derivatives and to evaluate possible supramolecular interactions of bergenin with β-cyclodextrin (β-CD) and deoxyribonucleic acid (DNA) in order to increase its solubility in aqueous medium and help in understanding the molecular mechanism of biological action. The electrochemical studies in protic and aprotic medium were performed in potentiostat PGSTAT302 (AUT 73222) from Autolab® using voltammetric techniques. The influence of the interaction of different cyclodextrins on the solubility of bergenin in aqueous medium was verified through the phase transfer study by cyclic voltammetry. The bergenin:β-CD complex was prepared in 1:1 and 1:2 proportions by the coevaporation technique and characterized by spectroscopic techniques. The theoretical studies were performed through the Gaussian program 09. Bergenin in the free and complexed form were evaluated against antioxidant capacity (lipid peroxidation assays), cytotoxicity (cell viability versus macrophages), and interaction with estimated DNA through the use of dsDNA (double strand) electrochemical sensor and with ssDNA (single strand) for UV-Vis spectrophotometry in solution. The electrochemical results obtained for bergenin demonstrated that its oxidation mechanism in aprotic and protic environments involves, respectively, loss of 1e-/1H+ and 2e-/2H+, when using a glassy carbon electrode. Theoretical data contributed to clarify that oxidative mechanisms involve phenolic hydroxyls. The antioxidant activity of bergenin in the lipoperoxidation inhibition assays was favored in its complexed form with β-CD 1:1. The cytotoxicity of bergenin evaluated in macrophages was also influenced by interaction with β-CD. The electrochemical studies involving ssDNA demonstrated interaction between bergenin and the constituent bases of DNA, suggesting a possible mechanism of biological action. However, the dsDNA biosensor studies showed no interaction. Investigation of the interaction with dsDNA through UV-Vis spectrophotometry resulted in a binding constant between DNA and bergenin in the free and complexed form on the order of 103 and 104 M-1, respectively. The electrochemical behavior of the nitrobenzyl derivatives obtained in aprotic medium presented a voltammetric profile of great complexity, involving patterns related to autoprotonation and dissociative electron transfer reactions. The order of ease of reduction, based on values of first wave reduction potential, was found: ANB > EANBEN > EANB > AANB > ANOH > ATN = ENF > ANBNa > ENM > ANF, obtaining a positive correlation between the compounds with (less negative) with more pronounced biological activity (leishmanicidal and antitumor activities), already described in the literature, which justifies the importance of the electrochemical investigation of bioactive compounds as a tool in medical chemistry, in processes related to the transfer of electrons. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Há forte interesse a cerca de compostos fenólicos e nitrocompostos em função de suas diversas e significativas atividades biológicas. Tais compostos podem participar de reações de transferência de elétrons e produzir metabólitos que influenciam o estado redox em nível celular, com consequente efeito em processos bioquímicos vitais. Deste modo, este trabalho teve como objetivo determinar o mecanismo eletródico envolvido na oxidação da bergenina e na redução dos derivados nitrobenzílicos e avaliar possíveis interações supramoleculares da bergenina com β-ciclodextrina (β-CD) e ácido desoxirribonucléico (DNA), a fim de aumentar sua solubilidade em meio aquoso e auxiliar no entendimento do mecanismo molecular de ação biológica. Os estudos eletroquímicos em meio prótico e aprótico foram realizados em potenciostato PGSTAT302 (AUT 73222) da Autolab® através de técnicas voltamétricas. A influência da interação de diferentes ciclodextrinas sobre a solubilidade da bergenina em meio aquoso foi verificada através do estudo de transferência de fase por voltametria cíclica. O complexo bergenina:β-CD foi preparado nas proporções 1:1 e 1:2 através da técnica de co-evaporação e caracterizado através de técnicas espectroscópicas. Os estudos teóricos foram realizados através do programa Gaussian 09. A bergenina na forma livre e complexada foram avaliadas frente à capacidade antioxidante (ensaios de peroxidação lipídica), citotoxicidade (viabilidade celular frente a macrófagos), e a interação com DNA estimada através da utilização de sensor eletroquímico de dsDNA (fita dupla) e com ssDNA (fita simples) e espectrofotometria UV-Vis, em solução. Os resultados eletroquímicos obtidos para bergenina demonstraram que seu mecanismo de oxidação em meio aprótico e prótico envolve, respectivamente, a perda de 1e-/1H+ e de 2e-/2H+, ao utilizar eletrodo de carbono vítreo. Os dados teóricos contribuiram para esclarecer que os mecanismos oxidativos envolvem as hidroxilas fenólicas. A atividade antioxidante da bergenina verificada nos ensaios de inibição de lipoperoxidação foi favorecida em sua forma complexada com β-CD na proporção 1:1. A citotoxicidade da bergenina avaliada em macrófagos também sofreu influência da interação com β-CD. Os estudos eletroquímicos envolvendo ssDNA demonstraram interação entre bergenina e as bases constituintes do DNA, sugerindo um possível mecanismo de ação biológico. Já os estudos com biossensor de dsDNA, não demonstraram interação. A investigação da interação com dsDNA através da espectrofotometria UV-Vis resultou numa constante de ligação entre DNA e bergenina na forma livre e complexada na ordem de 103 e 104 M-1, respectivamente. O comportamento eletroquímico dos derivados nitrobezílicos obtidos em meio aprótico apresentaram um perfil voltamétrico de grande complexidade, envolvendo padrões relacionados a reações de autoprotonação e de transferência de elétrons dissociativa. A ordem de facilidade de redução, baseada em valores de potencial de primeira onda de redução, encontrada foi: ANB > EANBEN > EANB > AANB > ANOH > ATN = ENF > ANBNa > ENM > ANF, obtendose correlação positiva entre os compostos com maior potencial de redução (menos negativos) com atividade biológica mais pronunciada (atividades leishmanicida e antitumoral), já descritas na literatura, o que justifica a importância da investigação eletroquímica de compostos bioativos como ferramenta em química medicinal, em processos relacionados à transferência de elétrons.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The development of polymers with the ability to transport and release drugs and bioactives has been growing rapidly because of their unique properties in protecting and enhancing solubilization of drugs in physiological media. In this work, polyesters derived from β-cyclodextrin were developed in two different systems: The former consisted of cyclodextrin cross-linked with citric acid and subsequently functionalized with glutamic acid. The latter was obtained from β-cyclodextrin esterified with gluthamic acid. The polyesters were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Solid-state Cross-Polarization Magic Angle Spinning Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance (CP/MAS 13C–NMR) and Thermogravimetric Analysis (TGA) for the confirmation of the formation of polymers and the esterification of glutamic acid with β-cyclodextrin molecules. The formation of inclusion complex of the polymers in solution with orange methyl was evaluated to verify the activation of β-cyclodextrin cavities. The polymers were used as reducer and stabilizer in the synthesis of silver nanoparticles (AgNPs). The characterization of the AgNPs was performed by UV-Vis spectroscopy, and bands between 350-500 nm evidenced of the obtainment of silver nanoparticles. Analyses by transmission electron microscopy revealed AgNPs with spherical morphology and diameter around ~ 5 to ~60 nm, corroborating with the results of UV-Vis. / O desenvolvimento de polímero com a capacidade de transportar e liberar fármacos e compostos bioativos vem crescendo rapidamente, devido suas propriedades únicas em proteger e aumentar a solubilização em meios fisiológicos. Neste trabalho, foram desenvolvidos poliésteres derivado de β-ciclodextrina em dois sistemas distintos. O primeiro sistema foi obtido a partir de β-ciclodextrina reticulado com ácido cítrico e posteriormente funcionalizado com ácido glutâmico. O segundo foi a partir de β-ciclodextrina esterificada com ácido glutâmico. Os poliésteres foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear no estado sólido sob polarização cruzada e rotação com ângulo mágico (RMN 13C CP/MAS) e análise termogravimétrica (TG), para a confirmação da formação dos polímeros e a esterificação do ácido glutâmico com as moléculas de β-ciclodextrina. A formação de complexo de inclusão dos polímeros com o alaranjado de metila foi avaliada em solução, comprovando-se a ativação das cavidades de β-ciclodextrina. Os polímeros foram testados quanto a habilidade de promover a formação/estabilização de nanopartículas de prata (AgNPs) a partir de nitrato de prata em solução. A caracterização das AgNPs foi realizada por espectroscopia de UV-Vis, e as bandas observadas entre 350-500 nm são evidências da presença de nanopartículas de prata. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão revelaram AgNPs de morfologia esférica com diâmetro em torno de ~5 a ~60 nm, corroborando com os resultados de UV-Vis. / São Cristóvão, SE

α-Terpineol (TPN) is an alcoholic monoterpene present in the essential oil of oregano and thyme, having anticonvulsant, antinociceptive and anti-inflammatory properties. The TPN analgesic activity is associated with its actions in the central nervous system (CNS), what can suggest that TPN can act on dysfunctional chronic pain, such as fibromyalgia (FM). The FM is a chronic rheumatic disease with pathophysiology related to alterations in neurotransmission systems. The current therapy for FM is mainly characterized by pharmacotherapeutic conduct; however, there is significant drug resistance. Thus, the aim of this study was to evaluate the possible anti-hyperalgesic effect of an inclusion complex containing TPN and β-cyclodextrin (βCD) in the non-inflammatory chronic muscle pain model (considered to be a FM model) in rodents. The TPN-βCD complex was prepared and characterized by thermogravimetry (TG), absorption spectroscopy in the infrared Fourier transform (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). Albino Swiss mice were used, weighing between 20 and 30 g. The non-inflammatory chronic muscle pain model was induced by two injections of acid saline (pH 4.0 - 20 uL) into the left gastrocnemius, 5 days apart. After induction, the animals were treated with TPN-βCD (25, 50 or 100 mg/kg, p.o.), vehicle (0.9% saline, p.o.) or tramadol (5 mg/kg; i.p.) for 10 consecutive days. An hour after the treatment, it was measured the mechanical hyperalgesia through digital analgesimeter, the motor performance through the Rota-Rod and muscle strength through the Grip Strength Meter. In addition, it was tested the action of the administration of ondansetron and naloxone (opioid and serotonin antagonists, respectively) in the TPN analgesic action. The results were expressed as mean ± standard error and the differences between groups were analyzed using ANOVA followed by Tukey's test. After incorporation of TPN in βCD, the complexes were characterized physical chemically by different methods: TG, FTIR and SEM. These results together suggested the formation of TPN-βCD complex. The oral treatment with TPN-βCD, in all doses, produced a significant reduction (p <0.001) in the mechanical hyperalgesia without causing any changes in motor coordination. The muscle strength increased after the administration of the highest dose. The analgesic time effect in animals treated with TPN-βCD complex was over four hours to the free αTPN, being these difference statistically significant (p <0.01). The analgesic effect observed was reversed by systemic administration of naloxone or ondansetron. Corroborating these findings, the "docking" study confirmed the possible interaction of αTPN with opioid (mu, kappa, delta) and serotonin receptors. Thus, it can be concluded that the TPN-βCD complex reduced the mechanical hyperalgesia in the chronic muscle pain model, probably due to activation of CNS areas, possibly acting on opioid and serotonin receptors. / O α-terpineol (TPN) é um monoterpeno alcoólico presente no óleo essencial de orégano e tomilho com propriedades anticonvulsivantes, antinociceptiva e anti-inflamatória. As propriedades analgésicas do TPN estão associadas a suas ações no sistema nervoso central (SNC), sendo sugestivo seu efeito sobre dores crônicas conhecidas como disfuncionais, tais como a fibromialgia (FM). A FM é uma doença reumatológica crônica de fisiopatologia relacionada a alterações em sistemas de neurotransmissão e sua terapia atual é caracterizada principalmente pela conduta farmacoterapêutica, contudo, com significativa farmacoresistência terapêutica. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi avaliar a possível efeito anti-hiperalgésico do complexo de inclusão contendo TPN e β-ciclodextrina (βCD) no modelo de dor muscular crônica não inflamatória (considerado ser um modelo experimental de FM) em roedores. O complexo TPN-βCD foi preparado e caracterizado por termogravimetria (TG), espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foram utilizados camundongos Swiss albinos machos pesando de 20 a 30 g. O modelo de hiperalgesia muscular crônica não inflamatória foi induzida por duas injeções de solução salina (pH 4,0 - 20 μL) no gastrocnêmio esquerdo, sendo a primeira no dia 0 e a segunda no dia 5. Após a indução da hiperalgesia, os animais foram tratados com αTPN-βCD (25, 50 ou 100 mg/kg; v.o.), veículo (salina 0.9%, v.o.) ou Tramadol (4 mg/kg; i.p.) durante 10 dias consecutivos. Uma hora após analise da hiperalgesia mecânica, avaliou-se o desempenho motor no teste do Rota-Rod e a força muscular no Grip Strength Meter. Além disso, foi testado o possível antagonismo da ação analgésica pela administração de naloxona e ondansetrona (antagonistas de receptores opióides e serotoninergico, respectivamente). Os resultados foram expressos como média ± erro padrão da média e as diferenças entre os grupos foram analisadas por meio do teste de variância ANOVA, seguido pós-teste de Tukey. Após incorporação do αTPN na βCD, os complexos foram caracterizados fisico-quimcamente por diferentes métodos: TG, FTIR e MEV, e o conjunto dos resultados obtidos sugerem a formação do complexo αTPN-βCD. O tratamento oral com αTPN-βCD, em todas as doses testadas, produziu uma redução estatisticamente significativa (p<0,001), na hiperalgesia mecânica, sem causar alterações na coordenação motora e aumentando a força muscular na maior dose testada. A duração do efeito analgésico nos animais tratados com complexo αTPN-βCD foi quarto horas superior ao tempo de analgesia causada pela αTPN livre, diferença estatisticamente significativa quanto a comparação desses dois grupos (p<0,01). O efeito analgésico foi revertido pela administração sistêmica de naloxona ou ondansetrona. Corroborando com esses resultados, o estudo de “docking” confirmou a possível interação do αTPN com receptores Opióides (MU, Kappa, Delta) e Serotonina. Assim, pode-se concluir que o complexo αTPN-βCD reduziu a hiperalgesia mecânica no modelo de nocicepção muscular crônica, provavelmente por ativação de áreas do SNC, agindo, possivelmente, nos receptores opióides e serotoninérgicos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Synthesis of ternary polyurethanes (PUs) from hexamethylenediisocyanate, β- cyclodextrin and β-glycerophosphate (acid and calcium salt) was studied varying synthesis parameters such as monomer proportion, heating method (reflux and microwave), and catalyst amount. Favorable conditions were provided by microwave irradiation and use of β-glycerophosphoric acid although the results suggest that it is possible to obtain ternary PUs with the calcium salt. FTIR data indicated the existence of secondary urea linkages. After characterization of ternary PUs by FTIR spectroscopy, XRD and thermal analysis, as well as evidences that the cyclodextrin cavities remained active toward inclusion of guest molecules, the possibility of inclusion of the antibiotic ciprofloxacin was evaluated. Absence of ciprofloxacin melting peak in DSC curves indicated that it is molecularly dispersed within the polymer, possibly included in the cyclodextrin. In vitro release experiments suggested additional non-inclusion interactions, showing also that the use of dialysis membranes may mask the actual release profile. / Nesta Tese foi estudada a síntese de poliuretanos ternários (PUs) à base de diisocianato de hexametileno, β-ciclodextrina e β -glicerofosfato (na forma de ácido e de sal de cálcio), sendo avaliados diferentes parâmetros de síntese, tais como proporção monômero, método de aquecimento (refluxo e microondas), bem como a quantidade de catalisador. As condições mais favoráveis foram fornecidas pela irradiação de microondas e a utilização de ácido β -glicerofosfórico, embora os resultados sugiram que é possível obter PU ternário com o sal de cálcio. Dados de FTIR indicaram a existência de ligações de uréia secundárias na estrutura dos poliuretanos. Após a caracterização dos PU’s ternários por espectroscopia de FTIR, XRD e análise térmica, obtiveram-se evidências de que as cavidades de β-ciclodextrina permaneceram ativas para a inclusão de moléculas hóspedes, usando-se fenolftaleína (FF) como sonda. Na seqüência, foi avaliada a possibilidade de inclusão do antibiótico ciprofloxacina. A ausência do pico de fusão ciprofloxacina em curvas de DSC indicou que este fármaco está molecularmente disperso dentro do polímero, com as moléculas possivelmente incluídas nas cavidades β-ciclodextrina. Experiências de liberação in vitro sugeriram interações não-inclusivas, mostrando também que a utilização de membranas de diálise pode mascarar o perfil de liberação efetiva.