The use of size and shape tunable quantum confinement nanocrystals has many potential applications for use in semiconductors, optics and sensors. The synthesis of lead sulfide (PbS) and copper indium diselenide (CuInSe���) nanoparticles are of particular interest for use in semiconductor, optoelectronics and bio-medical applications. The continuous synthesis of lead sulfide (PbS) and copper indium diselenide (CuInSe���) nanocrystals was undertaken in this work. Quality colloidal nanocrystal synthesis requires three components: precursors, organic surfactants and solvents. The synthesis of the nanocrystals can be thought of as a nucleation event, followed by a subsequent growth period. Both the nucleation and growth rates were found to be dependent upon factors such as temperature, growth time, and precursor concentration. For a continuous flow system the residence time (at nucleation and growth conditions) was also found to be important. In order to separate the nucleation and growth events, injection techniques were employed to achieve rapid nucleation of nanocrystals with final size dictated by the growth temperature and/or residence time through the growth zone of the reaction system. Experimental parameters to investigate the size, shape, and composition of synthesized nanocrystals included injection temperature, growth temperature, residence time, and concentration of organic surfactants. Size tunability was accomplished for both PbS and CuInSe��� nanocrystals where particle sizes less than 10 nm were achieved and the resulting nanocrystal compositions were found to be at the approximate stoichiometric ratios for both PbS and CuInSe���. The materials used for the process tubing and pumps were found to be important as chlorinated reaction byproducts were found to react with the stainless steel tubing and pump heads. Post processing was also found to be important in order to remove any possible reaction by-products and residual precursors from the surface of synthesized nanocrystals. When at least one dimension of the nanocrystal approaches the exciton Bohr radius, the bandgap for the nanocrystal increases. UV-VIS spectroscopy was used to optically characterize synthesized PbS nanocrystals from our continuous flow synthesis. The absorption spectra for the particles demonstrated an absorption onset showing a large blueshift compared to that of bulk PbS. The blueshift matches closely with literature reports of the quantum confinement effect that would be desired when synthesizing PbS nanoparticles at diameters that are less than the PbS exciton Bohr radius of 18 nm. / Graduation date: 2013

xvi, 117 p. ; ill. (some col.) A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / High efficiency thin film solar cells have the potential for being a world energy solution because of their cost-effectiveness. Looking to the future of solar energy, there is the opportunity and challenge for thin film solar cells. The main theme of this research is to develop a detailed understanding of electronically active defect states and their role in limiting device performance in copper indium gallium diselenide (CIGS) solar cells. Metastability in the CIGS is a good tool to manipulate electronic defect density and thus identify its effect on the device performance. Especially, this approach keeps many device parameters constant, including the chemical composition, grain size, and interface layers. Understanding metastability is likely to lead to the improvement of CIGS solar cells. We observed systematic changes in CIGS device properties as a result of the metastable changes, such as increases in sub-bandgap defect densities and decreases in hole carrier mobilities. Metastable changes were characterized using high frequency admittance spectroscopy, drive-level capacitance profiling (DLCP), and current-voltage measurements. We found two distinctive capacitance steps in the high frequency admittance spectra that correspond to (1) the thermal activation of hole carriers into/out of acceptor defect and (2) a temperature-independent dielectric relaxation freeze-out process and an equivalent circuit analysis was employed to deduce the dielectric relaxation time. Finally, hole carrier mobility was deduced once hole carrier density was determined by DLCP method. We found that metastable defect creation in CIGS films can be made either by light-soaking or with forward bias current injection. The deep acceptor density and the hole carrier density were observed to increase in a 1:1 ratio, which seems to be consistent with the theoretical model of V Cu -V Se defect complex suggested by Lany and Zunger. Metastable defect creation kinetics follows a sub-linear power law in time and intensity. Numerical simulation using SCAPS-1D strongly supports a compensated donor- acceptor conversion model for the experimentally observed metastable changes in CIGS. This detailed numerical modeling yielded qualitative and quantitative agreement even for a specially fabricated bifacial CIGS solar cell. Finally, the influence of reduced hole carrier mobility and its role in limiting device performance was investigated. / Adviser: J. David Cohen

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Acute liver failure (ALF) induced by acetaminophen (APAP) is a complex process associated with glutathione (GSH) depletion, energetics metabolism changes and mitochondrial dysfunction, resulting in the impairment of maintenance of tissue normal function. On this matter, organoselenium compounds, such as diphenyl diselenide (PhSe)2, have been highlighted in the last years due to the antioxidant properties and the hepatoprotective effects, however, the (PhSe)2 hepatoprotection mechanism remains unclear. So, this work was aimed to deepen into understanding of the effects of (PhSe)2 on the mitochondrial dysfunction as well as the signaling pathway during the ALF induced by APAP. Firstly, it was performed a comparative study between the organoselenium compound and the classical antidote (N-acetylcysteine, NAC) in the liver homogenate. (PhSe)2 presented similar results to the NAC reducing the oxidative damage markers, maintaining the GSH levels and enhancing the survival after the APAP overdose. The treatment with (PhSe)2 reduced plasmatic levels of transaminases (aspartate and alanine aminotransferase) and the morphological/histological changes. In addition, (PhSe)2 was able to reduce significantly the oxidative damage such as lipid peroxidation, reactive oxygen and nitrogen species generation, mitochondrial protein carbonylation and mitochondrial viability after ALF induced by APAP. In this context, the levels of non enzymatic antioxidants, such as GSH, and enzymatic antioxidants, such as catalase, Mn superoxide dismutase, glutathione peroxidase and glutathione reductase remained to the control levels. In general, the results noticed in this work the probably (PhSe)2 mechanism is closely related with the maintenance of antioxidant defense system and inhibition of mitochondrial transition permeability (MPT) indicated by reduction of mitochondrial swelling, activity preservation of respiratory complexes I, II and ATPase, and maintenance of H+ gradient with the mitochondrial membrane potential (Δψm) generation. It was observed that (PhSe)2 was able to limit the impairment of mitochondrial bioenergetics function with the normalization of oxidative phosphorilation (OXPHOS) and activation of heat shock protein pathway through the enhance of HSP70 levels, which in turn, modulates the MPT protecting the mitochondrial viability. (PhSe)2 treatment was able to maintain the appropriated levels of cytokines associated with the liver recovery, such as tumoral necrosis factor alfa (TNF-α), interleukin 6 (IL-6) and nuclear factor kappa B (NF-κB). Moreover, the integrity of cellular bioenergetic function could be associated with the increase of peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator (PGC-1α), helping to restore the nuclear respiratory factor 1 (NRF1) levels associated with the mitochondrial biogenesis. Finally, (PhSe)2 could be a useful therapeutic alternative that would contribute to the liver recovery, controlling the quality of mitochondrial function and maintaining homeostasis and cellular health. / A insuficiência hepática aguda (IHA) induzida por paracetamol (APAP) é um processo complexo que envolve depleção de glutationa (GSH), mudanças no metabolismo energético e disfunção mitocondrial, o que resulta na incapacidade de manter o funcionamento adequado do órgão. Neste contexto, a utilização de compostos orgânicos de selênio como o difenil disseleneto (PhSe)2 tem se destacado nos últimos anos, devido as propriedades antioxidantes e efeitos hepatoprotetores, no entanto, o mecanismo pelo qual (PhSe)2 age não está totalmente esclarecido. Assim, este estudo busca aprofundar nossos conhecimentos sobre as ações do (PhSe)2 na disfunção mitocondrial assim como a sinalização intracelular durante a IHA induzida por APAP. Para tanto, estabelecemos primeiramente um parâmetro comparativo entre o composto orgânico de selênio e o antídoto clássico (N-acetil cisteina, NAC), em homogenato. O (PhSe)2 foi tão efetivo quanto NAC reduzindo os marcadores de dano oxidativo, auxiliado na manutenção dos níveis de GSH e aumentando o tempo de sobrevivência após a intoxicação por APAP. O tratamento com (PhSe)2 reduziu alterações morfológica, minimizou o dano quando analisamos histologicamente o tecido hepático e determinou uma redução nos níveis plasmáticos dos indicadores de dano hepatocelular (AST e ALT). Além disso, o (PhSe)2 foi eficaz na redução significativa do dano oxidativo ao limitar a peroxidação lipídica, formação de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, carbonilação de proteínas mitocondriais e viabilidade mitocondrial após a IHA induzida por APAP. Neste contexto, os níveis de antioxidantes não enzimáticos, tais como GSH, e enzimáticos, tais como as enzimas catalase, manganês superoxido dismutase, glutationa peroxidase e glutationa redutase, também foram mantidos semelhantes ao grupo controle. Em geral os resultados observados neste estudo indicam que um importante mecanismo pelo qual o (PhSe)2 exerce os seus efeitos terapêuticos está relacionado a manutenção da atividade do sistema de defesa antioxidante e inibição da transição de permeabilidade mitocondrial (MPT) indicados pela redução do inchaço mitocondrial, preservação da atividade dos complexos respiratórios I, II e ATPase, e manutenção do gradiente de H+ com a formação do potencial de membrana mitocondrial (Δψm). Também observamos que o (PhSe)2 limita a perda do funcionamento bioenergético mitocondrial com a manutenção dos níveis adequados de fosforilação oxidativa (OXPHOS) e ativa a via das proteínas do choque térmico aumentando a expressão de HSP70, a qual apresenta um efeito modulador importante sobre a MPT preservando a viabilidade mitocondrial. O tratamento com (PhSe)2 foi efetivo em preservar níveis apropriados de citocinas envolvidas na recuperação do tecido hepático, tais como fator de necrose tumoral alfa (TNF- α), interleucina 6 (IL-6) e fator nuclear kappa B (NF-κB). Além disso, a manutenção bioenergética celular poderia estar associada com os elevados níveis transcricionais do receptor gama ativado por proliferador de peroxissoma (PGC-1α) que auxilia a restaurar os níveis de fator nuclear respiratório 1 (NRF1) os quais estão envolvidos no processo de biogênese mitocondrial. Por fim, o (PhSe)2 poderia ser uma importante alternativa terapêutica a qual auxiliaria na recuperação do fígado, controle de qualidade mitocondrial e manutenção da homeostase e saúde celular.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Monosodium glutamate (MSG) has been the target of research due to its toxicological effects. Neonatal administration of MSG in animals can affect the morphological and electrophysiological organization of the brain, leading to behavioral disorders in adulthood, including increased pain sensitivity. The present study aimed to investigate the mechanism of action by which MSG induces nociception and the effect of diphenyl diselenide (PhSe)2, an organoselenium compound with pharmacological properties already documented, on nociception induced by MSG. Newborn Wistar rats were treated with ten subcutaneous injections of MSG at a dose of 4.0 g/kg or saline, once a day. At the 60th day of life, rats received daily (PhSe)2 (1 mg/kg) or vehicle (canola oil) by intragastric route for 7 days. The behavioral tests (locomotor activity, hot plate, tail-immersion and mechanical allodynia) were carried out. In addition, hippocampal ex vivo assays were performed to determine Na+, K+-ATPase and Ca2+-ATPase activities, cytokines levels and [3H] glutamate uptake. The results demonstrated that MSG increased nociception in the hot plate test, but not in the tail immersion test, and in the mechanical allodynia stimulated by Von-Frey Hair. (PhSe)2 decreased all nociceptive behaviors induced by MSG. MSG increased hippocampal Na+,K+-ATPase and Ca2+-ATPase activities and pro-inflammatory cytokines levels as well as decreased the anti-inflammatory cytokine (IL-10) and the [3H]glutamate uptake in hippocampi of rats. (PhSe)2 treatment protected against these alterations. These results demonstrated the mechanisms of action involved in nociception induced by MSG and the antinociceptive action of (PhSe)2 after neonatal injections of MSG in rats through the decrease hippocampal excitotoxicity and neuroinflammation associated to the administration of MSG in rats. / O Glutamato monossódico (GMS) tem sido alvo de investigação devido aos seus efeitos toxicológicos. A administração neonatal de GMS em animais pode influenciar na organização morfológica e eletrofisiológica do cérebro, levando a distúrbios de comportamento na idade adulta, incluindo o aumento da sensibilidade à dor. O presente estudo teve como objetivo pesquisar o mecanismo pelo qual o GMS induz nocicepção e avaliar o efeito do disseleneto de difenila (PhSe)2, um composto orgânico de selênio com propriedades farmacológicas já documentadas, na nocicepção induzida por GMS. Ratos Wistar recém-nascidos foram tratados com dez injeções subcutâneas de GMS na dose de 4,0 g/kg ou salina, uma vez por dia. Aos 60 dias de vida, os ratos receberam (PhSe)2 (1mg /kg) ou o veículo (óleo de canola), por via intragástrica, uma vez ao dia, durante 7 dias. Testes comportamentais (atividade locomotora, teste da placa quente, imersão da cauda e alodinia mecânica) foram realizados após trinta minutos do último tratamento com (PhSe)2. Além disso, ensaios ex vivo foram realizados para determinar a atividade das enzimas Na+, K+-ATPase e da Ca2 +-ATPase, os níveis de citocinas e a captação de glutamato em hipocampo. Os resultados demonstraram um aumento na nocicepção induzida por GMS no teste da placa quente e no teste de alodinia mecânica, porém não no teste de imersão da cauda. O (PhSe)2 diminuiu todos os comportamentos nociceptivos induzidos pelo GMS. O GMS estimulou a atividade da Na+, K+-ATPase e da Ca2+-ATPase e induziu o aumento dos níveis de citocinas pró-inflamatórias, bem como a diminuição da citocina anti-inflamatória, IL-10, e da captação de glutamato no hipocampo de ratos. O tratamento com (PhSe)2 protegeu contra estas alterações. Estes resultados demonstraram mecanismos de ação envolvidos na nocicepção induzida pelo GMS e a ação antinociceptiva do (PhSe)2 após injeções neonatais de GMS em ratos através da diminuição da excitotoxicidade e neuroinflamação hipocampal associada à administração de GMS em ratos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pesticides are substances used in agricultural areas and public health programs to control pests and disease vectors. Among pesticides, organophosphates (OPs) are considered the most toxic to vertebrates. Diphenyl diselenide [(PhSe)2] is an organoselenium compound that presents pharmacological activities, among that the antioxidant effect. Therefore, the aim of this study was to evaluate the pharmacological effects of (PhSe)2 in acute models of toxicity induced by chlorpyrifos (CPF) and acephate (AC) in rats, as well as to investigate the hyperglycemic and hyperlipidemic effects of CPF which has not been described. In the first experimental protocol (article 1), the effect of (PhSe)2 on hepatic and hematological toxicity induced by CPF in rats was evaluated. The animals were pre-treated by intragastric route (p.o.) with (PhSe)2 (5 mg/kg) once a day for 7 days. On the 8th and 9th days, (PhSe)2 (5 mg/kg; p.o.) was administered to rats 30 min prior to subcutaneous (s.c.) injection of CPF (50 mg/kg). Twenty-four hours after the last CPF injection, rats were killed. The aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT) and lactate dehydrogenase (LDH) activities were determined in plasma of rats. Lipid peroxidation, protein carbonyl and non-protein thiol (NPSH) levels as well as catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR) and gluthatione S-transferase (GST) activities were determined in livers of rats. Hematologic parameters were also assayed. CPF caused an increase in AST, ALT and LDH activities, an increase in lipid peroxidation and protein carbonyl levels, a decrease in NPSH levels and an inhibition of CAT, GPx, SOD and GST activities. In addition, CPF exposure caused hematologic toxicity, evidenced mainly by a decrease in total leukocytes levels. (PhSe)2 protected against toxic effects induced by CPF in rats. Moreover, (PhSe)2 increased per se NPSH levels and GST activity in livers of rats. In the second experimental protocol (article 2), the effect of (PhSe)2 on metabolic disorders induced by AC in rats was investigated. (PhSe)2 (10 or 30 mg/kg; p.o.) was administered to rats 1 hour prior to AC administration (140 mg/kg; p.o.). Two hours after AC administration, rats were killed. Glucose and corticosterone levels as well as the lipid status were determined in plasma of rats. Cardiovascular risk factor and the atherogenic index were calculated. Glycogen levels as well as tyrosine aminotransferase (TAT) and glucose-6-phosphatase (G6Pase) activities were determined in livers of rats. Cerebral acetylcholinesterase (AChE) activity was assayed. AC induced an increase in glucose, corticosterone and triglycerides (TG) levels, an increase in TAT and G6Pase activities and an inhibition of AChE activity. The cardiovascular risk factor [(TG/ high density lipoprotein (HDL)] was increased in AC exposed rats. (PhSe)2 attenuated these alterations, except for the increase of corticosterone levels and AChE activity inhibition. In the third experimental protocol (article 3), the hyperglycemic and hyperlipidemic effects of CPF in rats were investigated. The mechanisms involved in hyperglycemia induced by CPF were also studied. CPF was administered once to rats at the dose of 50 mg/kg, s.c. Animals were killed at 2, 4, 8, 12 e 24 hours after CPF administration. Glucose and corticosterone levels as well as lipid status and paraoxonase-1 (PON-1) activity were determined in plasma of rats. Cardiovascular risk factors and the atherogenic index were calculated. Glycogen levels as well as TAT and G6Pase activities were determined in livers of rats. Cerebral AChE activity was assayed. CPF caused an increase in glucose, glycogen, corticosterone, TG and low density lipoprotein (LDL) levels, an increase in TAT and G6Pase activities, a decrease in HDL levels and PON-1 activity and AChE activity inhibition. The cardiovascular risk factors and atherogenic index were increased in CPF exposed rats. The results of the present study demonstrated that (PhSe)2 protected against toxic effects induced by CPF and AC in rats. CPF exposure caused hyperglycemia and hyperlipidemia in rats. The gluconeogenesis pathway activation is involved in the hyperglycemic effect caused by CPF. Considering that the crescent use of OPs worldwide has been the cause of many severe human poisoning cases, the results of the present work are of great importance, since that (PhSe)2 may represent an alternative to alleviate the OPs-induced toxicity. / Os agrotóxicos são substâncias empregadas nas áreas agrícolas e em programas de saúde pública, para o controle de pragas e vetores que transmitem doenças. Dentre os agrotóxicos, os inseticidas organofosforados (OFs) são considerados os mais tóxicos aos vertebrados. O disseleneto de difenila [(PhSe)2] é um composto orgânico de selênio para o qual já foram descritas diversas propriedades farmacológicas, entre elas a atividade antioxidante. Dessa forma, este trabalho teve como objetivos avaliar os efeitos farmacológicos do (PhSe)2 em modelos de toxicidade aguda induzida por clorpirifós (CPF) e acefato (AC) em ratos, bem como, avaliar os efeitos hiperglicêmico e hiperlipidêmico do CPF, os quais não estão descritos na literatura. No primeiro protocolo experimental (artigo 1), avaliou-se o efeito do (PhSe)2 na toxicidade hepática e hematológica induzida por CPF em ratos. Os animais foram pré-tratados com (PhSe)2 (5 mg/kg) pela via intragástrica (p.o.) uma vez ao dia durante 7 dias. No 8º e 9º dias o (PhSe)2 (5 mg/kg; p.o.) foi administrado 30 min antes da administração subcutânea (s.c.) de CPF (50 mg/kg). Os animais foram mortos vinte e quatro horas após a última administração de CPF. A atividade das enzimas aspartato aminotransferase (AST), alanina aminotransferase (ALT) e lactato desidrogenase (LDH) foram determinadas no plasma dos ratos. Os níveis de peroxidação lipídica, carbonilação de proteínas e tióis não-protéicos (SHNP), bem como a atividade das enzimas catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR) e glutationa S-transferase (GST) foram determinados no fígado dos ratos. Os parâmetros hematológicos também foram analisados. O CPF causou aumento da atividade das enzimas AST, ALT e LDH, aumento dos níveis de peroxidação lipídica e carbonilação de proteínas, diminuição dos níveis de SHNP e inibição das enzimas CAT, GPx, SOD e GST. Além disso, a exposição ao CPF causou toxicidade hematológica, evidenciada principalmente pela diminuição dos níveis de leucócitos totais. O (PhSe)2 protegeu contra os efeitos tóxicos induzidos pelo CPF em ratos. Além disso, o (PhSe)2 aumentou per se os níveis de SHNP e a atividade da GST no fígado dos ratos. No segundo protocolo experimental (artigo 2), investigou-se o efeito do (PhSe)2 nos distúrbios metabólicos induzidos por AC em ratos. O (PhSe)2 (10 ou 30 mg/kg; p.o.) foi administrado aos animais 1 hora antes da administração de AC (140 mg/kg; p.o.). Os animais foram mortos duas horas após a administração de AC. Os níveis de glicose e corticosterona bem como o perfil lipídico foram determinados no plasma dos ratos. Os fatores de risco cardiovascular e o índice aterogênico foram calculados. Os níveis de glicogênio bem como a atividade das enzimas tirosina aminotransferase (TAT) e glicose-6-fosfatase (G6Pase) foram analisados no fígado dos ratos. A atividade da acetilcolinesterase (AChE) cerebral também foi determinada. O AC causou aumento dos níveis de glicose, corticosterona e triglicerídios (TG), aumento da atividade das enzimas TAT e G6Pase e inibição da AChE. O fator de risco cardiovascular [(TG/lipoproteína de alta densidade (HDL)] aumentou nos ratos expostos ao AC. O (PhSe)2 atenuou essas alterações, exceto para o aumento dos níveis de corticosterona e para a inibição da AChE. No terceiro protocolo experimental (artigo 3), investigou-se o efeito hiperglicêmico e hiperlipidêmico do CPF em ratos. Também foram estudados os mecanismos envolvidos no efeito hiperglicêmico do CPF. O CPF foi administrado uma única vez na dose de 50 mg/kg, s.c.. Os animais foram mortos em diferentes tempos após a administração de CPF (2, 4, 8, 12 e 24 horas). Os níveis de glicose e corticosterona bem como o perfil lipídico e a atividade da paraoxonase-1 (PON-1) foram determinados no plasma dos ratos. Os fatores de risco cardiovascular e o índice aterogênico foram calculados. Os níveis de glicogênio bem como a atividade das enzimas TAT e G6Pase foram analisados no fígado dos ratos. A atividade da AChE cerebral também foi determinada. O CPF causou aumento dos níveis de glicose, glicogênio, corticosterona, TG e lipoproteína de baixa densidade (LDL), aumento da atividade das enzimas TAT e G6Pase, diminuição dos níveis de HDL e da atividade da PON-1 e inibição da atividade da AChE. Os fatores de risco cardiovascular e o índice aterogênico aumentaram nos animais expostos ao CPF. Os resultados do presente trabalho demonstraram que o (PhSe)2 protegeu contra a toxicidade induzida por CPF e AC em ratos. A exposição ao CPF causou hiperglicemia e hiperlipidemia em ratos. A ativação da via da gliconeogênese está envolvida no efeito hiperglicêmico causado pelo CPF. Considerando-se que a exposição aos OFs é cada vez mais freqüente e que é a causa de diversas doenças, os resultados deste trabalho são de grande importância, uma vez que o (PhSe)2 pode representar uma alternativa para atenuar a toxicidade causada pelos OFs.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Among various antioxidant therapeutic applications, neuroprotective action is highlighted sinceoxidative stress is recognized as one of the events involved in cell damage which occur in most of neurological disorders, including Parkinson s disease (PD). Consequently, the search for natural and/or synthetic antioxidants which may be effective in the treatment of neurological disorders has grown over the past years. In this context, several studies have shown the antioxidant potential of selenium organic compound diphenyl diselenide (DPDS) in vitro and in vivo, but there are still few studies talking about antioxidant activity of Valeriana officinalis (V. officinalis). Likewise, there is no research on the possible beneficial effects of these agents in models of neurological diseases such as PD using Drosophila melanogaster (D. melanogaster), an specie that has been used with great reliability in the reproduction of dopaminergic dysfunction models. Thus, the objective of this study was to evaluate the in vitro antioxidant activity of V. officinalis, as well as, the effect of supplementation of extract from roots of this plant and DPDS on behavioral and biochemical changes induced by pesticide rotenone exposure in D. melanogaster. As a result, we verify that: ethanolic extract from V. officinalis inhibited the generation of TBARS caused by various pro-oxidants agents in rat s brain homogenate in vitro, diminished deoxyribose degradation and generation of reactive oxygen species (ROS) caused by quinolinic acid (QA); flies exposed to rotenone were significantly lower than control group in behavioral tests of climbind and open-field (number of crossings and immobility time) and higher incidence of mortality. V. officinalis treatment was effective in reducing these effects, except against the decrease in number of crossings. Exposure to rotenone decreased in flies cell viability and non protein thiol content, but V. officinalis treatment normalized to the control levels. Rotenone increased mRNA expression on superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and tyrosine hydroxilase (TH) enzymes, which were restored by treatment with V. officinalis; DPDS supplementation was not effective in offering protection against locomotor and biochemical alterations induced by rotenone. In addition, DPDS per se induced an increase in ROS production and decreased survival rate of flies. In general, data showed that V. officinalis may be a promising neuroprotective agent, since it was effective in reducing the oxidative damage caused by different neurotoxic agents and toxic effects caused by rotenone exposure. Thus, the use of this plant extract may be beneficial in reducing neurological disorders associated to the oxidative stress. In relation to the use of DPDS, further studies aimed at the concentrations used are necessary, given that the concentration tested in this work did not offer protection against rotenone damage effects, DPDS potentiated the effect of this pesticide on mortality and exhibited toxic effects per se. Overall, these results contribute to the advancement of research focused on the toxicology and pharmacology of natural and synthetic products and screening for agent that provide neuroprotection and may be promising to assist in the treatment of neurodegenerative diseases, including PD. / Dentre as várias aplicações terapêuticas dos antioxidantes, destaca-se a ação neuroprotetora, uma vez que, o estresse oxidativo (EO) é reconhecido como um dos eventos envolvidos nos danos celulares que ocorrem na maioria das doenças neurológicas, incluindo a doença de Parkinson (DP). Consequentemente, a procura por antioxidantes naturais e/ou sintéticos que possam ser eficazes no tratamento de distúrbios neurológicos tem crescido muito ao longo dos últimos anos. Neste contexto, vários trabalhos têm evidenciado o potencial antioxidante do composto orgânico de selênio disseleneto de difenila (DPDS) in vitro e in vivo; mas, ainda, são escassos estudos acerca da atividade antioxidante da planta Valeriana officinalis (V. officinalis). Da mesma forma, ainda não há pesquisas sobre os possíveis efeitos benéficos desses agentes em modelos de doenças neurológicas, como a DP, utilizando a Drosophila melanogaster (D. melanogaster), uma espécie que vem sendo usada com bastante confiabilidade na reprodução de modelos de disfunção dopaminérgica. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antioxidante in vitro da V. officinalis, bem como, os efeitos oriundos da suplementação com o extrato da raiz desta planta e com DPDS sobre alterações comportamentais e bioquímicas induzidas pela exposição ao pesticida rotenona em D. melanogaster. Como resultados, verificamos que o extrato etanólico de V. officinalis inibiu a geração de TBARS causada por diferentes agentes pró-oxidantes, em homogeneizado de tecido cerebral de rato in vitro; diminuiu a degradação da desoxirribose e a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), causada pelo ácido quinolínico (AQ); as moscas expostas à rotenona tiveram um desempenho significativamente inferior ao grupo controle nos testes comportamentais de escalada e campo-aberto (número de cruzamentos e tempo de imobilidade), bem como, uma maior incidência de mortalidade. O tratamento com V. officinalis foi eficaz em reduzir esses efeitos, exceto frente à diminuição do número de cruzamentos. A exposição à rotenona diminui a viabilidade celular e o conteúdo de tiol protéico das moscas, que foi normalizada aos níveis do controle pelo tratamento com V. officinalis. A rotenona aumentou a expressão de mRNA das enzimas Superóxido dismutase (SOD), Catalase (CAT) e Tirosina hidroxilase (TH) quando comparado ao grupo controle e a alteração observada na expressão da SOD e CAT foi restaurada pelo tratamento com V. officinalis; a suplementação com DPDS não foi eficaz em oferecer proteção contra as alterações locomotoras e bioquímicas induzidas por rotenona. Além disso, o DPDS induziu per se um aumento na produção de ERO e uma diminuição na taxa de sobrevivência das moscas. De forma geral, os dados obtidos mostram que a V. officinalis pode ser considerada um agente neuroprotetor promissor, uma vez que foi eficaz em reduzir os danos oxidativos causados por diferentes pró-oxidantes e os efeitos tóxicos causados pela exposição à rotenona. Assim, o uso do extrato desta planta pode ser benéfico na redução de complicações neurológicas associadas ao EO. Com relação ao uso do DPDS, mais estudos voltados para as concentrações utilizadas são necessários, tendo em vista que, na concentração testada neste modelo experimental, o mesmo não ofereceu proteção contra os efeitos danosos da rotenona, potencializou o efeito do pesticida sobre a taxa de mortalidade e exibiu efeitos tóxicos per se. De forma geral, esses resultados contribuem para o avanço das pesquisas voltadas para a toxicologia e farmacologia de produtos naturais e sintéticos e para a triagem de agentes que ofereçam neuroproteção e possam ser promissores para auxiliar na terapêutica de doenças neurodegenerativas, incluindo a DP.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Seizures can occur at any age, affecting at least 1-2% of the world population, they are far more common in children than adults. Prolonged seizures in the early developmental period can cause brain damage and lead to serious consequences later in life. In the present study the potential neurotoxicity of diphenyl diselenide, as measured by the manifestation of seizures in rat pups (postnatal day, PND, 12-14) was evaluated. The results suggest that the latency for the appearance of tonic-clonic seizures, characterized by rearing and falling of rat pups body, was dependent of the dose tested. Diphenyl diselenide at high doses induced seizure episodes in rat pups. The highest dose of diphenyl diselenide (500mg/kg) increased the levels of lipid peroxidation and catalase activity as well as decreased d-ALA-D (d-aminolevulinate dehydratase) and Na+, K+-ATPase activity in brain of rat pups. Our results indicate the possible involvement of free radical oxygen injury in diphenyl diselenide-induced seizures. The data obtained with the dose of 150 mg/kg in the brain of rats that exhibiting seizures are: an increase in lipid peroxidation levels; the lack of effect on catalase activity; an inhibition of d-ALA-D activity, supporting that the enzyme activity is more sensitive than other parameters analyzed as an indicator of oxidative stress. The lowest dose of diphenyl diselenide in brain emphasizes the relationship between the appearance of seizures and the latency for the onset of the first episode. Taken together, this paper could add to our understanding of diphenyl diselenide neurotoxic effect demonstrated by the appearance of seizures which are, at least in part, related to the oxidative stress. / As convulsões podem ocorrer em todas as idades, afetando cerca de 1-2% da população mundial, sendo mais comum em crianças do que em adultos. Convulsões prolongadas no período de desenvolvimento podem levar a sérias conseqüências na idade adulta. Neste estudo o potencial neurotóxico do disseleneto de difenila foi avaliado pela manifestação de convulsões em ratos jovens (12-14 dias de vida). Os resultados sugerem que a latência para o aparecimento de convulsões tônicoclônicas, é dependente da dose testada. O disseleneto de difenila em altas doses induziu episódios convulsivos em ratos jovens. A maior dose de disseleneto de difenila (500mg/kg) aumentou os níveis de peroxidação lipídica, atividade da catalase bem como diminuiu as atividades da d-ALA-D (d-aminolevulinatodesidratase) e Na+, K+-ATPase no cérebro dos ratos jovens. Nossos resultados indicam o possível envolvimento dos danos causados pelos radicais livres nas convulsões induzidas pelo disseleneto de difenila. Os dados obtidos na dose de 150 mg/kg no cérebro dos ratos que exibiram convulsão são: um aumento nos níveis de peroxidação lipídica, atividade da catalase e inibição da atividade da d-ALA-D, suportando que a atividade desta enzima é mais sensível que os outros parâmetros analisados como um indicador do estresse oxidativo. A menor dose de disseleneto de difenila no cérebro enfatiza a relação entre o aparecimento das convulsões e a latência para o primeiro episódio convulsivo. Contudo, este trabalho pode demonstrar os efeitos neurotóxicos do disseleneto de difenila, em ratos jovens, caracterizados pelo aparecimento de convulsões, que são em parte, relacionadas ao estresse oxidativo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In last years, selenium organic compounds of selenium have been targets of interest in organic synthesis because of their synthetic application and their pharmacological properties. Diphenyl diselenide (PhSe)2 is an organic compound of selenium that has several pharmacological effects; however the poor water-solubility and low oral bioavailability can be a limit for its clinical utility. Polymeric nanoparticles has been an impotant model to carry drugs with advantages such as increase bioavailability, targeting to specific sites and the possibility of encapsulation of lipophilic compounds quite efficiently. In view of the quest for developing a system to control drug release and improve its oral bioavailability, this study aims to prepare nanospheres and nanocapsules of (PhSe)2 by the interfacial deposition method of preformed polymer cores using different oils (miglyol, canola oil and omega-3) as the oil core. The nanocapsules will be characterized by measuring the pH, mean particle size, polydispersity index, zeta potential, rate of association and determination of (PhSe)2. By adjusting the process parameters, the results of the optimized formulation showed a size distribution with a polydispersity index of up to 0.2, an average diameter of less than 330 nm, zeta potential was greater at -16 mV, and encapsulation rate efficiency of 99.9 % found for all formulations developed. The biological tests performed in mice with the nanocapsules of (PhSe)2 containing canola oil as the oil core, showed increased bioavailability of the (PhSe)2 compared with the (PhSe)2 free, showing a proeminent influence of nanoparticle systems for biological properties of organochalcogenium compounds. / Nos últimos anos, os compostos orgânicos de selênio têm sido alvos de interesse em síntese orgânica em virtude da descoberta de suas aplicações sintéticas e de suas propriedades farmacológicas. O disseleneto de difenila (PhSe)2 é um composto orgânico de selênio que apresenta diversos efeitos farmacológicos descritos, porém a pouca solubilidade em água e baixa biodisponibilidade oral podem ser um limite para seu uso clínico. Nanopartículas poliméricas vem sendo um importante modelo para o carreamento de fármacos, apresentando vantagens como maior biodisponibilidade, direcionamento a sítios específicos e possibilidade de encapsulamento de compostos lipofílicos de maneira bastante eficiente. Tendo em vista a busca pelo desenvolvimento de um sistema de controle da liberação de fármacos, este trabalho teve como objetivo preparar nanoesferas e nanocápsulas de (PhSe)2 através do método de deposição interfacial do polímero pré-formado utilizando diferentes óleos (miglyol, óleo de canola e ômega-3) como como núcleo oleoso. As nanocápsulas foram caracterizadas através da medida do pH, tamanho médio de partícula, índice de polidispersão, potencial zeta, taxa de associação e doseamento do (PhSe)2. Os resultados das formulações desenvolvidas apresentaram uma distribuição do tamanho de partícula com um índice de polidispersão de até 0,2; diâmetro médio inferior a 330 nm; o potencial zeta foi superior a -16 mV, onde a taxa de encapsulamento encontrada foi de 99,9% para todas as formulações desenvolvidas. Os ensaios biológicos feitos em camundongos com as nanocápsulas de (PhSe)2 contendo óleo de canola como núcleo oleoso mostraram maior biodisponibilidade das nanocápsulas de (PhSe)2 em comparação com o (PhSe)2 livre, mostrando uma proeminente influencia dos sistemas nanoparticulados nas propriedades biológicas de compostos organocalcogênio.

The hyperglycemia and oxidative stress are factors strongly involved on development of many disorders that characterize the Diabetes Mellitus. It is known that some organic and inorganic selenium compounds are potent antioxidant agents and present similar activity to the insulin in the control of hyperglycemia. Base on these data, the present study evaluated the effect of the organoselenium compound, diphenyl diselenide, on the δ-ALA-D activity and biochemical parameters of diabetic type 1 rats, induced by alloxan. The animals were treated with 6 consecutives doses of diphenyl diselenide (10 mg/kg, s.c) administrated before (pretreatment) or after (post-treatment) diabetes induction. Diphenyl diselenide presented inhibitory effect per se on hepatic and renal δ-ALA-D activity. However, this effect was not verified on other tissues. Regarding aminotransaminases, there was no difference on aminotransaminases for both diphenyl diselenide pre and post treated rats at the first week of the induction. Besides, the results suggest that diphenyl diselenide seem to possess ability to regulate the levels of plasma glucose and serum fructosamine altered in diabetic animals. Thus, diphenyl diselenide was not effective in protecting δ-ALA-D inhibition verified in this dose and protocol. However, this compound seems to possess hepatic protector effect and property of reducing the hyperglycemia. Considering that diphenyl diselenide has a simple chemistry structure and it is easily prepared, new studies could be carried out to investigate other pharmacological properties as well the mechanisms involved in diphenyl diselenide effects. / A hiperglicemia e o estresse oxidativo são fatores fortemente envolvidos no desenvolvimento de muitos distúrbios que caracterizam o Diabetes Mellitus. Sabe-se que alguns compostos orgânicos e inorgânicos de selênio são potentes agentes antioxidantes e que determinados compostos inorgânicos de selênio apresentam atividade similar à insulina no controle da hiperglicemia. Baseando-se nesses dados, o presente estudo avaliou o efeito do composto orgânico de selênio, disseleneto de difenila, na atividade da enzima δ-ALA-D e em parâmetros bioquímicos de ratos diabéticos tipo 1, induzidos com aloxano. Os animais foram tratados com 6 doses consecutivas de disseleneto de difenila (10 mg/kg, s.c) administrado antes (pré-tratamento) ou após (pós-tratamento) à indução de Diabetes. O composto em questão apresentou atividade inibitória per se sobre a atividade da enzima δ-ALA-D hepática e renal dos animais pré e pós-tratados e sacrificados 14 dias após a indução. Em contrapartida não foi verificado efeito sobre os demais tecidos. Sobre a atividade hepática, o disseleneto de difenila manteve os níveis de aminotransferases comparáveis aos níveis do controle apenas na primeira semana da indução, tanto no pré quanto no pós-tratamento. Além disso, os resultados encontrados sugerem que o disseleneto de difenila parece possuir a habilidade de regular os níveis de glicose sanguínea e frutosamina sérica que estavam alteradas nos animais diabéticos. Desta maneira, o disseleneto de difenila não foi eficaz em proteger a inibição da atividade da enzima δ-ALA-D verificada nesta dose e protocolo testados, entretanto ele parece possuir atividade hepatoprotetora e propriedade redutora do estado de hiperglicemia. Assim novos estudos poderiam ser realizados para investigar outras propriedades do disseleneto de difenila e os mecanismos envolvidos nestes efeitos farmacológicos, levando também em consideração que o mesmo possui uma estrutura química relativamente simples, que de fato representaria uma vantagem econômica.

L'électrochimie bipolaire est un phénomène basé sur la polarisation d'un objet conducteur soumis à un champ électrique. Contrairement à l'électrochimie conventionnelle, c’est la chute de potentiel en solution imposée par les deux électrodes sources qui permet de réaliser les réactions électrochimiques. Lorsqu'un objet conducteur est immergé dans une solution électrolytique et soumis à un champ électrique, il est polarisé et se comporte comme une électrode bipolaire. La différence de potentiel entre l'électrolyte et l'électrode bipolaire est la force motrice pour les réactions de réduction et d’oxydation promus aux deux extrémités de l'électrode bipolaire. L'oxydation se produira à l’une des extrémités, combinée simultanément avec la réduction à l'autre extrémité.L'électrochimie bipolaire est une technique d’adressage sans fil qui permet de générer une réactivité électrochimique asymétrique à la surface d'un objet conducteur. Au cours de la dernière décennie, l'électrochimie bipolaire a trouvé de nombreuses applications telles que la synthèse de micro- et nanoparticules asymétriques, l'électrodéposition, la détection, la propulsion de micro-objets, etc. L'avantage de cette technique repose sur le mode d’adressage sans fil qui peut être utilisé pour modifier des matériaux fragiles sans contact ou encore pour modifier simultanément un ensemble de particules en même temps.Dans la présente thèse, l'électrochimie bipolaire a été appliquée à différents matériaux semi-conducteurs et systèmes biologiques. De plus, les nouvelles propriétés générées sur ces nouveaux substrats ont été étudiées en utilisant diverses techniques de caractérisation.L'électrodéposition bipolaire est un outil de choix pour la génération d'objets asymétriques. En utilisant cette approche, un dépôt de métal a été réalisé sur substrats organiques de type complexes de transfert de charge. Ces nouveaux matériaux hybrides métal/organique se sont révélés de bons candidats pour la génération asymétrique de photo-voltage sous illumination.Un matériau semi-conducteur inorganique, tel que les dichalcogénures de métaux de transition a également été utilisé comme substrat pour l'électrochimie bipolaire. Différents dépôts de métaux ont été réalisés sur les macro-particules de MoSe2. Les dichalcogénures de métaux de transition sont également connus pour leur activité électrocatalytique, notamment pour la réaction d'évolution de l'hydrogène. La production d'hydrogène sans fil sur des cristaux de MoSe2 a également été réalisée par électrochimie bipolaire. De plus, l'électrochimie bipolaire peut être utilisée avec une suspension de microparticules de MoSe2 pour réaliser une électrolyse quantitative d’une solution contenant une espèce chimique oxydable.Enfin, l'électrochimie bipolaire pourrait également être utilisée pour étudier indirectement la conductivité de molécules biologiques telles que l’ADN. L'objectif principal était de développer une méthode en électrochimie bipolaire pour la modification asymétrique de l'ADN par des nanoparticules métalliques. Tout d'abord, des expériences ont été réalisées en utilisant l'électrodéposition bipolaire à l’aide d’une électrophorèse capillaire (CABED) suivie d'une imagerie par TEM. Des résultats positifs ont été obtenus mais avec une faible reproductibilité.La seconde approche consiste à étirer des molécules d'ADN sur une surface isolante par peignage et à visualiser cette fois-ci les dépôts par microcopie AFM. / Bipolar electrochemistry is a phenomenon based on the polarization of conductive objects in an electric field. In contrast to conventional electrochemistry, the drop of potential in the electrolyte solution triggers the involved redox reactions. When a conductive object is positioned in an electric field present in a solution between two feeder electrodes, it is polarized and becomes a bipolar electrode. The potential difference between the electrolyte and the bipolar electrode is the driving force for reduction/oxidation reactions at the two extremities of the bipolar electrode; oxidation will occur at one end, combined simultaneously with reduction at the other end.Bipolar electrochemistry is a concept that allows generating an asymmetric reactivity at the surface of a conductive object. During the last decade, bipolar electrochemistry found many applications such as the synthesis of asymmetric micro- and nano-particles, electrodeposition, sensing, propulsion of microobjects, electroanalysis etc. The advantage of this technique is its wireless character, which allows the modification of delicate materials and also to electrochemically address many objects simultaneously.In the present thesis, the approach was applied to different semiconducting materials and biological systems. In addition, properties of substrates of different nature have been studied using bipolar electrochemistry.In this way, it was possible to create metal deposits on organic charge transfer salts in a site-specific way. The resulting hybrid metal/organic particles were tested for the asymmetric generation of photovoltage under illumination.Inorganic transition metal dichalcogenides were also used as a substrate for bipolar electrochemistry. Deposition of different metals on MoSe2 macroparticles was performed. Transition metal dichalcogenides are known for their catalytic activity with respect to hydrogen evolution reaction. Therefore, wireless hydrogen production on MoSe2 crystals and microparticles could be demonstrated by using bipolar electrochemistry. In the latter case it is possible to envision their use for electrochemical decontamination of solutions in the bulk.Finally, bipolar electrochemistry has also been used for studying the conductivity of biological molecules (DNA). The primary goal was to develop a new approach for the asymmetric modification of DNA by metal nanoparticles. Experiments were performed by using either Capillary Assisted Bipolar Electrodeposition (CABED) with the DNA molecules present in the bulk, or by immobilizing DNA as stretched entities on model surfaces for subsequent modification. Encouraging first results could be evidenced by TEM or AFM measurements.