Nanomateriais têm sido amplamente estudados, como resultado de suas propriedades físicas e químicas diferenciadas, que oferecem um grande número de possibilidades para aplicações em biomedicina, principalmente na terapia de câncer e no desenvolvimento de estratégias de diagnóstico não invasivo. O óxido de ferro superparamagnético (SPION) é o principal material estudado como agente de contraste para imagem por ressonância magnética, devido à sua capacidade de reduzir o tempo de relaxação transversal (T2) em diferentes tecidos e sua menor toxicidade que os complexos de Gd3+ e Mn2+ usados atualmente. Entretanto, o acumulo de SPIONs pode ser facilmente confundido com sinais referentes à calcificação, depósito de metais pesados e sangramentos, e a alta susceptibilidade magnética do material promove distorções na imagem. Assim, alguns aspectos são desejáveis em material para que este tenha potencial para substituir o SPION, tais como forma nanoparticulada, para fácil modificação de superfície e possibilidade de funcionalização com agentes biosseletivos, e contraste positivo em T1. As nanopartículas (NPs) antiferromagnéticas de MnO atendem a todos os requisitos necessários para substituir o óxido de ferro. As NPs de MnO foram sintetizadas a partir da decomposição térmica do acetilacetonato de manganês(II) em uma variação do método poliol modificado, resultando na formação de NPs com tamanho médio de 21 ± 3,9 nm. Foi realizada a substituição de ligantes de superfície para que se substituísse o ácido oleico adsorvido sobre o material por 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) e foi determinada a concentração de grupamentos amino sobre a superfície das NPs. Posteriormente, obteve-se uma estrutura do tipo \"core/shell\" dispersível em meio aquoso e biocompatível pela reação dos grupos amino livres com o carboxilato da carboximetil dextrana (CMDex). O potencial de superfície e a estabilidade coloidal das NPs funcionalizadas foram caracterizados por mobilidade eletroforética e por espalhamento de luz dinâmico em água deionizada e em condições que mimetizavam o sangue. As NPs apresentaram toxicidade em células cancerosas de carcinoma cervical humano (HeLa). Entretanto, não foi observada toxicidade significativa na linhagem de células não cancerosas NCTC clone L929. Tanto as NPs como sintetizadas quanto as recobertas com CMDex apresentaram controle de tamanho e forma, apresentando distribuição de tamanho compatível com o esperado para as aplicações em biomedicina. / Nanomaterials have been widely studied as a result of their interesting physical and chemical properties, which offer a large number of possibilities for applications in biomedicine mainly in cancer therapy and the development of strategies for non-invasive diagnosis. The superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) is the main studied material as contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI) due to its ability to reduce the transverse relaxation time (T2) in different tissues and lower toxicity than Gd3+ and Mn2+ complexes currently used. However, this SPIONs accumulation can be confused with signals from calcification, bleeding or metal deposits, and the high magnetic susceptibility distorts the background image because its ferromagnetic behavior. Some aspects are desirable to replace SPIONs, such as nanoparticulate form for simple surface modification and labeling with targeting agents, and positive longitudinal T1 relaxation time contrast ability. The antiferromagnetic MnO NPs attend all these requirements and overcome the drawback of using SPION. In our study, MnO NPs were synthesized by the thermal decomposition of Mn(II) acetylacetonate by a variation of the modified polyol process resulting in spherical nanoparticles with average size of 21 ± 3,9 nm. The ligand-exchange step was used to replace the oleic acid adsorbed on the as-synthesized NPs surface by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS) and the total free amine groups on the NPs surface was determined. After that, a biocompatible and water-dispersible core/shell structure was obtained by coating with carboxymethyl dextran (CMDex) using the free amine-terminal group from APTMS and the carboxylate groups present in the CMDex molecules conjungation. Surface potential and colloidal stability of these functionalized NPs were evaluated by electrophoretic mobility and dynamic light scattering techniques in both water and artificial blood by using the Simulated Body Fluid (SBF) medium. While the water-dispersible NPs have shown toxicity in the human cell line derived from cervical cancer (HeLa), they have not shown significantly cytotoxicity in the healthy fibroblast cells (cell line L929). Both the as-synthesized and coated NPs present controlled size and shape and the final NPs size distribution and magnetic properties are compatible with the expected for biomedical applications.

Nanomateriais têm sido amplamente estudados, como resultado de suas propriedades físicas e químicas diferenciadas, que oferecem um grande número de possibilidades para aplicações em biomedicina, principalmente na terapia de câncer e no desenvolvimento de estratégias de diagnóstico não invasivo. O óxido de ferro superparamagnético (SPION) é o principal material estudado como agente de contraste para imagem por ressonância magnética, devido à sua capacidade de reduzir o tempo de relaxação transversal (T2) em diferentes tecidos e sua menor toxicidade que os complexos de Gd3+ e Mn2+ usados atualmente. Entretanto, o acumulo de SPIONs pode ser facilmente confundido com sinais referentes à calcificação, depósito de metais pesados e sangramentos, e a alta susceptibilidade magnética do material promove distorções na imagem. Assim, alguns aspectos são desejáveis em material para que este tenha potencial para substituir o SPION, tais como forma nanoparticulada, para fácil modificação de superfície e possibilidade de funcionalização com agentes biosseletivos, e contraste positivo em T1. As nanopartículas (NPs) antiferromagnéticas de MnO atendem a todos os requisitos necessários para substituir o óxido de ferro. As NPs de MnO foram sintetizadas a partir da decomposição térmica do acetilacetonato de manganês(II) em uma variação do método poliol modificado, resultando na formação de NPs com tamanho médio de 21 ± 3,9 nm. Foi realizada a substituição de ligantes de superfície para que se substituísse o ácido oleico adsorvido sobre o material por 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) e foi determinada a concentração de grupamentos amino sobre a superfície das NPs. Posteriormente, obteve-se uma estrutura do tipo \"core/shell\" dispersível em meio aquoso e biocompatível pela reação dos grupos amino livres com o carboxilato da carboximetil dextrana (CMDex). O potencial de superfície e a estabilidade coloidal das NPs funcionalizadas foram caracterizados por mobilidade eletroforética e por espalhamento de luz dinâmico em água deionizada e em condições que mimetizavam o sangue. As NPs apresentaram toxicidade em células cancerosas de carcinoma cervical humano (HeLa). Entretanto, não foi observada toxicidade significativa na linhagem de células não cancerosas NCTC clone L929. Tanto as NPs como sintetizadas quanto as recobertas com CMDex apresentaram controle de tamanho e forma, apresentando distribuição de tamanho compatível com o esperado para as aplicações em biomedicina. / Nanomaterials have been widely studied as a result of their interesting physical and chemical properties, which offer a large number of possibilities for applications in biomedicine mainly in cancer therapy and the development of strategies for non-invasive diagnosis. The superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) is the main studied material as contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI) due to its ability to reduce the transverse relaxation time (T2) in different tissues and lower toxicity than Gd3+ and Mn2+ complexes currently used. However, this SPIONs accumulation can be confused with signals from calcification, bleeding or metal deposits, and the high magnetic susceptibility distorts the background image because its ferromagnetic behavior. Some aspects are desirable to replace SPIONs, such as nanoparticulate form for simple surface modification and labeling with targeting agents, and positive longitudinal T1 relaxation time contrast ability. The antiferromagnetic MnO NPs attend all these requirements and overcome the drawback of using SPION. In our study, MnO NPs were synthesized by the thermal decomposition of Mn(II) acetylacetonate by a variation of the modified polyol process resulting in spherical nanoparticles with average size of 21 ± 3,9 nm. The ligand-exchange step was used to replace the oleic acid adsorbed on the as-synthesized NPs surface by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS) and the total free amine groups on the NPs surface was determined. After that, a biocompatible and water-dispersible core/shell structure was obtained by coating with carboxymethyl dextran (CMDex) using the free amine-terminal group from APTMS and the carboxylate groups present in the CMDex molecules conjungation. Surface potential and colloidal stability of these functionalized NPs were evaluated by electrophoretic mobility and dynamic light scattering techniques in both water and artificial blood by using the Simulated Body Fluid (SBF) medium. While the water-dispersible NPs have shown toxicity in the human cell line derived from cervical cancer (HeLa), they have not shown significantly cytotoxicity in the healthy fibroblast cells (cell line L929). Both the as-synthesized and coated NPs present controlled size and shape and the final NPs size distribution and magnetic properties are compatible with the expected for biomedical applications.

O ferro é essencial para a vida do ser humano, desempenhando um papel fundamental no metabolismo. Contudo, quando não armazenado em compartimentos biológicos adequados, o metal apresenta um potencial tóxico ao organismo, uma vez que contribui para a formação de espécies reativas de oxigênio. A sobrecarga de ferro é uma condição desfavorável para portadores de algumas disfunções genéticas, como a hemocromatose, ou de anemias crônicas que requeiram transfusões de sangue periódicas, como é o caso da talassemia. Os fármacos atuais que controlam a patologia, como a desferrioxamina (DFO), requerem infusão subcutânea lenta, causando desconforto em pacientes e podendo trazer um série de complicações, como insuficiência hepática e renal. A modificação dessas moléculas com biopolímeros é uma proposta para minimizar efeitos colaterais e aumentar a biodisponibilidade do fármaco no organismo. Dentre esses biopolímeros, destacam-se as albuminas proveniente do soro bovino (BSA) e do ovo (OVA), que têm baixa toxicidade, baixo custo e abundância de sítios reativos, que quando modificados, favorecem reação com a desferrioxamina. Como resultado, houve a reação dos biopolímeros com a desferrioxamina, com mudanças em suas estruturas secundárias e possível dimerização, resultando na formação de conjugados possuem afinidade com íon ferro e capacidade antioxidante semelhante ao fármaco original, características que tornam os compostos bons candidatos a uma alternativa à terapia de quelação. Os conjugados BSA-DFO e OVA-DFO podem reagir, além do ferro, com gadolínio, fazendo com o que os complexos tenham uma potencial aplicação como agentes de contraste em ressonância magnética de imagem (MRI). Neste trabalho, vimos que o complexo entre Gd(III) e BSA-DFO apresentou uma relaxatividade de 52,92 s-1 mM-1 para T2 e 45,37 s-1 mM-1 para T1 , um valor bem superior aos fármacos disponíveis no mercado, que apre-sentam relaxatividade entre 4 e 5 s-1 mM-1, o que foi explicado por sua elevada massa molecular, indicando que poderia ter bons efeitos na qualidade de MRI, com menores doses. / Iron is essential for human life, playing a fundamental role in metabolism. However, when not stored in appropriate biological compartments, the metal presents a toxic potential to the body, contributing to the formation of reactive oxygen species (ROS). Iron overload is an unfavorable condition for people with certain genetic disorders, such as hemochromatosis, or chronic anemias that require periodic blood transfusions, as thalassemia. Current drugs that control the pathology, as desferrioxamine, require slow subcutaneous infusion, causing discomfort in patients and may lead to a number of complications, such as hepatic and renal failures. As a result, the biopolymers were reacted with desferrioxamine, with changes in their secondary structures and possible dimerization, resulting in the formation of conjugates with iron ion affinity and antioxidant capacity similar to the original drug, characteristics that make the compounds good candidates for an alternative chelation therapy As a result, the reaction of the biopolymers with desferrioxamine caused a change in the secondary structure, with possible formation of dimers and showing different mobility when exposed to an electric potential difference. Not all polymer chains have reacted with DFO, however BSA-DFO complex has antioxidant capacity similar to the original drug. The BSA-DFO and OVA-DFO conjugates can react, in addition to iron, with gadolinium, making the complexes potential contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). In this work, the complex between Gd(III) and BSA-DFO presented a relaxativity of 52,92 s-1 mM-1 for T2 and 45,37 s-1 mM-1 for T1, values higher than the available drugs in the market (4 - 5 s-1 mM-1) which was explained by the high molecular weight, indicating a good effects on the quality of MRI, with lower doses.

O uso de agentes de contraste em técnicas de diagnóstico por imagem é uma prática médi-ca rotineira. Certos compostos, presentes em agentes de contraste, possuem propriedades paramagnéticas que podem afetar os sinais da tomografia por ressonância magnética, \"Mag-netic Resonance Imaging\"(MRI). Em estudos aplicados ao trato gastrintestinal (GI), os meios de contraste são amplamente utilizados por via endovenosa, mas também podem ser admi-nistrados oralmente. Porém, a adoção do uso oral é limitada, principalmente, porque os agentes convencionais são caros e causam, geralmente, efeitos colaterais. Desta forma, a-presentamos a caracterização e os resultados preliminares da implementação da polpa do fruto da Euterpe olerácea para um possível uso clínico como agente de contraste oral em MRI do trato GI. A polpa da Euterpe olerácea, conhecida como Açaí, de origem amazônica, apre-senta um aumento de sinal de MRI ponderado em T1 equivalente ao do Gd-DTPA e, tam-bém, um decréscimo de sinal em imagens ponderadas em T2. Investigamos propriedades intrínsecas que possam estar correlacionadas com o aumento de sinal em T1 e à opacidade em T2. O espectro de absorção atômica revelou a presença de íons Fe, Mn e Cu no Açaí, o que contribui para o valor susceptométrico encontrado de -4,83 . 10-6. Essa medida fomen-ta a hipótese de que as mudanças de contraste nas imagens são devido à presença de mate-rial paramagnético, revelando um contraste clinicamente satisfatório nas porções superiores do trato GI. Estudos preliminares indicaram que a homogeneidade e a intensidade do sinal da polpa do Açaí (Euterpe olerácea), no estômago, e duodeno, são próximos daquele encon-trado em agentes convencionais. Além disso, ele não apresentou efeito colateral algum. Devido ao aumento de contraste associado ao Açaí, podemos observar a parede gástrica de forma singular. Ainda, este agente contribuiu para o diagnóstico das vias pancreática e biliar em exames de colangiopancreatografia por ressonância magnética, Magnetic Resonance Colan-giopancreatography (MRCP), com seqüências ponderadas em T2, por reduzir o sinal das alças intestinais. / The use of contrast agents is a common practice in medical imaging protocols. Paramagnetic properties of certain compounds present in contrast agents can affect Magnetic Resonance Imaging (MRI) signals. For abdominal applications, they are usually injected, but may also be administered orally. However, their use as a routine technique is limited, mainly due to the lack of appropriate oral contrast agent. Standard agents are expensive and cause, generally, some kind of side effect. We herein present the preliminary characterization and results for implementation of Euterpe olerácea (popularly named Açaí) as a possible clinical oral contrast agent for MRI of the gastrointestinal (GI) tract. The pulp of Açaí, a fruit from the Amazon area, presented an increase in T1-weighted MRI signal, equivalent to that of Gd-DTPA, and a signal decrease in T2-weighted images. We looked for intrinsic properties that could be responsible for the T1 signal enhancement and T2 opacification. Atomic Absorption spectra revealed the presence of Fe, Mn and Cu ions in Açai. The presence of such ions contribute to the susceptometric value found of -4.83 x 10-6 . This finding assents with the hypothesis that image contrast changes were due to the presence of paramagnetic material. The first measurements in vivo demonstrate a clear increase of contrast due to signal intensity and homogeneity in stomach and bowel walls with the pulp of Açaí, which look like the effects related to standard agents. Consistently, the increase in T1-weighted and the opacification in a T2-weighted acquisition was evident, revealing a biphasic contrast on gastric tissues. Besides, the pulp does not present any side effect. It still has contributed to the diagnostic of pancreatobiliary system at Magnetic Resonance Cholangiopancreatography (MRCP), by reducing overlap of the surround tissues and those structures.

O uso de agentes de contraste em técnicas de diagnóstico por imagem é uma prática médi-ca rotineira. Certos compostos, presentes em agentes de contraste, possuem propriedades paramagnéticas que podem afetar os sinais da tomografia por ressonância magnética, \"Mag-netic Resonance Imaging\"(MRI). Em estudos aplicados ao trato gastrintestinal (GI), os meios de contraste são amplamente utilizados por via endovenosa, mas também podem ser admi-nistrados oralmente. Porém, a adoção do uso oral é limitada, principalmente, porque os agentes convencionais são caros e causam, geralmente, efeitos colaterais. Desta forma, a-presentamos a caracterização e os resultados preliminares da implementação da polpa do fruto da Euterpe olerácea para um possível uso clínico como agente de contraste oral em MRI do trato GI. A polpa da Euterpe olerácea, conhecida como Açaí, de origem amazônica, apre-senta um aumento de sinal de MRI ponderado em T1 equivalente ao do Gd-DTPA e, tam-bém, um decréscimo de sinal em imagens ponderadas em T2. Investigamos propriedades intrínsecas que possam estar correlacionadas com o aumento de sinal em T1 e à opacidade em T2. O espectro de absorção atômica revelou a presença de íons Fe, Mn e Cu no Açaí, o que contribui para o valor susceptométrico encontrado de -4,83 . 10-6. Essa medida fomen-ta a hipótese de que as mudanças de contraste nas imagens são devido à presença de mate-rial paramagnético, revelando um contraste clinicamente satisfatório nas porções superiores do trato GI. Estudos preliminares indicaram que a homogeneidade e a intensidade do sinal da polpa do Açaí (Euterpe olerácea), no estômago, e duodeno, são próximos daquele encon-trado em agentes convencionais. Além disso, ele não apresentou efeito colateral algum. Devido ao aumento de contraste associado ao Açaí, podemos observar a parede gástrica de forma singular. Ainda, este agente contribuiu para o diagnóstico das vias pancreática e biliar em exames de colangiopancreatografia por ressonância magnética, Magnetic Resonance Colan-giopancreatography (MRCP), com seqüências ponderadas em T2, por reduzir o sinal das alças intestinais. / The use of contrast agents is a common practice in medical imaging protocols. Paramagnetic properties of certain compounds present in contrast agents can affect Magnetic Resonance Imaging (MRI) signals. For abdominal applications, they are usually injected, but may also be administered orally. However, their use as a routine technique is limited, mainly due to the lack of appropriate oral contrast agent. Standard agents are expensive and cause, generally, some kind of side effect. We herein present the preliminary characterization and results for implementation of Euterpe olerácea (popularly named Açaí) as a possible clinical oral contrast agent for MRI of the gastrointestinal (GI) tract. The pulp of Açaí, a fruit from the Amazon area, presented an increase in T1-weighted MRI signal, equivalent to that of Gd-DTPA, and a signal decrease in T2-weighted images. We looked for intrinsic properties that could be responsible for the T1 signal enhancement and T2 opacification. Atomic Absorption spectra revealed the presence of Fe, Mn and Cu ions in Açai. The presence of such ions contribute to the susceptometric value found of -4.83 x 10-6 . This finding assents with the hypothesis that image contrast changes were due to the presence of paramagnetic material. The first measurements in vivo demonstrate a clear increase of contrast due to signal intensity and homogeneity in stomach and bowel walls with the pulp of Açaí, which look like the effects related to standard agents. Consistently, the increase in T1-weighted and the opacification in a T2-weighted acquisition was evident, revealing a biphasic contrast on gastric tissues. Besides, the pulp does not present any side effect. It still has contributed to the diagnostic of pancreatobiliary system at Magnetic Resonance Cholangiopancreatography (MRCP), by reducing overlap of the surround tissues and those structures.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-02-13T14:42:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação para imprimir.pdf: 1944013 bytes, checksum: 446b8ae7597e9bfcfe53826edaa4a028 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-13T14:42:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação para imprimir.pdf: 1944013 bytes, checksum: 446b8ae7597e9bfcfe53826edaa4a028 (MD5) Previous issue date: 2014-08-20 / FACEPE / Neste trabalho foram sintetizados quantum dots de CdTe e CdTe:Gd3+ tendo o ácido mercapto succínico como estabilizante, visando uma potencial aplicação como agente de contraste bimodal para imagem ótica e magnética. A difração de raios-X evidenciou a formação dos QDs. Após quantificação dos íons dopantes por Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivo Acoplado (ICP-OES), verificou-se 75,7% dos íons Gd3+ adicionados ficaram na nanopartícula. A grande quantidade de íons aderidos à nanopartícula, além da observação do aumento da relaxividade com a diminuição do pH e o deslocamento do estiramento das carbonilas por espectroscopia de infravermelho, são fatores que indicam que os íons Gd3+ aderiram aos QDs pela coordenação com o estabilizante e não por dopagem. A presença do íon gadolínio não alterou o deslocamento do máximo de absorção dos QDs e possivelmente interferiu na cinética de estabilização das superfícies, pois houve a diminuição da intensidade da luminescência dos mesmos. / In this work were synthesized quantum dots of CdTe and CdTe:Gd3+ having mercapto succinic acid (MSA) as a stabilizer, looking forward their use as a bimodal contrast agent for optical and magnetic images. The X-ray diffraction showed the formation of QDs. The quantification of dopants by Optical Emission Spectrometry with Inductive Coupled (ICPOES) Plasma, showed that 75.7% of Gd3+ ions were added in the nanoparticle. The large amount of ions bonded to the nanoparticle and the observation of increased relaxivity with decreasing pH and the observed shift of the stretching of carbonyls by infrared spectroscopy, are factors that indicated that Gd3+ ions were adhered to the QDs by coordinating with the stabilizer and not by doping. The presence of gadolinium ions did not change the absorption maximum band of the QDs, but probably changed the stabilization kinetics at the QD surface, due to the observed luminescence intensity decreasing.

O ferro é essencial para a vida do ser humano, desempenhando um papel fundamental no metabolismo. Contudo, quando não armazenado em compartimentos biológicos adequados, o metal apresenta um potencial tóxico ao organismo, uma vez que contribui para a formação de espécies reativas de oxigênio. A sobrecarga de ferro é uma condição desfavorável para portadores de algumas disfunções genéticas, como a hemocromatose, ou de anemias crônicas que requeiram transfusões de sangue periódicas, como é o caso da talassemia. Os fármacos atuais que controlam a patologia, como a desferrioxamina (DFO), requerem infusão subcutânea lenta, causando desconforto em pacientes e podendo trazer um série de complicações, como insuficiência hepática e renal. A modificação dessas moléculas com biopolímeros é uma proposta para minimizar efeitos colaterais e aumentar a biodisponibilidade do fármaco no organismo. Dentre esses biopolímeros, destacam-se as albuminas proveniente do soro bovino (BSA) e do ovo (OVA), que têm baixa toxicidade, baixo custo e abundância de sítios reativos, que quando modificados, favorecem reação com a desferrioxamina. Como resultado, houve a reação dos biopolímeros com a desferrioxamina, com mudanças em suas estruturas secundárias e possível dimerização, resultando na formação de conjugados possuem afinidade com íon ferro e capacidade antioxidante semelhante ao fármaco original, características que tornam os compostos bons candidatos a uma alternativa à terapia de quelação. Os conjugados BSA-DFO e OVA-DFO podem reagir, além do ferro, com gadolínio, fazendo com o que os complexos tenham uma potencial aplicação como agentes de contraste em ressonância magnética de imagem (MRI). Neste trabalho, vimos que o complexo entre Gd(III) e BSA-DFO apresentou uma relaxatividade de 52,92 s-1 mM-1 para T2 e 45,37 s-1 mM-1 para T1 , um valor bem superior aos fármacos disponíveis no mercado, que apre-sentam relaxatividade entre 4 e 5 s-1 mM-1, o que foi explicado por sua elevada massa molecular, indicando que poderia ter bons efeitos na qualidade de MRI, com menores doses. / Iron is essential for human life, playing a fundamental role in metabolism. However, when not stored in appropriate biological compartments, the metal presents a toxic potential to the body, contributing to the formation of reactive oxygen species (ROS). Iron overload is an unfavorable condition for people with certain genetic disorders, such as hemochromatosis, or chronic anemias that require periodic blood transfusions, as thalassemia. Current drugs that control the pathology, as desferrioxamine, require slow subcutaneous infusion, causing discomfort in patients and may lead to a number of complications, such as hepatic and renal failures. As a result, the biopolymers were reacted with desferrioxamine, with changes in their secondary structures and possible dimerization, resulting in the formation of conjugates with iron ion affinity and antioxidant capacity similar to the original drug, characteristics that make the compounds good candidates for an alternative chelation therapy As a result, the reaction of the biopolymers with desferrioxamine caused a change in the secondary structure, with possible formation of dimers and showing different mobility when exposed to an electric potential difference. Not all polymer chains have reacted with DFO, however BSA-DFO complex has antioxidant capacity similar to the original drug. The BSA-DFO and OVA-DFO conjugates can react, in addition to iron, with gadolinium, making the complexes potential contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). In this work, the complex between Gd(III) and BSA-DFO presented a relaxativity of 52,92 s-1 mM-1 for T2 and 45,37 s-1 mM-1 for T1, values higher than the available drugs in the market (4 - 5 s-1 mM-1) which was explained by the high molecular weight, indicating a good effects on the quality of MRI, with lower doses.

A teragnóstica de doenças tem sido extremamente marcada nos últimos anos por nanomateriais formados pela conjugação de nanopartículas a biomoléculas, pois a aplicação de tecnologias baseadas em materiais na dimensão nanométrica é capaz de aumentar a seletividade, sensibilidade e praticidade dos métodos atualmente empregados, ou mesmo criar novos métodos de diagnóstico e tratamento de doenças. Dentre os vários tipos de nanomateriais desenvolvidos, aqueles baseados em nanopartículas de ouro ou nanopartículas magnéticas apresentam propriedades químicas e físicas diferenciadas que propiciam novas possibilidades. Por exemplo, a presente tese demonstrou que nanopartículas superparamagnéticas são excelentes agentes de contraste em exames de imagem por ressonância magnética (IRM) por serem mais seguros, apresentarem melhor contraste nas imagens e possibilitarem direcionar/concentrar o material em tecidos ou tumores através de um gradiente de campo magnético aplicado. Foram feitos numerosos ensaios de toxicidade tanto in vitro quanto in vivo para assegurar a segurança da aplicação de nanopartículas no organismo, cujo potencial de uso somente se tornará uma realidade caso os nanomateriais se mostrem não tóxicos e biocompatíveis. Apesar dos significativos avanços na área da aplicação desses nanomateriais, não foram encontrados na literatura modelos capazes de explicar ou prever por quais sítios de ligação devem ocorrer as interações proteína-nanopartícula, como também não foram encontrados estudos sistemáticos acerca dos fatores que determinam a estabilidade e a funcionalidade dos nanobioconjugados (NBCs). Assim, nesta tese buscamos compreender os fatores responsáveis pela ligação/adsorção das proteínas nas nanopartículas de ouro e sua influência sobre a estabilidade das suspensões e a funcionalidade das proteínas. Desta forma, foram obtidos NBCs com propriedades adequadas para o desenvolvimento ou aprimoramento de ensaios de diagnóstico e até para o tratamento de doenças. Foi demonstrado o potencial das nanopartículas de ouro para melhorar a performance de imunoensaios do tipo ELISA, mas também podem ser utilizadas para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico, explorando as propriedades plasmônicas das nanopartículas de ouro acopladas a técnicas como SERS, SPR e microscopia Raman confocal. / Theranostics has been intensively pursued in recent years using hybrid materials based on nanoparticles conjugated with biomolecules. This is an interesting strategy to increase the selectivity and sensitivity, as well as to improve the currently used methods facilitating their use or creating new ones. Among the various types of nanomaterials, those based on gold and magnetic nanoparticles exhibit interesting chemical and physical properties in the biological environment, differing from that of free drugs or current explored in assay methods. For example, superparamagnetic nanoparticles are excellent contrast agents for magnetic resonance image (MRI) diagnostics because they are safer, present a better contrast efficiency for imaging and can be magnetically accumulated in tissues or tumors using a magnetic field. Numerous in vitro and in vivo toxicity assays were performed to ensure the safety for medical applications. Clearly, these type of applications only will be realized if nanomaterials prove to be nontoxic and biocompatible. This imply an strict control on their structure and composition. However, despite the significant advances in the development of such nanomaterials, there were not found in the literature model systems explaining or that can be used to predict by which sites the protein-nanoparticle binding should take place. In addition, no systematic studies on the factors determining the stability and the functionality of nanobioconjugates (NBC) were found. Thus, this thesis is focused in unveiling the factors responsible for binding/adsorption of proteins on gold nanoparticles and their influence on the colloidal stability of hybrid nanoparticles suspensions while keeping the functionality of biomolecules. In fact, NBC with enhanced properties suitable for the development of diagnostic methods and even for treatment of diseases were obtained. These nanomaterials can improve the ELISA immunoassay, or other diagnosis methods can be developed by using the gold nanoparticles plasmonic properties in association with SERS, SPR and confocal Raman microscopy techniques.

A teragnóstica de doenças tem sido extremamente marcada nos últimos anos por nanomateriais formados pela conjugação de nanopartículas a biomoléculas, pois a aplicação de tecnologias baseadas em materiais na dimensão nanométrica é capaz de aumentar a seletividade, sensibilidade e praticidade dos métodos atualmente empregados, ou mesmo criar novos métodos de diagnóstico e tratamento de doenças. Dentre os vários tipos de nanomateriais desenvolvidos, aqueles baseados em nanopartículas de ouro ou nanopartículas magnéticas apresentam propriedades químicas e físicas diferenciadas que propiciam novas possibilidades. Por exemplo, a presente tese demonstrou que nanopartículas superparamagnéticas são excelentes agentes de contraste em exames de imagem por ressonância magnética (IRM) por serem mais seguros, apresentarem melhor contraste nas imagens e possibilitarem direcionar/concentrar o material em tecidos ou tumores através de um gradiente de campo magnético aplicado. Foram feitos numerosos ensaios de toxicidade tanto in vitro quanto in vivo para assegurar a segurança da aplicação de nanopartículas no organismo, cujo potencial de uso somente se tornará uma realidade caso os nanomateriais se mostrem não tóxicos e biocompatíveis. Apesar dos significativos avanços na área da aplicação desses nanomateriais, não foram encontrados na literatura modelos capazes de explicar ou prever por quais sítios de ligação devem ocorrer as interações proteína-nanopartícula, como também não foram encontrados estudos sistemáticos acerca dos fatores que determinam a estabilidade e a funcionalidade dos nanobioconjugados (NBCs). Assim, nesta tese buscamos compreender os fatores responsáveis pela ligação/adsorção das proteínas nas nanopartículas de ouro e sua influência sobre a estabilidade das suspensões e a funcionalidade das proteínas. Desta forma, foram obtidos NBCs com propriedades adequadas para o desenvolvimento ou aprimoramento de ensaios de diagnóstico e até para o tratamento de doenças. Foi demonstrado o potencial das nanopartículas de ouro para melhorar a performance de imunoensaios do tipo ELISA, mas também podem ser utilizadas para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico, explorando as propriedades plasmônicas das nanopartículas de ouro acopladas a técnicas como SERS, SPR e microscopia Raman confocal. / Theranostics has been intensively pursued in recent years using hybrid materials based on nanoparticles conjugated with biomolecules. This is an interesting strategy to increase the selectivity and sensitivity, as well as to improve the currently used methods facilitating their use or creating new ones. Among the various types of nanomaterials, those based on gold and magnetic nanoparticles exhibit interesting chemical and physical properties in the biological environment, differing from that of free drugs or current explored in assay methods. For example, superparamagnetic nanoparticles are excellent contrast agents for magnetic resonance image (MRI) diagnostics because they are safer, present a better contrast efficiency for imaging and can be magnetically accumulated in tissues or tumors using a magnetic field. Numerous in vitro and in vivo toxicity assays were performed to ensure the safety for medical applications. Clearly, these type of applications only will be realized if nanomaterials prove to be nontoxic and biocompatible. This imply an strict control on their structure and composition. However, despite the significant advances in the development of such nanomaterials, there were not found in the literature model systems explaining or that can be used to predict by which sites the protein-nanoparticle binding should take place. In addition, no systematic studies on the factors determining the stability and the functionality of nanobioconjugates (NBC) were found. Thus, this thesis is focused in unveiling the factors responsible for binding/adsorption of proteins on gold nanoparticles and their influence on the colloidal stability of hybrid nanoparticles suspensions while keeping the functionality of biomolecules. In fact, NBC with enhanced properties suitable for the development of diagnostic methods and even for treatment of diseases were obtained. These nanomaterials can improve the ELISA immunoassay, or other diagnosis methods can be developed by using the gold nanoparticles plasmonic properties in association with SERS, SPR and confocal Raman microscopy techniques.