Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-14T11:29:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) William Roger Macenhan.pdf: 3712226 bytes, checksum: a7520ccd10d2cb5efa8ebec928e1f80c (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-14T11:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) William Roger Macenhan.pdf: 3712226 bytes, checksum: a7520ccd10d2cb5efa8ebec928e1f80c (MD5) Previous issue date: 2018-11-12 / O adapaleno (ADAP) é uma importante droga amplamente utilizada no tratamento tópico da acne. É um retinoide de terceira geração e fornece ação queratolítica, antiinflamatória e antiseborreica. No entanto, alguns efeitos adversos tópicos, como eritema, secura e descamação foram relatados com sua fórmula comercial. Nesse sentido, a microencapsulação desse fármaco usando poliésteres pode contornar seus efeitos colaterais tópicos e pode levar ao aumento da liberação de fármaco nas glândulas sebáceas. O objetivo deste trabalho foi obter micropartículas de poli (εcaprolactona) (PCL) carregadas com ADAP, preparadas pelo método de emulsão simples / evaporação do solvente. Formulações contendo 10 e 20% de ADAP foram obtidas com sucesso e caracterizadas por estudos morfológicos, espectroscópicos e térmicos. Valores de eficiência de encapsulação acima de 98% foram alcançados. As micropartículas apresentaram forma esférica e superfície lisa. Os resultados de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) não apresentaram ligação química do fármaco-polímero e a técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostrou uma parcial amorfização do fármaco. A permeação do ADAP na membrana Strat-M® para teste de difusão transdérmica foi avaliada por espectroscopia fotoacústica (PAS) na região espectral entre 225 e 400 nm após 15 min e 3 h da aplicação de formulações de PCL carregadas com ADAP. A PAS foi utilizada com sucesso para investigar a penetração de micropartículas de poliéster. Além disso, a microencapsulação diminuiu a difusão transmembrana in vitro do ADAP. / Adapalene (ADAP) is an important drug widely used in topical treatment of acne. It is a third generation retinoid and provides keratolytic, anti-inflammatory, and antiseborrhoic action. However, some topical adverse effects such as erythema, dryness, and scaling have been reported with its commercial formula. In this sense, the microencapsulation of this drug using polyesters can circumvent its topical side effects and can lead to the enhancement of drug delivery into sebaceous glands. The goal of this work was to obtain ADAP-loaded poly(ε-caprolactone) (PCL) microparticles prepared by simple emulsion/solvent evaporation method. Formulations containing 10 and 20% of ADAP were successfully obtained and characterized by morphological, spectroscopic and thermal studies. Values of encapsulation efficiency above 98% were achieved. Microparticles showed spherical shape and smooth surface. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results presented no drug-polymer chemical bond and differential scanning calorimetry (DSC) technique showed a partially amorphization of drug. ADAP permeation in Strat-M® membrane for transdermal diffusion testing was evaluated by photoacoustic spectroscopy (PAS) in the spectral region between 225 and 400 nm after 15 min and 3 h from application of ADAP-loaded PCL formulations. PAS was successfully used for investigating the penetration of polyester microparticles. In addition, microencapsulation decreased in vitro transmembrane diffusion of ADAP.

Nanopartículas poliméricas biodegradáveis têm recebido atenção como carreadores de fármacos ao longo dos últimos anos. Em muitos casos, a segurança destes nanocarreadores não foi demonstrada e pouco se sabe sobre a relação entre as suas características físico-químicas e suas propriedades toxicocinéticas e toxicodinâmicas. A nanotoxicologia está emergindo como uma especialidade importante da nanotecnologia e/ou toxicologia, e refere-se ao estudo da interação de nanoestruturas com sistemas biológicos. Nos últimos anos, a maioria das pesquisas foi centrada em estudos in vitro, entretanto, os resultados destes estudos necessitam também ser avaliados em experimentos in vivo para o avanço na utilização de nanocarreadores na área biomédica. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade de nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC), de poli(-caprolactona), após administração intraperitoneal (i.p.) e intradérmica (i.d.) em ratos Wistar. Para a avaliação toxicológica aguda, foi administrada dose única em que se observaram sinais clínicos e fisiológicos, em ambas as vias. Após 14 dias, os animais foram eutanasiados e análises macroscópicas e histopatológicas foram realizadas. Além disso, sangue e urina foram coletados para análises laboratoriais e avaliação de funções teciduais. A avaliação toxicológica subcrônica foi procedida da mesma forma, exceto pela administração de doses repetidas diárias durante 28 dias. As suspensões de nanocápsulas foram preparadas pelo método de precipitação do polímero pré-formado, as quais apresentaram tamanho médio de partícula inferior a 250 nm, índice de polidispersão (IPD) < 1, potencial zeta negativo e pH em torno de 6,7. Os animais tratados pela via i.p. (n=6/grupo) receberam para avaliação da toxicidade aguda: solução salina ou polissorbato 80 (PS80) (12 ml/kg), utilizados como controles e diferentes doses de LNC (18,03, 36,06, e 72,12 × 1012 LNC/kg); no teste de toxicidade subcrônica foram utilizados os mesmos controles porém com doses de 3mL/kg e 6,01, 12,02 ou 18,03 × 1012 LNC/kg. Nos testes de toxicidade aguda, nos animais administrados pela via i.p., foi observada diminuição significativa de peso nos grupos tratados com LNC mesmo após 14 dias da administração (p<0,05). Entretanto no teste subcrônico esta alteração foi transitória, e ocorreu apenas no grupo que recebeu a maior dose até o quinto dia de administração (p<0,05). Houve aumento no peso relativo do baço nos animais que receberam a dose mais alta de LNC (p<0,05) no tratamento agudo. A análise histopatológica em ambos os tratamentos, demonstrou a presença de um granuloma de tipo corpo estranho no fígado e no baço dos animais que receberam a dose mais alta, provavelmente devido ao volume de LNC administrado. Não houve alteração nas análises bioquímicas de dano hepático, renal, dentre outros em todos os grupos tratados. Os dados hematológicos apresentaram uma leve alteração, entretanto foi demonstrada interferência metodológica, evidenciada por testes preliminares in vitro. Além disso, foram avaliados biomarcadores do estresse oxidativo (EO), marcadores inflamatórios e de genotoxicidade. Os resultados dos biomarcadores de oxidação de proteínas e lipídios não foram suficientes para iniciar um processo oxidativo, visto que não houve peroxidação lipídica. Ainda, não houve depleção de antioxidantes, dano ao DNA ou alteração nos marcadores inflamatórios. Nos ratos tratados pela via i.d., foi utilizada solução salina 1,2 ml/kg como grupo controle e uma dose de 7,2 × 1012 LNC/kg de LNC, para um estudo preliminar agudo e solução salina ou PS 80 (0,9ml/kg) e três doses de LNC (1,8, 3,6 ou 5,4 × 1012 LNC/kg) para avaliação da toxicidade subcrônica. No teste de toxicidade aguda, não houve alteração do peso corpóreo, entretanto no teste de toxicidade subcrônica houve uma diminuição reversível do peso no grupo que recebeu PS80 (p<0,05). Os dados histopatológicos não apresentaram alteração. Não houve alteração nos parâmetros bioquímicos, exceto uma leve diminuição da atividade da butirilcolinesterase no grupo que recebeu a dose mais alta (p<0,05). Por outro lado, houve aumento nos leucócitos no grupo que recebeu LNC, no teste de toxicidade aguda e nos grupos que receberam PS 80 e 5,4 × 1012 LNC/kg (p<0,05) após doses repetidas. Em relação à avaliação sanguínea e tecidual dos biomarcadores do EO e dos marcadores inflamatórios, foi observada uma indução nos marcadores de oxidação de proteínas juntamente com uma indução enzimática nos ratos que receberam a dose mais alta, além de uma diminuição dos níveis do IL-10 nos grupos que receberam PS80 e a dose mais alta (p<0.05). Pode-se concluir que nas condições dos experimentos, tanto pela via i.p. quanto pela via i.d., não foram demonstrados danos teciduais, pois os achados laboratoriais foram condizentes com os achados histopatológicos. Além disso, os mecanismos de reparo foram suficientes para contrabalançar eventuais danos oxidativos ou inflamatórios. Assim, o presente trabalho contribui para futuras avaliações toxicológicas de nanocápsulas poliméricas, visto que foram realizadas avaliações agudas e subcrônicas sistemáticas, com marcadores de dano renal precoce e possíveis mecanismos de toxicidade envolvidos após administração por ambas as vias. O aumento na utilização destas nanocápsulas e as lacunas nas informações toxicológicas fazem com que desafios importantes devam ser superados para permitir sua incorporação segura. Com isso, estudos nesta linha podem embasar a avaliação da resposta tóxica e, consequentemente, levar ao estabelecimento de regulamentações para avaliação da toxicidade da maioria das nanopartículas poliméricas biodegradáveis utilizadas como carreadoras de fármacos. / Biodegradable polymeric nanoparticles have received attention as drug carriers over the past years. In many cases, the safety of nanocarriers has not been demonstrated and little is known about the relationship of its physicochemical characteristics and their toxicokinetic and toxicodynamic properties. Nanotoxicology is emerging as an important field of nanotechnology and toxicology, and refers to the study of the interaction of nanostructures with biological systems. In recent years, most research has focused on in vitro studies; however, the results of these studies should also be evaluated trough in vivo experiments, in order to advance in biomedical application of nanocarriers. Thus, the objective of this study was to evaluate the toxicity of lipid-core nanocapsules (LNC), prepared with poly(ɛ-caprolactone), after intraperitoneal (i.p.) and intradermal (i.d.) administration in rats. For acute toxicological evaluation, it was administered a single dose, i.p. and i.d., clinical signs and physiological effects were observed. After 14 days, animals were euthanized and macroscopic and histopathological analyses were done. In addition, blood and urine were collected for laboratory analysis and evaluation of tissue functions. Subchronic toxicological evaluation was similar, except for the administration of repeated doses for 28 days. The suspension of nanocapsules were prepared by interfacial deposition of polymer, which had particle size less than 250 nm, polydispersity index (IPD) <1, negative zeta potential and pH around 6.7. Animals were treated via i.p. (N = 6/group), the doses used for acute toxicity test were: saline or polysorbate 80 (PS80) (12 ml/kg) as controls or three different doses of LNC (18.03, 36.06, e 72.12 × 1012 LNC/kg); for subchronic toxicity test, same controls were used but the doses were 3 ml/kg and 6.01, 12.02 ou 18.03 × 1012 LNC/kg administered daily for 28 days. In acute toxicity test, with i.p. administration, groups treated with LNC presented a significant reduction in relative weight even after 14 days of administration (p<0.05); however in the subchronic test, this change was transient, and occurred only in the group receiving the highest dose until the fifth day of administration (p<0.05). There was an increase in relative weight of spleen in animals that received the highest dose of LNC (p<0.05) in acute treatment. Histopathological analysis in both the treatments, showed a granulomatous foreign body reaction in liver and spleen of animals receiving the highest dose, probably because the volume of LNC administered. There were no changes in biochemical parameters of liver or kidney damage, among all treated groups. Hematological data showed a slight change; however it was demonstrated an interference of the methodology, further evidenced by preliminary in vitro tests. Furthermore, we evaluated biomarkers of oxidative stress (OS), inflammatory and genotoxicity markers. The results of the oxidation of proteins and lipids biomarker were not sufficient to initiate an oxidative process, since no lipid peroxidation occurred. Still, no depletion of antioxidants, DNA damage or change in inflammatory markers was observed. In rats treated via i.d., saline was used as control (1.2 ml/kg) and a dose of 7.2 × 1012 LNC/kg of LNC to a preliminary acute study, and saline or PS 80 (0.9ml/kg) used as controls or three doses of LNC (1.8, 3.6 ou 5.4 × 1012 LNC/kg) for subchronic toxicity evaluation. In acute toxicity test, there was no change in relative body weight, however, a decreased was found for the group receiving PS 80 in subchronic test (p <0.05). No histopathological alteration was found. Also, there was no change in biochemical parameters, except a slight decrease of butyrylcholinesterase activity in the group receiving the highest dose (p<0.05). Moreover, in acute toxicity test, it was found an increase in white blood cells in group receiving LNC; these increasing also occurred after repeate dose test, in PS 80 and 5.4 × 1012 LNC/kg of LNC groups (p <0.05). Regarding blood and tissue biomarkers of OS and inflammatory markers, an induction in protein oxidation marker along with antioxidant induction in rats which received the highest dose were observed, also reduced levels of IL-10 in rats that received the higher dose and PS80 (p <0.05). It can be concluded that, under the experimental conditions, for i.p. and i.d. administration, tissue damage was not found, since laboratorial analysis results were consistent with histopathological findings. Furthermore, mechanisms of repair were sufficient to offset oxidative damage or inflammation.Thus, this study contributes to future toxicological evaluations of polymeric nanocapsules, since a systematic acute and subchronic evaluation with early renal damage markers and possible mechanisms of toxicity involved after ip and id routes were performed. The increase in the use of these nanocapsules and the gaps in toxicological information make important to overcome these challenges in order to allow its safe incorporation. Thus, studies in this line are important to evaluate toxic response, and lead to establishing rules for evaluating the toxicity of most biodegradable polymer nanoparticles used as carrier of drugs.

Para a produção de compósitos multifuncionais crescente atenção tem sido dada a uma homogeneização eficaz de hidroxiapatitas em matrizes poliméricas, buscando uma sintonia fina da concentração entre polímeros biodegradáveis e biocerâmicas. Este trabalho dedicou-se a síntese, caracterização e estudo das propriedades biológicas do híbrido hidroxiapatita / poli(&epsilon;-aprolactona) estrela. A hidroxiapatita nanométrica (HAPN) foi revestida com o polímero biodegradável poli(&epsilon; -caprolactona) de topologia em estrela de três braços (PCLE). O uso de um polímero com topologia ramificada visa alterar algumas de suas propriedades mecânicas, a adesão interfacial à cerâmica, a sua viscosidade, o volume hidrodinâmico e sua cinética de degradação. O desempenho do híbrido HAPN/PCLE foi comparado com os materiais: HAP com partículas micrométricas (HAP-91 material comercial), o seu compósito revestido com PCLE (HAP-91/PCLE) e uma cerâmica nanométrica bifásica hidroxiapatita/&beta;-TCP (HAP-8). Os materiais foram caracterizados por avaliações físico-químicas e biológicas realizadas por estudos de citotoxicidade, adsorção de proteínas, proliferação celular, atividade de fosfatase alcalina. A síntese de PCLE foi verificada por análise espectroscópica (espectroscopia no infravermelho-FTIR; ressonância magnética nuclear de prótons- 1H-RMN e carbono- 13C-RMN; a matriz assistida por desorção a laser / ionização; MALDI-TOF; e cromatografia de permeação em gel (GPC). O revestimento das biocerâmicas por PCLE foi confirmado por técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e de varredura (MEV). Os compósitos mostraram uma melhor trababilidade em relação à cerâmica pura e são menos quebradiços, possivelmente devido à presença do PCLE na interface da biocerâmica. A análise de MEV e MET mostrou um aspecto de continuidade no contorno das partículas de cerâmica, em micro e nano-escala. Os compósitos apresentam comportamento não citototóxico e propiciaram um crescimento de células de mamíferos. A proliferação de células osteoblásticas (MG -63) foi significativamente mais elevada para o compósito HAPN/PCLE em comparação com outros biomateriais, sugerindo influência da área de superfície na adesão e proliferação de células. O estudo do ângulo de contato indicou que o revestimento com PCLE faz com que a superfície da biocerâmica seja mais hidrofóbica. O estudo com radioisótopos indicou que o revestimento da biocerâmica com PCLE altera significativamente a adsorção das proteínas do sangue fibrinogênio e albumina. O processo de regeneração do tecido ósseo foi estudado em condições in vivo com a implantação de pastilhas dos materiais estudados em tíbias de coelho. Os resultados mostraram que os compósitos podem ser utilizados como biomaterial, pois houve neoformação óssea ao redor dos implantes. / For the production of multifunctional composites in the combination of biodegradable polymers and bioceramics, increasing attention has been paid to an effective homogenization of hydroxyapatite within polymer matrices and a fine tuning of the concentration. This work was dedicated to the synthesis, characterization and study of the biological properties of the hybrid star poly(&epsilon;-caprolactone)/hydroxyapatite composites. A nanometer hydroxyapatite (HAPN) was coated with the biodegradable polymer poly (&epsilon;-caprolactone) with three arms star topology (PCLE). The use of polymer branched topology aims to change some of its mechanical properties, the interfacial adhesion to ceramic, its viscosity, the hydrodynamic volume and its degradation kinetics. The performance of the hybrid HAPN/PCLE was compared with the other three materials: HAP commercial micrometric particles (HAP-91), their composite coated with PCLE (HAP-91/PCLE) and a biphasic ceramic nanohydroxyapatite/&beta;-TCP (HAP-8). All materials were characterized by different physico-chemical and biological evaluations performed by cytotoxicity studies, protein adsorption, cell proliferation, alkaline phosphatase activity and an in vivo studies. The synthesis of PCLE was verified by spectroscopic analysis (Fourier-Transform infrared-FTIR and nuclear magnetic resonance-1H-NMR/13C-NMR), matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI-TOF) and gel permeation chromatography (GPC). The coating of the bioceramics by PCLE was confirmed by microscopy techniques transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The composites showed better easy handling in relation to pure ceramic and are less brittle, possibly due to the presence of PCLE at bioceramic interface. The SEM and TEM analysis showed an aspect of continuity in the contour of the ceramic particles, both in micro and nanoscale. The composites exhibit non cytotoxicity behavior and propitiated mammalian cell growth. The proliferation of osteoblastic cells (MG-63) was significantly higher for the composite HAPN/PCLE compared to other biomaterials, suggesting influences of the surface area on the cell adhesion and proliferation. The study of contact angle indicated that the PCLE coating makes the bioceramic surfaces more hydrophobic. The radioisotopic studies indicates that the coating of bioceramics with PCLE significantly alter the adsorption of blood proteins fibrinogen and albumin. The process of regeneration of bone tissue was studied in in vivo conditions after implantation of implants manufactured from composites in rabbit´s tibias. The results showed that composites can be used as biomaterial since the newly bone grew around the implants.

The knowledge regarding certain issues in polymer crystallization e.g. the possible existence of short–lived mesophases remains inconclusive due to experimental limitations. Polymers undergo chain folding upon crystallization, which introduces some complications that are not found in crystallization of low molar mass materials. Chain–folded crystals are far from their equilibrium shape and they rearrange rapidly at the crystallization temperature. This, together with the slow experimental techniques traditionally used, impedes the observation of the originally formed structures. To approach this problem, molecularly constrained polymer structures (in which the crystallizing chains are fixed at one end whereas the other end is free to move) have been studied by X–ray diffraction, differential scanning calorimetry, polarized optical microscopy, transmission electron microscopy and atomic force microscopy. The crystallization studies performed in star–branched polyesters showed that the dendritic cores have a pronounced effect on the crystallization of the linear poly(ε–caprolactone) (PCL) arms attached to them. The star–branched polymers showed slower crystal rearrangement, higher equilibrium melting point, higher fold surface free energy, moderately lower crystallinity, and a greater tendency to form spherulites in comparison with linear PCL. The crystal unit cell was the same in both linear and star–branched PCL. Single crystals of the star–branched polymers were more irregular and showed smoother fold surfaces than linear PCL crystals. No sectorial preference was observed in the crystals of the star–branched polymers upon melting while the single crystals of linear PCL showed earlier melting in the {100} sectors than in the {110} sectors. Some of the differences observed can be attributed to the dendritic cores, which must be placed in the vicinity of the fold surface and thus influence the fold surface structure, the possibility of major crystal rearrangement and the presence of a significant cilia phase during crystal growth causing diverging crystal lamellae and consequent spherulite formation. The attachment of the many crystallizable chains to a single core reduces the melt entropy, which explains the higher equilibrium melting point of star–branched PCL. The crystallization behavior of a series of poly(ethylene oxybenzoate)s was also studied. The polymers showed a profound tendency for crystal rearrangement during melting even at high heating rates. The Hoffman–Weeks extrapolation method was found to be unsuitable to calculate the equilibrium melting point of the samples studied because the melting point vs. crystallization temperature data were sensitive to the variations in crystallisation time, which led to significant variations in the equilibrium melting points obtained. / QC 20100914

Amine bis(phenolate) ligands synthesis can be easily prepared by the reaction of a substituted 2-(bromomethyl)phenol, a substituted phenol, potassium carbonate, triethylamine and the appropriate amine to form the desired compounds in high yields and purities. A series of amine bis(phenolate) ligand precursors with group 4 metals and aluminum complexes have been prepared, characterized by single-crystal X-ray diffraction, and tested for ring opening polymerisation of £`-caprolactone. Group 4 metals complexes which are shown to be active catalysts for the ROP of £`-caprolactone with excellent conversions and polydispersities. All aluminum compounds as four-coordinate aluminum methyl complexes show excellent catalytic activity toward the ring opening polymerization of £`-caprolactone in the presence of benzyl alcohol. And amine bis(phenolate)s ligand ([tert-ButylONO]2-) bond cleavage with zirconium and hafnium complexes that have been prepared, characterized by single-crystal X-ray diffraction. Another zirconium complexes of dianionic amine bis(phenolate) ligands have been synthesized, their X-ray structures solved, and their activity as 1-hexene polymerization catalysts study. Upon treatment with B(C6F5)3, a series of pentacoordinate [ONO]Zr(CH2Ph)2 complex, having no extra donor group, shows only poor activity as a polymerization catalyst. Final reaction of diamine-bis(phenol) ligands containing a mixture of [i-PropylONO]Ti(OiPr)2 in dry THF under RT without exclusion of air and moisture gives {[i-PropylONO]TiO}3 (characterised by X-ray crystallography) is hydrolysed with H2O.

Commonly used thermoplastic biodegradable polymers are generally brittle and lack appreciable elasticity at physiological temperature and thereby fail to mimic the elastic nature of many human soft tissues such as blood vessels. Thus, there is a need for biomaterials which exhibit elasticity. Biodegradable elastomers are promising candidates whose elasticity more closely parallels that of soft tissues. In this research, we developed hybrid biodegradable elastomers comprised of organic and inorganic polymer components in a block copolymer system: poly(e-caprolactone) (PCL) and poly(dimethylsiloxane) (PDMS), respectively. A block structure maintains the distinct properties of the PCL and PDMS components. These elastomers may be useful for the tissue engineering of soft tissues as well as for shape memory polymer (SMP) devices. Tri-block macromers of the form PCLn-block-PDMSm-block-PCLn were developed to permit systematic variations to key features including: PDMS block length, PCL block length, PDMS:PCL ratio, and crosslink density. The macromer was capped with acrylating groups (AcO) to permit their photochemical cure to form elastomers. Thus, a series of biodegradable elastomers were prepared by photocrosslinking a series of macromers in which the PCL blocks varied (n = 5, 10, 20, 30, and 40) and the PDMS block was maintained (m = 37). All elastomers displayed hydrophobic surface properties and high thermal stability. These elastomers demonstrated systematic tuning of mechanical properties as a function of PCL block length or crosslink density. Notable was strains at break as high as 814% making them suitable for elastomeric bioapplications. Elastomers with a critical PCL block length (n = 30 or 40) exhibited shape memory properties. Shape memory polymers based on an organic-inorganic, photocurable silicon-containing polymer system is a first of its kind. This SMP demonstrated strain fixity of 100% and strain recovery near 100% after the third thermomechanical cycle. Transition from temporary to permanent shape was quite rapid (2 sec) and at temperatures near body temperature (60 degrees C). Lastly, porous analogues of the biodegradable elastomers were created using a novel porogen - salt leaching technique. Resulting porous elastomers were designed for tissue engineering scaffolds or shape memory foams.

New catalytic synthetic methods in organic chemistry that satisfy increasingly stringent environmental constraints are in great demand by the pharmaceutical and chemical industries. Studies over last 15 years have revealed that activity of enzymes can be increased in organic solvents rather than their natural aqueous environment. Because of their ease of use, high selectivity and environment friendliness, enzymes are enjoying increasing popularity in today's synthesis world. Chapter 1 describes chemo-enzymatic synthesis of various glycolipid analogs. A highly regioselective macrolactonization was achieved using lipase from Candida antarctica as a catalyst. It also describes evaluation of lipases from different source and their efficiency in catalyzing the macrolactonization reaction. These analogs were synthesized using commercially available agriculture based disaccharides (maltose, lactose, cellobiose, melibiose). These glycolipid analogues have potential applications in the cosmetic industry, formulation, food production, and pharmaceutical industry.In Chapter 2, ring opening polymerization of epsilon-caprolactone in ionic liquid, [bmim][PF6] was investigated. A comparative study of ROP in different solvents (toluene, Ionic liquid, and bulk condition) was conducted. Effect of time and enzyme concentration on molecular weight and % yield was investigated. It was concluded that enzymatic ring opening polymerization of epsilon-caprolactone in ionic liquid, [bmim][PF6 ] is a very competitive and environmental friendly way of synthesizing high molecular weight polyesters.

Bulky 1,4-diamines 1,2-[2,4,6-(CH3)3-C6H3NH-CH2]2-C6H4 and 1,2-(2,6-iPr2C6H3NHCH2)2-C6H4 were utilized as pro-ligands for the formation of novel three-coordinate aluminum alkyl compounds with the general formula [(1,4-diamido)AlR], where R = Me or Et. The synthesis of analogous aluminum hydrides was also explored resulting in the formation of four-coordinate complexes incorporating bridging hydrides. The three-coordinate aluminum complexes were developed as single-component catalysts in the ring opening polymerization of cyclic esters. The main focus was on caprolactone polymerization, but other monomers were explored, including lactide, butyrolactone, cis-cyclooctene, and diphenylacetylene. The mechanism of polymerization with caprolactone was also studied. The coordination chemistry of other metals and non-metals with the 1,4-diamido ligands were also investigated. Phosphorus, boron, zinc, and zirconium were the main focus. [(1,4-diamido)PCl] complexes were successfully synthesised as precursors to the formation of cationic phosphenium species, [(1,4-diamido)P]+.

Submitted by Gustavo Nascimento (gustavo.diniz@ufcg.edu.br) on 2018-02-02T14:58:07Z No. of bitstreams: 1 ELIEBER BARROS BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCEMAT 2014.pdf: 7994493 bytes, checksum: 4a404e61a81ba68d735ac09a14b80f8a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-02T14:58:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELIEBER BARROS BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCEMAT 2014.pdf: 7994493 bytes, checksum: 4a404e61a81ba68d735ac09a14b80f8a (MD5) Previous issue date: 2014-08-19 / Estudos têm sido realizados com o intuito de criar processos que utilizem matérias-primas renováveis, gerando assim produtos não agressivos ao meio ambiente, sem perder em qualidade ou desempenho. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de sistemas de poli(ε-caprolactona) (PCL) com subproduto da cultura algodoeira, a fim de avaliar a influência dos componentes línter e nanolínter de algodão nas propriedades finais dos compósitos poliméricos. Os sistemas de PCL com 1, 3 e 5% de cargas foram obtidos em extrusora e, processados em injetora, caracterizados quanto à composição lignocelulósica, tamanho de partícula e potencial zeta, difração de raios-X (DRX), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades mecânicas e temperatura de deflexão térmica (HDT). Por meio da caracterização lignocelulósica foi observado um alto teor de celulose para a fibra vegetal e, por medida do tamanho de partícula e potencial zeta, foram observadas partículas com diâmetro médio na faixa nanométrica. Por DRX, foi vista a presença dos picos característicos da PCL pura, do línter e da nanocelulose. Para os sistemas PCL/Línter e PCL/Nano não foram visualizadas alterações nos picos característicos da matriz. Por TG, foi verificada que a presença da carga não influenciou no comportamento térmico dos sistemas. Por DSC, não foram observadas alterações na cristalinidade dos sistemas com a presença do línter e do nanolínter. Por meio das fotomicrografias de MEV, foi observada a má adesão da matriz polimérica ao línter e ao nanolínter. Por meio dos ensaios de tração e flexão, foi observado que os sistemas com línter apresentaram um pequeno aumento no módulo e na resistência. Para os sistemas contendo nanolínter, os valores de módulo e de resistência foram similares aos da matriz. Por meio do ensaio de resistência ao impacto, foi observado que as cargas utilizadas diminuíram a resistência dos compósitos. Um aumento na temperatura de deflexão térmica (HDT) dos sistemas foi visto com a presença das cargas. / Estudos têm sido realizados com o intuito de criar processos que utilizem matérias-primas renováveis, gerando assim produtos não agressivos ao meio ambiente, sem perder em qualidade ou desempenho. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de sistemas de poli(ε-caprolactona) (PCL) com subproduto da cultura algodoeira, a fim de avaliar a influência dos componentes línter e nanolínter de algodão nas propriedades finais dos compósitos poliméricos. Os sistemas de PCL com 1, 3 e 5% de cargas foram obtidos em extrusora e, processados em injetora, caracterizados quanto à composição lignocelulósica, tamanho de partícula e potencial zeta, difração de raios-X (DRX), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades mecânicas e temperatura de deflexão térmica (HDT). Por meio da caracterização lignocelulósica foi observado um alto teor de celulose para a fibra vegetal e, por medida do tamanho de partícula e potencial zeta, foram observadas partículas com diâmetro médio na faixa nanométrica. Por DRX, foi vista a presença dos picos característicos da PCL pura, do línter e da nanocelulose. Para os sistemas PCL/Línter e PCL/Nano não foram visualizadas alterações nos picos característicos da matriz. Por TG, foi verificada que a presença da carga não influenciou no comportamento térmico dos sistemas. Por DSC, não foram observadas alterações na cristalinidade dos sistemas com a presença do línter e do nanolínter. Por meio das fotomicrografias de MEV, foi observada a má adesão da matriz polimérica ao línter e ao nanolínter. Por meio dos ensaios de tração e flexão, foi observado que os sistemas com línter apresentaram um pequeno aumento no módulo e na resistência. Para os sistemas contendo nanolínter, os valores de módulo e de resistência foram similares aos da matriz. Por meio do ensaio de resistência ao impacto, foi observado que as cargas utilizadas diminuíram a resistência dos compósitos. Um aumento na temperatura de deflexão térmica (HDT) dos sistemas foi visto com a presença das cargas.

Nanopartículas poliméricas biodegradáveis têm recebido atenção como carreadores de fármacos ao longo dos últimos anos. Em muitos casos, a segurança destes nanocarreadores não foi demonstrada e pouco se sabe sobre a relação entre as suas características físico-químicas e suas propriedades toxicocinéticas e toxicodinâmicas. A nanotoxicologia está emergindo como uma especialidade importante da nanotecnologia e/ou toxicologia, e refere-se ao estudo da interação de nanoestruturas com sistemas biológicos. Nos últimos anos, a maioria das pesquisas foi centrada em estudos in vitro, entretanto, os resultados destes estudos necessitam também ser avaliados em experimentos in vivo para o avanço na utilização de nanocarreadores na área biomédica. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade de nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC), de poli(-caprolactona), após administração intraperitoneal (i.p.) e intradérmica (i.d.) em ratos Wistar. Para a avaliação toxicológica aguda, foi administrada dose única em que se observaram sinais clínicos e fisiológicos, em ambas as vias. Após 14 dias, os animais foram eutanasiados e análises macroscópicas e histopatológicas foram realizadas. Além disso, sangue e urina foram coletados para análises laboratoriais e avaliação de funções teciduais. A avaliação toxicológica subcrônica foi procedida da mesma forma, exceto pela administração de doses repetidas diárias durante 28 dias. As suspensões de nanocápsulas foram preparadas pelo método de precipitação do polímero pré-formado, as quais apresentaram tamanho médio de partícula inferior a 250 nm, índice de polidispersão (IPD) < 1, potencial zeta negativo e pH em torno de 6,7. Os animais tratados pela via i.p. (n=6/grupo) receberam para avaliação da toxicidade aguda: solução salina ou polissorbato 80 (PS80) (12 ml/kg), utilizados como controles e diferentes doses de LNC (18,03, 36,06, e 72,12 × 1012 LNC/kg); no teste de toxicidade subcrônica foram utilizados os mesmos controles porém com doses de 3mL/kg e 6,01, 12,02 ou 18,03 × 1012 LNC/kg. Nos testes de toxicidade aguda, nos animais administrados pela via i.p., foi observada diminuição significativa de peso nos grupos tratados com LNC mesmo após 14 dias da administração (p<0,05). Entretanto no teste subcrônico esta alteração foi transitória, e ocorreu apenas no grupo que recebeu a maior dose até o quinto dia de administração (p<0,05). Houve aumento no peso relativo do baço nos animais que receberam a dose mais alta de LNC (p<0,05) no tratamento agudo. A análise histopatológica em ambos os tratamentos, demonstrou a presença de um granuloma de tipo corpo estranho no fígado e no baço dos animais que receberam a dose mais alta, provavelmente devido ao volume de LNC administrado. Não houve alteração nas análises bioquímicas de dano hepático, renal, dentre outros em todos os grupos tratados. Os dados hematológicos apresentaram uma leve alteração, entretanto foi demonstrada interferência metodológica, evidenciada por testes preliminares in vitro. Além disso, foram avaliados biomarcadores do estresse oxidativo (EO), marcadores inflamatórios e de genotoxicidade. Os resultados dos biomarcadores de oxidação de proteínas e lipídios não foram suficientes para iniciar um processo oxidativo, visto que não houve peroxidação lipídica. Ainda, não houve depleção de antioxidantes, dano ao DNA ou alteração nos marcadores inflamatórios. Nos ratos tratados pela via i.d., foi utilizada solução salina 1,2 ml/kg como grupo controle e uma dose de 7,2 × 1012 LNC/kg de LNC, para um estudo preliminar agudo e solução salina ou PS 80 (0,9ml/kg) e três doses de LNC (1,8, 3,6 ou 5,4 × 1012 LNC/kg) para avaliação da toxicidade subcrônica. No teste de toxicidade aguda, não houve alteração do peso corpóreo, entretanto no teste de toxicidade subcrônica houve uma diminuição reversível do peso no grupo que recebeu PS80 (p<0,05). Os dados histopatológicos não apresentaram alteração. Não houve alteração nos parâmetros bioquímicos, exceto uma leve diminuição da atividade da butirilcolinesterase no grupo que recebeu a dose mais alta (p<0,05). Por outro lado, houve aumento nos leucócitos no grupo que recebeu LNC, no teste de toxicidade aguda e nos grupos que receberam PS 80 e 5,4 × 1012 LNC/kg (p<0,05) após doses repetidas. Em relação à avaliação sanguínea e tecidual dos biomarcadores do EO e dos marcadores inflamatórios, foi observada uma indução nos marcadores de oxidação de proteínas juntamente com uma indução enzimática nos ratos que receberam a dose mais alta, além de uma diminuição dos níveis do IL-10 nos grupos que receberam PS80 e a dose mais alta (p<0.05). Pode-se concluir que nas condições dos experimentos, tanto pela via i.p. quanto pela via i.d., não foram demonstrados danos teciduais, pois os achados laboratoriais foram condizentes com os achados histopatológicos. Além disso, os mecanismos de reparo foram suficientes para contrabalançar eventuais danos oxidativos ou inflamatórios. Assim, o presente trabalho contribui para futuras avaliações toxicológicas de nanocápsulas poliméricas, visto que foram realizadas avaliações agudas e subcrônicas sistemáticas, com marcadores de dano renal precoce e possíveis mecanismos de toxicidade envolvidos após administração por ambas as vias. O aumento na utilização destas nanocápsulas e as lacunas nas informações toxicológicas fazem com que desafios importantes devam ser superados para permitir sua incorporação segura. Com isso, estudos nesta linha podem embasar a avaliação da resposta tóxica e, consequentemente, levar ao estabelecimento de regulamentações para avaliação da toxicidade da maioria das nanopartículas poliméricas biodegradáveis utilizadas como carreadoras de fármacos. / Biodegradable polymeric nanoparticles have received attention as drug carriers over the past years. In many cases, the safety of nanocarriers has not been demonstrated and little is known about the relationship of its physicochemical characteristics and their toxicokinetic and toxicodynamic properties. Nanotoxicology is emerging as an important field of nanotechnology and toxicology, and refers to the study of the interaction of nanostructures with biological systems. In recent years, most research has focused on in vitro studies; however, the results of these studies should also be evaluated trough in vivo experiments, in order to advance in biomedical application of nanocarriers. Thus, the objective of this study was to evaluate the toxicity of lipid-core nanocapsules (LNC), prepared with poly(ɛ-caprolactone), after intraperitoneal (i.p.) and intradermal (i.d.) administration in rats. For acute toxicological evaluation, it was administered a single dose, i.p. and i.d., clinical signs and physiological effects were observed. After 14 days, animals were euthanized and macroscopic and histopathological analyses were done. In addition, blood and urine were collected for laboratory analysis and evaluation of tissue functions. Subchronic toxicological evaluation was similar, except for the administration of repeated doses for 28 days. The suspension of nanocapsules were prepared by interfacial deposition of polymer, which had particle size less than 250 nm, polydispersity index (IPD) <1, negative zeta potential and pH around 6.7. Animals were treated via i.p. (N = 6/group), the doses used for acute toxicity test were: saline or polysorbate 80 (PS80) (12 ml/kg) as controls or three different doses of LNC (18.03, 36.06, e 72.12 × 1012 LNC/kg); for subchronic toxicity test, same controls were used but the doses were 3 ml/kg and 6.01, 12.02 ou 18.03 × 1012 LNC/kg administered daily for 28 days. In acute toxicity test, with i.p. administration, groups treated with LNC presented a significant reduction in relative weight even after 14 days of administration (p<0.05); however in the subchronic test, this change was transient, and occurred only in the group receiving the highest dose until the fifth day of administration (p<0.05). There was an increase in relative weight of spleen in animals that received the highest dose of LNC (p<0.05) in acute treatment. Histopathological analysis in both the treatments, showed a granulomatous foreign body reaction in liver and spleen of animals receiving the highest dose, probably because the volume of LNC administered. There were no changes in biochemical parameters of liver or kidney damage, among all treated groups. Hematological data showed a slight change; however it was demonstrated an interference of the methodology, further evidenced by preliminary in vitro tests. Furthermore, we evaluated biomarkers of oxidative stress (OS), inflammatory and genotoxicity markers. The results of the oxidation of proteins and lipids biomarker were not sufficient to initiate an oxidative process, since no lipid peroxidation occurred. Still, no depletion of antioxidants, DNA damage or change in inflammatory markers was observed. In rats treated via i.d., saline was used as control (1.2 ml/kg) and a dose of 7.2 × 1012 LNC/kg of LNC to a preliminary acute study, and saline or PS 80 (0.9ml/kg) used as controls or three doses of LNC (1.8, 3.6 ou 5.4 × 1012 LNC/kg) for subchronic toxicity evaluation. In acute toxicity test, there was no change in relative body weight, however, a decreased was found for the group receiving PS 80 in subchronic test (p <0.05). No histopathological alteration was found. Also, there was no change in biochemical parameters, except a slight decrease of butyrylcholinesterase activity in the group receiving the highest dose (p<0.05). Moreover, in acute toxicity test, it was found an increase in white blood cells in group receiving LNC; these increasing also occurred after repeate dose test, in PS 80 and 5.4 × 1012 LNC/kg of LNC groups (p <0.05). Regarding blood and tissue biomarkers of OS and inflammatory markers, an induction in protein oxidation marker along with antioxidant induction in rats which received the highest dose were observed, also reduced levels of IL-10 in rats that received the higher dose and PS80 (p <0.05). It can be concluded that, under the experimental conditions, for i.p. and i.d. administration, tissue damage was not found, since laboratorial analysis results were consistent with histopathological findings. Furthermore, mechanisms of repair were sufficient to offset oxidative damage or inflammation.Thus, this study contributes to future toxicological evaluations of polymeric nanocapsules, since a systematic acute and subchronic evaluation with early renal damage markers and possible mechanisms of toxicity involved after ip and id routes were performed. The increase in the use of these nanocapsules and the gaps in toxicological information make important to overcome these challenges in order to allow its safe incorporation. Thus, studies in this line are important to evaluate toxic response, and lead to establishing rules for evaluating the toxicity of most biodegradable polymer nanoparticles used as carrier of drugs.