A bixina é o principal carotenoide encontrado na superfície externa das sementes de Bixa orellana L., conhecida popularmente como urucum. Os extratos das sementes são largamente utilizados, tradicionalmente como condimento e no preparo de \"remédios\" caseiros para diversos tipos de doenças e sintomas. Industrialmente, é empregado em formulações farmacêuticas, cosméticos e alimentos como corante de origem natural. Contudo, o uso da bixina ainda é limitado pela sua baixa solubilidade em água. Foi observado que a bixina pode ser dispersa em água, por meio de técnica já patenteada pelo nosso grupo, sem uso de suportes e adjuvantes. O presente projeto teve por objetivo obter a bixina purificada de um extrato comercial de semente de urucum, preparar e caracterizar a dispersão de bixina em água e aplicá-la como um carreador de fármacos, utilizando daunorrubicina como modelo e que é utilizada no tratamento de tumores. Bixina foi obtida com 95% de pureza, a partir do extrato de semente de urucum e dispersões a partir deste composto foram preparadas em soluções aquosas e estabilizadas em cerca de duas horas. Foi determinado que a dispersão em água é constituída por partículas esféricas, com diâmetro médio variando de 20 a 150 nm e potencial Zeta de -24,7 mV. A dispersão manteve-se estável quando submetida a concentrações de NaCl de até 50 mmol/L e resistente em pH ácido. Porém, a partir de pH=10, ocorreu hidrólise do éster metílico da bixina, convertendo-a em norbixina. As partículas de bixina foram capazes de incorporar o fármaco daunorrubicina, em proporção molar máxima de bixina/daunorrubicina de 2:1. Nas concentrações testadas, a incorporação da daunorrubicina à dispersão de bixina causou aumento na atividade antiproliferativa, sendo até 60% mais ativa do que a daunorrubicina livre, na concentração de 1 µg/mL. A dispersão de bixina apresentou tolerância a variações em pH e concentração salina e capacidade de incorporar e aumentar a atividade do fármaco daunorrubicina. Sendo assim, constitui-se em um potencial sistema carreador de fármaco derivado de um produto natural. / Bixin is a carotenoid found on surface of Bixa orellana L. seeds, known as annatto. Annatto seeds extracts are popularly used as a condiment for foods and remedy for several diseases and symptoms. It is also applied in pharmaceutical products, cosmetics and food industry as a natural colorant. Nevertheless, the use of bixin is still limited by its poor solubility in water. Our research group has developed and patented a technique to disperse bixin in water, with no use of stabilizers or scaffolds. In this project, we aimed to obtain purified bixin from commercial annatto seeds extracts, prepare and characterize a dispersion of bixin in water and to employ it as a drug delivery system. Daunorubicin was chosen as a drug model to be delivered by bixin dispersion. Bixin was isolated from extracts in 95% purity. Aqueous dispersions of bixin demonstrated to be stable two hours after preparation. Bixin formed spherical particles with mean diameter ranging from 20 to 150 nm and Zeta potential of -24,7 mV. The dispersion was stable in NaCl solution up to 50 mMol/L and resistant to acidic medium. However, above pH=10, hydrolysis of ester termination begins to occur, converting bixin into to norbixin and since norbixin is water-soluble, the particles dissolved in water. Bixin dispersion was able to incorporate daunorubicin, in a bixin:daunorubicin molar proportion of 2:1. In all tested concentrations, daunorubicin delivered by bixin showed higher antiproliferative activity compared to free drug, reaching 60% more acitivity at 1 µg/mL In conclusion, bixin dispersion showed good stability in large range of pH and salt concentrations, ability to incorporate daunorubicin and enhanced the antitumoral activity. Thus, it can be considered a potential drug delivery system derived from a natural product.

A bixina é o principal carotenoide encontrado na superfície externa das sementes de Bixa orellana L., conhecida popularmente como urucum. Os extratos das sementes são largamente utilizados, tradicionalmente como condimento e no preparo de \"remédios\" caseiros para diversos tipos de doenças e sintomas. Industrialmente, é empregado em formulações farmacêuticas, cosméticos e alimentos como corante de origem natural. Contudo, o uso da bixina ainda é limitado pela sua baixa solubilidade em água. Foi observado que a bixina pode ser dispersa em água, por meio de técnica já patenteada pelo nosso grupo, sem uso de suportes e adjuvantes. O presente projeto teve por objetivo obter a bixina purificada de um extrato comercial de semente de urucum, preparar e caracterizar a dispersão de bixina em água e aplicá-la como um carreador de fármacos, utilizando daunorrubicina como modelo e que é utilizada no tratamento de tumores. Bixina foi obtida com 95% de pureza, a partir do extrato de semente de urucum e dispersões a partir deste composto foram preparadas em soluções aquosas e estabilizadas em cerca de duas horas. Foi determinado que a dispersão em água é constituída por partículas esféricas, com diâmetro médio variando de 20 a 150 nm e potencial Zeta de -24,7 mV. A dispersão manteve-se estável quando submetida a concentrações de NaCl de até 50 mmol/L e resistente em pH ácido. Porém, a partir de pH=10, ocorreu hidrólise do éster metílico da bixina, convertendo-a em norbixina. As partículas de bixina foram capazes de incorporar o fármaco daunorrubicina, em proporção molar máxima de bixina/daunorrubicina de 2:1. Nas concentrações testadas, a incorporação da daunorrubicina à dispersão de bixina causou aumento na atividade antiproliferativa, sendo até 60% mais ativa do que a daunorrubicina livre, na concentração de 1 µg/mL. A dispersão de bixina apresentou tolerância a variações em pH e concentração salina e capacidade de incorporar e aumentar a atividade do fármaco daunorrubicina. Sendo assim, constitui-se em um potencial sistema carreador de fármaco derivado de um produto natural. / Bixin is a carotenoid found on surface of Bixa orellana L. seeds, known as annatto. Annatto seeds extracts are popularly used as a condiment for foods and remedy for several diseases and symptoms. It is also applied in pharmaceutical products, cosmetics and food industry as a natural colorant. Nevertheless, the use of bixin is still limited by its poor solubility in water. Our research group has developed and patented a technique to disperse bixin in water, with no use of stabilizers or scaffolds. In this project, we aimed to obtain purified bixin from commercial annatto seeds extracts, prepare and characterize a dispersion of bixin in water and to employ it as a drug delivery system. Daunorubicin was chosen as a drug model to be delivered by bixin dispersion. Bixin was isolated from extracts in 95% purity. Aqueous dispersions of bixin demonstrated to be stable two hours after preparation. Bixin formed spherical particles with mean diameter ranging from 20 to 150 nm and Zeta potential of -24,7 mV. The dispersion was stable in NaCl solution up to 50 mMol/L and resistant to acidic medium. However, above pH=10, hydrolysis of ester termination begins to occur, converting bixin into to norbixin and since norbixin is water-soluble, the particles dissolved in water. Bixin dispersion was able to incorporate daunorubicin, in a bixin:daunorubicin molar proportion of 2:1. In all tested concentrations, daunorubicin delivered by bixin showed higher antiproliferative activity compared to free drug, reaching 60% more acitivity at 1 µg/mL In conclusion, bixin dispersion showed good stability in large range of pH and salt concentrations, ability to incorporate daunorubicin and enhanced the antitumoral activity. Thus, it can be considered a potential drug delivery system derived from a natural product.

Leishmaniases is a group of diseases caused by parasites of the genus Leishmania. The estimated number of deaths from visceral leishmaniases ranges from 20,000 to 50,000 annually. The most common treatment over the past 60 years has been pentavalent antimonials. Besides the doubtful effectiveness, they present several disadvantages such as the need for parenteral administration, large doses, long treatment, severe toxicity and parasite resistance. Buparvaquone (BPQ), a drug used for veterinary treatment of theileriosis, showed promising activity against Leishmania spp. However, due to its low aqueous solubility and bioavailability, it has failed in in vivo tests. The use of nanotechnologies has the potential to overcome these drawbacks due to the following advantages: increase in drug water-solubility, increase in therapeutic efficacy and treatment toxicity reduction. Therefore, the present work aimed the development, optimization, physical-chemical evaluation and in vitro performances of nanostructured lipid carriers (NLC) for BPQ encapsulation. The NLC preparation was performed by high pressure homogenization, and surface response and factorial design were applied to formulation optimization. In vitro dissolution profiles were evaluated in phosphate buffer pH 7.4 with tween 80 0.07% w/v or sodium dodecyl sulfate 1% w/v and simulated body fluid pH 7.4. Cytotoxicity was evaluated in mouse peritoneal macrophages and leishmanicidal activity in L. infantum amastigotes. Six optimized NCL were prepared and they showed solubility improvement from 1.5- fold to 611-fold when compared with free BPQ, depending on the formulation and medium. Dissolution profiles showed the NLC formulation suitability for BPQ regarding oral administration, the release could reach 83.29% of a 4mg dose in 30 minutes for formulation of 175.1 nm, while the free drug could be dissolved only 2.89% of the same dose after 4 hours. Moreover, formulation of 230.7 nm showed 81.42% of drug release in in phosphate buffer pH 7.4 with dodecyl sulfate 1.0% w/v after 30 minutes, while BPQ did not dissolved. Cytotoxicity assay showed the safety of all formulations. The iv CC50 values were close to 500 µM, while the IC50 against amastigotes was only 456.5 nM for free BPQ. Developed NLCs showed an increase in IC50 from 2.0 to 3.1-fold when compared to free drug in the in vitro leishmanicidal evaluation. Therefore, the NLC containing BPQ are a promising alternative for the treatment of leishmaniases as oral and parenteral drug dosage forms. Additionally, they have a potential use for lymphatic targeted drug delivery, which can be an innovative approach for this neglected disease. / Leishmanioses são um grupo de doenças causadas por parasitas do gênero Leishmania. O número estimado de óbitos por leishmaniose visceral varia entre 20.000 e 50.000 por ano. O tratamento mais comum nos últimos 60 anos tem sido os antimônios pentavalentes. Além da eficácia duvidosa, eles apresentam várias desvantagens, como a necessidade de administração parenteral, altas doses, tratamento prolongado, toxicidade severa e resistência parasitária. Buparvaquona (BPQ), um fármaco usado para tratamento veterinário da teileriose, mostrou atividade promissora contra Leishmania donovani. No entanto, devido à sua baixa solubilidade e biodisponibilidade aquosa, falhou em testes in vivo. O uso das nanotecnologias tem o potencial de superar esses obstáculos devido às seguintes vantagens: aumento da solubilidade em água, aumento da eficácia terapêutica e redução da toxicidade do tratamento. Portanto, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento, otimização, avaliação físico-química e avaliação do desempenho in vitro de carreadores lipídicos nanoestruturados (NLC) para o encapsulação da BPQ. A preparação do NLC foi realizada por homogeneização de alta pressão e superfície de resposta e planejamento fatorial foram aplicados à otimização das formulações. Os perfis de dissolução in vitro foram avaliados em tampão fosfato pH 7.4 com tween 80 a 0.07% p/v ou dodecilsulfato de sódio 1.0% p/v e fluido corporal simulado pH 7.4. A citotoxicidade foi avaliada em macrófagos peritoneais de camundongos e atividade leishmanicida em amastigotas de L. infantum. Foram preparados quatro NCL otimizados e mostraram melhora da solubilidade de 1,5 a 611 vezes quando comparado com a BPQ livre, dependendo da formulação e do meio. Os perfis de dissolução mostraram a adequação da formulação NLC para BPQ em relação à administração oral. A dissolução pode atingir 83,29% de uma dose de 4.0 mg em 30 minutos para a formulação de 175,1 nm, enquanto o fármaco livre dissolveu apenas vi 2,89% da mesma dose após 4 horas. Além disso, a formulação de 230,7 nm mostrou 81,42% de liberação do fármaco em tampão fosfato pH 7.4 com dodecil sulfato de sódio 1.0% p/v após 30 minutos, enquanto o BPQ não se dissolveu. O teste de citotoxicidade mostrou a segurança de todas as formulações. Os valores CC50 foram próximos de 500 µM, enquanto o IC50 em amastigotas foi de apenas 456,5 nM para BPQ livre. Os NLC desenvolvidos mostraram um aumento no IC50 de 2,0 a 3,1 vezes quando comparado ao;fármaco livre na avaliação leishmanicida in vitro. Logo, as NLC contendo BPQ são uma alternativa promissora para o tratamento de leishmanioses como formas farmacêuticas oral e parenteral. Além disso, eles têm um uso potencial para a sítio-específico ao sistema linfático, o que pode ser uma abordagem inovadora para esta doença negligenciada.

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CLNs were obtained with glyceryl behenate, Miglyol®, polysorbate 80, sorbitan trioleate surfactant, and a cationic cetilpiridíneo chloride (CPC) and different drug loading. Nanoparticles were characterized for medium size, PdI, zeta potential, encapsulation efficiency and recovery, morphology by scanning electron microscopy (SEM), and the stability. Hydration factor of the formulations and permeation enhancers was performed. Analysis of dry and hydrated hooves treated with NLC were achieved by SEM. Release and in vitro permeation studies were performed with unloaded drug (VOR-free) and VOR loaded NLC. The drug quantification method was linear in the concentration range from 0.4 to 40 mg / mL. The limit of quantitation was 400 ng/mL. Furthermore, the method was able to analyze the VOR without suffering interference from components of the nail and NLC. The NLC (n = 3) loaded with drug showed positive surface charge (around +25 mV) and average size of 230 nm. The NLC obtained had 1.75% of drug load, with encapsulation efficiency of 74.52 (+ 2.13)%. Hydration factor studies showed that the formulation with the highest amount of Miglyol was able to hydrate the nail more as well as the urea, which was the best promotor enhancer for nail hydration. NLC developed with and without addition of promoters were stable for a period of 150 days. In vitro release studies showed that the release VOR from the NLC occurs in a controlled manner from the lipid matrix. There was no significant difference in drug penetration when applied CLNs with and without promoter, for the VOR-Free. Although amounts of drug were found more deeply with the use of the CLN in the sample depletion assays, which can facilitate treatment of nail affected by onychomycosis. / O voriconazol (VOR) é um antifúngico da classe tiazol, que possui ação comprovada contra os dermatófitos, principais causadores da onicomicose. O tratamento tópico localizado de patologias na unha é altamente desejado, visto que a administração oral de antifúngicos têm se demonstrado ineficiente. Desta forma, o objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de carreadores lipídicos nanoestruturados (CLN) para administração tópica do VOR na unha. Para a quantificação do VOR na placa ungueal foi desenvolvido e validado um método analítico por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detecção no UV-vis. Os CLN foram obtidos com behenato de glicerila, Miglyol®, polissorbato 80, trioleato de sorbitano e tensoativo catiônico cloreto de cetilpiridnío (CPC), com diferentes cargas do fármaco. As nanopartículas foram caracterizadas quanto ao tamanho, PdI, potencial zeta, eficiência de encapsulação e recuperação, morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e a estabilidade das mesmas. Avaliação do fator de hidratação das formulações e de promotores de permeação foi realizada. Análises dos cascos secos e hidratados com os CLN foram feitas por MEV. Estudos de liberação e permeação passiva in vitro do VOR livre e encapsulado em CLN foram realizados. O método de quantificação do fármaco mostrou-se linear na faixa de concentração de 0,4 a 40 μg/mL. O limite de quantificação foi de 400 ng/mL. Ainda, o método foi capaz de analisar o VOR sem sofrer interferência dos componentes da unha e dos CLN. Os CLN (n=3) carregados com fármaco apresentaram carga superficial positiva (em torno de +25 mV) e tamanho médio de 230 nm. Obtiveram-se carreadores com 1,75% de carga de fármaco e com eficiência de encapsulação de 74,52 (+ 2,13) %. A avaliação do fator de hidratação mostrou que a formulação com maior quantidade de Miglyol® foi capaz de hidratar mais a unha, assim como o promotor que apresentou melhor resultado foi a uréia (10%). Os CLN desenvolvidos com e sem adição de promotores se mostraram estáveis por um período de 150 dias. Os estudos de liberação in vitro demonstraram que a liberação do VOR a partir dos CLN ocorre de forma controlada a partir da matriz lipídica. Não houve diferença significativa na penetração do fármaco quando aplicado os CLN com e sem promotor, em relação ao VOR-Livre. Embora, quantidades de fármacos foram encontradas mais profundamente com uso dos CLN em ensaios de esgotamento da amostra, o que pode favorecer o tratamento de unhas acometidas pela onicomicose.

Leishmaniases is a group of diseases caused by parasites of the genus Leishmania. The estimated number of deaths from visceral leishmaniases ranges from 20,000 to 50,000 annually. The most common treatment over the past 60 years has been pentavalent antimonials. Besides the doubtful effectiveness, they present several disadvantages such as the need for parenteral administration, large doses, long treatment, severe toxicity and parasite resistance. Buparvaquone (BPQ), a drug used for veterinary treatment of theileriosis, showed promising activity against Leishmania spp. However, due to its low aqueous solubility and bioavailability, it has failed in in vivo tests. The use of nanotechnologies has the potential to overcome these drawbacks due to the following advantages: increase in drug water-solubility, increase in therapeutic efficacy and treatment toxicity reduction. Therefore, the present work aimed the development, optimization, physical-chemical evaluation and in vitro performances of nanostructured lipid carriers (NLC) for BPQ encapsulation. The NLC preparation was performed by high pressure homogenization, and surface response and factorial design were applied to formulation optimization. In vitro dissolution profiles were evaluated in phosphate buffer pH 7.4 with tween 80 0.07% w/v or sodium dodecyl sulfate 1% w/v and simulated body fluid pH 7.4. Cytotoxicity was evaluated in mouse peritoneal macrophages and leishmanicidal activity in L. infantum amastigotes. Six optimized NCL were prepared and they showed solubility improvement from 1.5- fold to 611-fold when compared with free BPQ, depending on the formulation and medium. Dissolution profiles showed the NLC formulation suitability for BPQ regarding oral administration, the release could reach 83.29% of a 4mg dose in 30 minutes for formulation of 175.1 nm, while the free drug could be dissolved only 2.89% of the same dose after 4 hours. Moreover, formulation of 230.7 nm showed 81.42% of drug release in in phosphate buffer pH 7.4 with dodecyl sulfate 1.0% w/v after 30 minutes, while BPQ did not dissolved. Cytotoxicity assay showed the safety of all formulations. The iv CC50 values were close to 500 µM, while the IC50 against amastigotes was only 456.5 nM for free BPQ. Developed NLCs showed an increase in IC50 from 2.0 to 3.1-fold when compared to free drug in the in vitro leishmanicidal evaluation. Therefore, the NLC containing BPQ are a promising alternative for the treatment of leishmaniases as oral and parenteral drug dosage forms. Additionally, they have a potential use for lymphatic targeted drug delivery, which can be an innovative approach for this neglected disease. / Leishmanioses são um grupo de doenças causadas por parasitas do gênero Leishmania. O número estimado de óbitos por leishmaniose visceral varia entre 20.000 e 50.000 por ano. O tratamento mais comum nos últimos 60 anos tem sido os antimônios pentavalentes. Além da eficácia duvidosa, eles apresentam várias desvantagens, como a necessidade de administração parenteral, altas doses, tratamento prolongado, toxicidade severa e resistência parasitária. Buparvaquona (BPQ), um fármaco usado para tratamento veterinário da teileriose, mostrou atividade promissora contra Leishmania donovani. No entanto, devido à sua baixa solubilidade e biodisponibilidade aquosa, falhou em testes in vivo. O uso das nanotecnologias tem o potencial de superar esses obstáculos devido às seguintes vantagens: aumento da solubilidade em água, aumento da eficácia terapêutica e redução da toxicidade do tratamento. Portanto, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento, otimização, avaliação físico-química e avaliação do desempenho in vitro de carreadores lipídicos nanoestruturados (NLC) para o encapsulação da BPQ. A preparação do NLC foi realizada por homogeneização de alta pressão e superfície de resposta e planejamento fatorial foram aplicados à otimização das formulações. Os perfis de dissolução in vitro foram avaliados em tampão fosfato pH 7.4 com tween 80 a 0.07% p/v ou dodecilsulfato de sódio 1.0% p/v e fluido corporal simulado pH 7.4. A citotoxicidade foi avaliada em macrófagos peritoneais de camundongos e atividade leishmanicida em amastigotas de L. infantum. Foram preparados quatro NCL otimizados e mostraram melhora da solubilidade de 1,5 a 611 vezes quando comparado com a BPQ livre, dependendo da formulação e do meio. Os perfis de dissolução mostraram a adequação da formulação NLC para BPQ em relação à administração oral. A dissolução pode atingir 83,29% de uma dose de 4.0 mg em 30 minutos para a formulação de 175,1 nm, enquanto o fármaco livre dissolveu apenas vi 2,89% da mesma dose após 4 horas. Além disso, a formulação de 230,7 nm mostrou 81,42% de liberação do fármaco em tampão fosfato pH 7.4 com dodecil sulfato de sódio 1.0% p/v após 30 minutos, enquanto o BPQ não se dissolveu. O teste de citotoxicidade mostrou a segurança de todas as formulações. Os valores CC50 foram próximos de 500 µM, enquanto o IC50 em amastigotas foi de apenas 456,5 nM para BPQ livre. Os NLC desenvolvidos mostraram um aumento no IC50 de 2,0 a 3,1 vezes quando comparado ao;fármaco livre na avaliação leishmanicida in vitro. Logo, as NLC contendo BPQ são uma alternativa promissora para o tratamento de leishmanioses como formas farmacêuticas oral e parenteral. Além disso, eles têm um uso potencial para a sítio-específico ao sistema linfático, o que pode ser uma abordagem inovadora para esta doença negligenciada.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:50:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2707_1.pdf: 2082696 bytes, checksum: 709cc87156b8fd383c4906c6546c3ab8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O avanço na tecnologia dos biomateriais e o maior acesso a essas tecnologias têm trazido grandes benefícios a milhares de pacientes no mundo. O desenvolvimento de novos sistemas carreadores de fármacos tem contribuído na melhoria da qualidade de vida no que diz respeito à sua capacidade de diminuir os efeitos colaterias das drogas e aumentando a sobrevivência dos pacientes. Para que um material funcione como carreador de fármacos é interessante que ele tenha algumas propriedades que facilitem o transporte da droga e sua liberação no organismo. O presente trabalho tem como objetivos sintetizar MOFs de zinco e cobre, caracterizá-las, avaliar sua toxicidade em sistema biológico, bem como sua capacidade de ser utilizada como carreador de fármaco antitumoral e, por último, comparar a eficácia da aplicação entre os materiais obtidos. Foram obtidos dois materiais: uma MOF, de fórmula Cu3[C6H4(COO)6]2·12H2O, e um complexo, de fórmula Cu2[C6H4(COO)6]2·8H2O. Ambos foram sintetizados por evaporação e, em seguida, caracterizados para posterior avaliação da capacidade de funcionar como carreador de fármacos. As técnicas de caracterização utilizadas foram cristalografia de monocristal, espectroscopia de infravermelho, difratometria de Raios X (pelo método de pó), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de dispersão de energia. Somente o complexo foi submetido à incorporação da droga antitumoral (5-fluorouracil) e aos ensaios biológicos de toxicidade aguda e atividade antitumoral. No ensaio de toxicidade aguda, utilizou-se camundongos albinos Swiss Mus musculus e seguiu-se o protocolo 423 da OECD. Foi obtida como valor da DL50 a dose de 500 mg/kg e, de acordo com o GHS (Globally Harmonized Classification System), o material pertence à categoria 4. Para a avaliação da atividade antitumoral utilizou-se 4 grupos experimentais: controle, padrão (5-FU), complexo Cu2[C6H4(COO)6]2·8H2O e sistema complexo 5-FU. A inibição tumoral do sistema foi de 24,08% e da droga 5-FU (grupo padrão) foi de 21,94%; no entanto, nenhum dos grupos apresentou diferença significativa com relação ao grupo controle. Esses resultados não são suficientes para descartar a possibilidade de o material ser usado como carreador de fármacos, pois ele pode ter sido metabolizado durante a passagem pelo sistema digestório; dessa forma, é necessária a realização de experimentos por outra via de administração, além do uso de outras drogas e modelos experimentais de tumores

Solanum lycocarpum é uma espécie brasileira conhecida por sua diversidade em glicoalcalóides (GA). Os GA solasonina (SS) e solamargina (SM), extraídos dos frutos desta planta, apresentaram propriedades antioxidantes e anticancerígenas atuando em diferentes mecanismos moleculares para a terapia do câncer. No entanto, a baixa solubilidade em água destas moléculas e a sua toxicidade limita a aplicação destes glicoalcalóides. Desta forma, o desenvolvimento de uma formulação nanoestruturada contendo GA pode possibilitar a sua aplicação clínica na terapia do câncer de bexiga (CB). Assim, este projeto visa o desenvolvimento e caracterização de carreadores lipídicos nanoestruturados (CLN) como sistemas de carreamento do extrato alcaloídico de S. Lycocarpum (EA), rico em GA, e avaliação da citotoxidade in vitro em células de câncer de bexiga. Os CLN foram preparadas pelo método de emulsão à quente e sonicação e otimizados utilizando um planejamento fatorial 23. No planejamento avaliou-se a influência de três variáveis independentes: tipo e quantidade de lipídio e tipo de surfactante nos fatores de resposta diâmetro e índice de polidispersão (PdI). CLNs foram caracterizadas de acordo com diâmetro médio, distribuição de tamanho e potencial zeta por espalhamento dinâmico de luz (DLS), índice de recristalização (IR) por calorimetria exploratória diferencial (DSC), porcentagem da eficiência de encapsulamento (EE%) por LC-MS/MS, avaliação morfológica por microscopia de força atômica (AFM), distribuição e concentração de nanopartículas por análise de rastreamento de nanopartículas (NTA), perfil de liberação do EA encapsulado em CLN pelo ensaio de perfil de liberação in vitro em células de Franz, e estabilidade ao longo do tempo. A citotoxidade dos glicoalcalóides foi avaliada pelo ensaio de captura do corante de vermelho neutro utilizando células de câncer de bexiga (RT4). As células foram tratadas com EA livre e encapsulado no CLN nas concentrações de 5 ?g/mL à 20 ?g/mL, assim como CLN vazia no período de 24h e 48h e foram calculadas suas respectivas concentrações inibitórias médias (IC50). O CLN desenvolvido apresentou tamanho inferior a 80 nm e potencial zeta negativo. O PdI foi inferior a 0,2 indicando uma baixa polidispersão. O CLN foi estável por 60 dias em relação ao tamanho, PdI e potencial zeta. O índice de recristalização (IR) do CLN com EA foi 47,23%, indicando uma estrutura menos cristalina do lipídio no CLN que propicia uma alta eficiência de encapsulamento de SS (86%) e SM (89,1%) e evita a expulsão dos ativos durante a estocagem. Os CLNs apresentaram-se semiesféricas como observado por AFM. A concentração de partículas, medida por NTA, foi de 9,74x 1011 partículas/mL e o diâmetro médio foi de 125 nm. Os glicoalcalóides presentes no EA encapsulado em CLN apresentam perfil de liberação in vitro sustentado após 36 h de liberação em condição \"sink\". O mecanismo de liberação dos GA foram diferentes, sendo que para o SS foi não-fickano enquanto que o SM foi fickano. O EA livre e encapsulado (CLN-EA) foi citotóxico frente células RT4, sendo que o CLN-EA foi mais citotóxico que o EA livre após 48h de tratamento. O IC50 das CLN-EA, após 24h de tratamento, foi de 15,94 ?g.mL-1 e 12,35 ?g.mL-1 após 48 h de tratamento. Esta redução no valor do IC50 está relacionada ao perfil de liberação dos glicoalcalóides SS e SM das nanopartículas. Os resultados demonstraram que a CLN desenvolvida é um sistema interessante para encapsular EA com potencial para futura terapia do câncer de bexiga / Solanum lycocarpum is a native species of the Brazilian savannah known for its diversity in glycoalkaloids (GA). The GA solasonine (SS) and solamargine (SM), extracted from the fruits of their plant, have antioxidant and antitumoral activity; acting on different molecular mechanisms interesting for cancer therapy. However, the low water solubility of these molecules and their toxicity limits their application. Thus, the development of a nanostructured formulation containing these glycoalkaloids may allow their clinical application in bladder cancer therapy (BC). Thus, this project aims at the development and characterization of nanostructured solid lipid (NLC) as carrier systems of alkaloidic extract of S. lycocarpum (AE), rich in GA, and their cytotoxic evaluation in order to obtain a nanostructured system for future intravesical therapy of bladder cancer. The NLC were prepared by the emulsion and sonication method and optimized using a factorial design 23. The influence of three independent variables was evaluated as type and amount of lipid and type of surfactant in response factors diameter and polydispersity index (PdI). NLCs were characterized according to average diameter, size distribution and zeta potential by dynamic light scattering (DLS), recrystallization index (RI) by differential scanning calorimetry (DSC), percentage of encapsulation efficiency (EE%) by LC MS/MS, morphological analysis by atomic force microscopy (AFM), distribution and concentration of nanoparticles by nanoparticle tracking analysis (NTA), the in vitro release profile of GA from NLC was done by Franz\'s cells diffusion, and stability over time by DLS. Cytotoxicity assay was evaluated by neutral red uptake assay in bladder cancer cells (RT4). Cells were treated with different concentrations of GA free and encapsulated in NLC (5-40 ?g/mL) and empty NLC for 24h, 48h and 72h. The NLC developed showed diameter smaller than 80 nm and zeta potential of -9.26 mV. The PdI was less than 0.2 indicating dispersion with low polydispersity. The NLC was stable for 60 days regarding to size, PdI and zeta potential. Recrystallization index (RI) of NLC-AE was 47.23%, indicating a less crystalline structure of the lipid in the particle, which provides high encapsulation efficiency of SS (86%) and SM (89.1%). This low RI prevents the expulsion of GA from NLC during the storage. NLCs exhibited semi-spherical form as observed by AFM. The particles concentration, measured by NTA, was 9.74 x 1011 particles/mL and the diameter was about 125 nm. The GA present in NLC-AE showed an in vitro sustained release profile after 36 h of release in a sink condition. The release mechanisms of SS and SM were different. The release mechanism of SS was non-Fickan while SM was Fickan. The AE free and NLC-AE was cytotoxic to RT4 cells, and the NLC-AE was more cytotoxic than the AE free after 48 hours of treatment. The IC50 of NLC-AE, after 24 hours of treatment, was 15.94 ?g.mL-1 and 12.35 ?g.mL-1 after 48 h of treatment. This reduction in IC50 value can be related to the release profile of the GA (SS and SM) of the nanoparticles. The results demonstrate that NLC developed is an interesting system to encapsulate AE with potential for future therapy of bladder cancer