Acid induced step-growth polymerizations of bis(p-methoxybenzyl) carbonate (pMBC), bis(m-methoxybenzyl) carbonate (mMBC) and difurfuryl carbonate (DFC) have been performed to produce resin-foams, because controlled release of carbon dioxide takes place during polymerization of those organic carbonates. The monomers are polymerized in bulk using p-toluene sulfonic acid (pTS) as a catalyst. The volume development of the foams is assisted by use of an appropriate surfactant and the crosslinking agent 1,3,5-trioxane as co-components. A portion of carbon dioxide release is a function of the carbenium stability of the reactive intermediate derived from the monomer; DFC > pMBC ≫ mMBC. Resins derived from mMBC can be post-treated to release carbon dioxide after polymerization. The molecular structures of the resulting materials are investigated by solid state 13C-NMR spectroscopy and IR spectroscopy. Scanning electron microscopy was used to study foam morphology. The carbon dioxide release was monitored with TG-MS analysis. Finally, the polymer foams have been converted into carbon foams and investigated by means of mercury porosimetry. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Le développement de la thérapie génique dépend des systèmes utilisés pour le transport de gènes vers les cellules eucaryotes. Les systèmes à base de virus sont les plus efficaces. Cependant, il est urgent de trouver une alternative à de tels systèmes viraux pathogènes et oncogènes. Les polymères cationiques sont des vecteurs synthétiques prometteurs ; toutefois, une question cruciale reste en suspens : quelle structure de polymère cationique visée pour une efficacité de transfection élevée et une faible cytotoxicité ? Face à ce questionnement scientifique, de nouveaux polymères cationiques offrant une grande flexibilité en termes de structure et de fonctionnalité sont développés dans cette thèse. Les différents paramètres structuraux pertinents étudiés sont : (i) des entités amines primaire et tertiaire pH-sensibles pour la complexation de l'ADN et pour la libération des polyplexes ADN/polymère, (ii) un groupe alcyne destiné à l’ancragepar chimie click de ligands capables de viser des récepteurs spécifiques de membrane cellulaire pour une reconnaissance efficace des cellules, (iii) des entités polyacrylates à « charge modulable » pour libérer l'ADN et diminuer la cytotoxicité du polymère et (iv) un poly (oxyde d'éthylène) (PEGylation) pour une meilleure stabilité en milieu physiologique et une meilleure biocompatibilté. / The clinical success of gene therapy is really dependent on the development of new efficient gene transfer systems. Viral-based gene transfer systems are remarkably efficient in transfecting body cells. However, viral-based systems raised some concerns in terms of immunogenicity, pathogenicity, and oncogenicity. Cationic polymers are promising candidates as they show low host immunogenicity, are cheaper and easier to produce in a large scale than viral ones. However, a crucial question is still pending: which cationic polymer structures and functionalities give the highest transfection efficiency and the lowest cytotoxicity? In dealing with this scientific issue, new cationic polymers with key structural parameters and functionalities were developped during this PhD thesis. The key structural features studied are : (i) pH sensitive primary and tertiary amine entities for DNA complexation and to ensure the endosomal escape, (ii) an alkyne group to attach ligands capable to target specific cell membrane receptors for an efficient cell recognition and receptor-mediated cellularuptake, (iii) “charge-shifting” amino-based polyacrylates for DNA release and to decrease cytotoxicity and (iv) PEG chains (PEGylation) to achieve high stability, longer circulation in physiological conditions and a better biocompatibility. The synthesis of such multi-structural cationic polymers has been achieved through the combination of RAFT polymerization and thiol-yne click coupling reaction. The structure/complexation and the structure/cells viability relationships have been investigated during this work.

Este trabalho avaliou o desempenho de uma unidade piloto de floto-filtração, que utilizou polímeros associados ao cloreto férrico no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio de leito expansível (RALEx), tratando esgoto sanitário. Preliminarmente, testaram-se em ensaios de flotação por ar dissolvido em escala de bancada (flotateste), baixas dosagens de polímero sintético catiônico de alto peso molecular como auxiliar de flotação. As dosagens de coagulante deram-se na relação de mg Fe/L por unidade de turbidez (NTU) do RALEx (Fe/turbidez) e variou de 0,08 a 0,18 nos ensaios de bancada. As dosagens fixas de polímero, associadas ao cloreto férrico ocorreram entre 0,1 e 0,4 mg/L. As variáveis operacionais dos ensaios de flotateste e de floto-filtração em escala piloto utilizadas foram: gradiente de floculação de 90/s, tempo de floculação de 18 min, recirculação de 15%, pressão de saturação na câmara com 450±10 kPa e taxa de aplicação superficial igual a 300 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d. Para os ensaios piloto de floto-filtração foi utilizado leito filtrante de areia, com tamanho efetivo de 0,8 mm e profundidade igual a 1,10 m. Dentre os ensaios piloto de floto-filtração realizados, foram obtidos os melhores resultados ao utilizar dosagens variáveis de cloreto férrico respeitando a relação de 0,15 mg Fe/L para cada unidade de turbidez (Fe/turbidez), associado a dosagens fixas de 0,4 mg/L de polímero, produzindo efluente final com SST < 2 mg/L. Para as condições da presente pesquisa, o polímero que propiciou em flotateste efluente com turbidez mais baixa, tem como características: catiônico, alto peso molecular e altíssima densidade de carga. Foi verificado nos ensaios piloto com dosagens de polímero entre 0,4 e 1,2 mg/L um teor de sólidos totais > 3% no lodo flotado. / This work assessed the performance of domestic sewage treatment pilot unit consisting of anaerobic reactor followed dissolved-air flotation/filtration (DAFF). Associated ferric chloride was used polyelectrolytes. First, was tested in lab-scale dissolved-air flotation (LSDAF), low dosages of cationic synthetic polymer with high molecular weight as aiding of flotation. Coagulant dosages was given in mg Fe/L by unit of turbidity (NTU) of RALEx and it varied from 0,08 to 0,16 in LSDAF. The fixed dosages of polymer associated to the ferric chloride happened between 0,1 and 0,4 mg/L.The variables operational of the LSDAF and DAFF were: velocity gradient (90/s), flocculation time (18 min), recirculation rate (15%), air requirements (12 g air/\'M POT.3\'), saturation pressure (450±10 kPa) and surface load (300 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d). In pilot unit DAFF, of bed filter of sand was used, with effective size of 0,8 mm and depth the same to 1,10 m. Best results were achieved with 0,15 mg Fe/L per turbidity associated to 0,4 mg/L of polyelectrolytes, producing final effluent with TSS < 2 mg/L. For the conditions of this research, provide that the polyelectrolyte in LSDAF, effluent with lower turbidity, is characterized: cationic, high molecular weight and high load density. It was verified in the pilot essays with dosages of polymer between 0,4 and 1,2 mg/L thickening sludge > 3%.

Foram sintetizadas duas novas classes de porfirinas aquosolúveis pela quaternização dos resíduos piridínicos da TPyP empregando halelos de benzila e alila. Os produtos dessas reações de quaternização TBzPyP e TAlPyP. são mais facilmenle obtidos que a TMPyP, exingindo menores tempos de reação e menores quantidades de agente alquilante para que a quaternização total da TPyP seja efetuada. Esse procedimento surge como uma rota alternativa para a obtenção de porfirinas aquosolúvei s e vale-se da alta estabilidade dos cátions benzílicos e alílicos. Os respectivos complexos de zinco e paládio foram obtidos da reação de quaternização de ZnTPyP e PdTPyP ou por reações de metalação de TBzPyP e TAlPyP. As bases livres e os metalocomplexos foram estudados quanto às suas propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e fotoquímicas. Os novos derivados apresentam deslocamentos batocrômicos das posições dos máximos de absorção e emissão se comparados com a série metil-piridil substituída, indicando a existência de efeitos eletrônicos e vibracionais dos substituintes sobre o sistema &#928; do macrociclo. Os dados espectroscópicos mostram evidências de que as bases livres encontram-se em solução aquosa no estado agregado, provavelmenle formando dímeros em concentrações superiores a cerca de 6.0 x 10-7 M. A presença de detergentes aniônicos altera significamente tanto a posição dos máximos de absorção como de emissão mostrando que além dos aspectos eletrostáticos fatores hidrofôbicos-hidrofílicos fazem-se presentes na interação de surfactantes com os derivados porfirínicos. C comportamento eletroquímico dos derivados benzílicos e alílicos também é diferenciado com relação aos derivados metílicos, sendo observadas maiores separações entre os picos anódico e catódico. Estas diferenças devem-se, provavelmente ao maior caráter hidrofóbico destes derivados, que originam interações específicas nos processos eletródicos. Os tempos de vida do estado excitado triplete das zinco porfirinas, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP foram medidos utilizando-se a técnica de flash-photolysis, sendo que todas apresentam tempos de vida da ordem de 1 ms. A fim de estudar reações de transferência de elétrons fotoinduzidas entre os novos derivados porfirínicos e aceptores adequados em sistemas de clivagem da água (p. ex. metilviologênio), catalisadores coloidais de platina foram preparados pela redução de Pt(IV) ou Pt(II) a Pt(O), e as dimensões do colóide foram estimadas por microscopia eletrônica, sendo obtidas partículas coloidais de 30-40 &#197;. A concentração de platina foi determinada por emissão atômica, ou por complexiometria. Estudou-se a interação de porfirinas e metaloporfirinas com o polímero sintético da melanina, utilizando-se a técnica de emissão de fluorescência. Verificou-se que a presença de metais coordenados à porfirina assim como a presença de grupos com maior caráter hidrofôbico acentuam a interação implicando em maior especificidade destes derivados, característica essa apropriada para a utilização destas moléculas em terapia fotodinâmica. Foi determinada a CMC em pH = 1,00 de um derivado porfirínico surfactante, sendo que a partir de 1,0 x 10-4 M ocorre a micelização. Este é o primeiro exemplo de auto-agregação de uma porfirina sintética em um meio onde não participam solventes orgânicos. / In the present work two new classes of water soluble porphyrins were prepared by the quaternization of the TPyP pyridynic groups employng benzyl and allyl halides. The products of these quaternization reactions, TBzPyP and TAlPyP, are easier to obtain than TMPyP because they require smaller amounts of alkylating agents and a less period of reaction to achive the pyridinic quaternization. This method is an alternative route in obtaining water soluble porphyrins and is based on the high stability of the benzylic and allylic cation. The corresponding zinc and palladium complexes were obtanained by quaternization reactions of ZnTPyP and PdTPyP or by metallation reactions of TBzPyP and TAlPyP. The free bases and metallocomplexes studies were carried out taking to account their spectroscopic electrochemical and photochemical properties. The new derivatives exhibit bathocromic shifts in the absorption and emission position bands when compared with the methyl-pyridynium derivatives these data indicate the existence of elect.ronic and vibrational effects of the substituents on the macrociclic &#928; system. The espectroscopic data show evidences that the free bases are like aggregates in aqueous solution, probably forming dimers in the concentration range of 5,0 x 10-7 M. The presence of anionic detergents alter deeply the spectroscopic properties, showing that hidrophobic-hidrophylic factors in addition of eletrostatic factors are present, in the interaction of the surfactant with the porphyrinic derivatives. The electrochemical behavior of the benzylic and allylic derivatives are different when compared with the methylic derivatives, were it was observed greater separation between the anodic and cathodic peaks. The observed differences are probably due to specific interactions of the more hidrophobic derivatives in eletrode processes. The triplet excited state lifetimes of the zinc derivatives, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP mesured employng f\'lash-photolysis thecnics were c.a. 1 ms. The synthesis of coloidal platinum catalyst was achived by slight modification of the literature methods, and the size of the majority particules determined by electron microscopy are around 30-40 A. The int.eract.ion between porphyrins and metalloporphyrins wilh the synthetic melanin polymer was studied employng fluorescence emisson. The presence of coordinate metals and the presence of more hidrophobic groups attached at the porphyrin ring originate greater specificity by the polymer, which make them possible photosensitizers in photodynamic therapy. It was also determined the CMC of a surfactant funtionalyzed zinc porphyrin in aqueous medium at. pH = 1,00. This derivative form micellar assemblies at 1,0 x 10-4 M, and is the first example of self aggregation of a synthetic porphyrin in a non-organic medium.

Nesta tese serão discutidos alguns aspectos químicos, fotoquímicos e fotofísicos importantes no desenvolvimento de fotossensibilizadores para aplicação em terapia fotodinâmica (TFD). Os estudos abrangeram a investigação de 29 espécies, sendo que 20 delas continham um anel porfirínico convencional e 9 eram porfirinas duplamente N-confusas. As primeiras foram sintetizadas para apresentarem diferentes números e tipos de substituintes catiônicos coordenados à posição meso do anel porfirínico, mais especificamente as meso(N-4-piridil)fenilporfirinas e as meso(N-3-piridil)fenilporfirinas contendo um, dois (em trans), dois (em cis), três e quatro grupos [Ru(bipy)2Cl]+ ou CH3+ (figura 1). Em contraste com as porfirinas convencionais. as outras 9 estruturas consistiram das formas protonadas, neutras e desprotonadas de porfirinas que exibem dois anéis pirrólicos adjacentes voltados para fora do anel porfirínico, mais especificamente a base livre (H2N2CP) e os respectivos complexos de prata (AgHN2CP) e de cobre (CuHN2CP). Esta peculiaridade estrutural permite coordenar metais de transição por meio de dois átomos de carbono e dois de nitrogênio, estabilizando fortemente íons metálicos em estados de oxidação anormalmente elevados como Ag3+ e Cu3+. Os dois nitrogênios pirrólicos externos ao anel são susceptíveis tanto a protonação quanto a desprotonação, possibilitando a modulação das propriedades eletrônicas desses compostos por simples alteração no pH do meio. De um modo geral, a acidificação das amostras perturbou mais significativamente suas propriedades fotoquímicas que a desprotonação. Em especial, as espécies neutras metaladas apresentaram bandas bastante intensas na região fototerapêutica de 600 a 750 nm, além de um elevado rendimento quântico de formação de oxigênio singlete (&#934;&#916; &#62; 0,90 para o complexo Ag(III)). Todavia, um processo de fotodecomposição atribuído ao ataque do 1O2 formado, também foi observado. Ambos os processos, &#934;&#916; e fotodecomposição, parecem ser modulados pelo metal coordenado no centro do anel. Tanto a coordenação de Ag(lII) como Cu(lII) aumentou o &#934;&#916;, provavelmente devido ao efeito do metal pesado sobre o cruzamento interssistema. Todavia, verificou-se que o derivado AgHN2CP é muito menos reativo que o CuHN2CP e a base livre. Os motivos deste comportamento ainda não são completamente compreendidos, mas é evidente que o complexo de Ag(lII) apresenta melhores propriedades fotodinâmicas que as demais. Em comparação com as porfirinas duplamente N-confusas, as demais 20 porfirinas catiônicas são muito mais solúveis em água. Neste caso, o enfoque dos experimentos foi direcionado às aplicações biológicas propriamente ditas. Assim, além das propriedades fotofísicas associadas à formação de oxigênio singlete (1O2), também foram exploradas a influência do número dos substituintes periféricos sobre a ligação e danos fotooxidativos provocados em eritrócitos, lipossomos, mitocôndrias e células cancerígenas. Os resultados de &#934;&#916; mostraram ser inversamente proporcionais ao número de cargas positivas, para as porfirínas contendo grupos N-4metilpiridíniom. Estas diferenças foram consistentes com os efeitos de agregação, causados pela formação de dímeros ou oligômeros, no caso das espécies mais hidrofóbicas. Os coeficientes de partição em n-octanol/água (logPOA) corroboraram estes resultados, apresentando uma dependência inversamente proporcional ao número de cargas positivas ou proporcional ao número de resíduos fenila. As eficiências de ligação à bicamada lipídica mitocondrial, lipossomal e celular e os processos de peroxidação lipídica fotoinduzidos mostraram uma dependência proporcional aos valores de logPOA, exceto para as porfirinas contendo complexos de rutênio. O comportamento não linear neste último caso pode estar associada a dissociação da ligação rutênio-porfirina, devido a elevada força iônica das soluções fisiológicas utilizadas. Neste caso, a descoordenação dos complexos periféricos deve promover uma drástica diminuição da solubilidade do composto. Por este motivo os experimentos foram conduzidos somente com as espécies metiladas. No caso, de mitocôndrias isoladas verificou-se que a interação também apresenta uma razoável participação do potencial de membrana. De fato, quando a mitocôodria estava energizada foi observado um acréscimo de 15% no acúmulo da 3P2cMe em comparação com à mitocôndria desacoplada. Para as demais porfirinas houve um menor acúmulo com o aumento do número de resíduos N-3-metilpirídínio. Em todos os experimentos, um comportamento diferenciado foi observado no caso dos isômeros dicatiônicos. A espécie com cargas dispostas nas posições cis (3P2cMe) apresentou praticamente o dobro de eficiência que o correspondente isômero trans (3P2tMe). Este comportamento parece consistente com uma maior penetração da primeira espécie na bicamada lipídica, proporcionado pelo caráter antipático de sua estrutura química. Os resultados apresentados neste estudo mostraram que estas séries de meso-porfirinas catiônicas constituem sistemas bastante interessantes para a compreensão dos efeitos estruturais envolvidos na ação fotodinâmica dos compostos sobre membranas lipídicas, devido à possibilidade de modulação da relação hidrofilicidade/lipofilicidade, sem alterar significativamente a eficiência na formação de 1O2. Além disso, a disposição espacial das cargas positivas na estrutura do fotossensibilizador demonstrou ser extremamente crítica no processo de ancoragem do mesmo na membrana celular ou mitocondrial e consequentemente em causar efeitos fotooxidativos mais eficientemente. As porfirinas contendo grupos 3-metilpiridínio apresentam vantagens sobre as 4-metilpiridínio, normalmente estudas, por serem mais hidrofílicas, terem menor tendência de agregação e possuírem similar atividade fotodinâmica. Em especial, a estrutura anfipática da 3P2cMe associada a sua elevada formação de 1O2 e estabilidade lhe conferem uma interessante potencialidade como agente fototerapêutico. / In this thesis the chemical, photochemical and photophysical relevant aspects for the development of new photosensitizers for photodynamic therapy applications are discussed. 20 conventional porphyrins species and 9 doubly Nconfused porphyrins species were investigated. The first series contains variable number (1 to 4) of cationic groups, [Ru(bipy)2CI]+ or CH3+ (figure 1), bound to the meta or para-pyridil N-atoms of meso-phenylpyridylporphyrins. On the other hand, the protonated, neutral and deprotonated doubly N-confused porphyrins possess two rotated adjacent pyrrol rings, such that they have two coordinating camon atoms. Consequently, transition metal ions in unusually high oxidation states such as Ag(lII) and Cu(lII) can be stabilized by this structure, while the outer pyrrol N-atoms are susceptible to protonation and deprotonation reactions, allowing the modulation of their electronic properties simply by controlling the pH of the solution. In general, the protonation perturbed more significantly the photochemical properties than the deprotonation. The neutral species exhibit intense absorption bands in the phototherapeutical range (600 to 750 nm), associated with a high singlet oxygen sensitization quantum yield (&#934;&#916;&#62; 0,90 for the Ag(lII) complex). Furthermore, a photodecomposition process due to the reaction with 1O2 was also identified. Both &#934;&#916; and photodecomposition are influenced by the metal ion coordinated to the doubly N-confused porphyrin ring. The coordination of Ag(lIl) and Cu(lII) increased &#934;&#916;, probably due to the enhancement of intersystem crossing quantum yield associated with the heavy atom effects. However, AgHN2CP is much more stable than CuHN2CP or the free-base, but the reasons are not clear and should be further investigated. The above results clearly evidence the superior properties of the Ag(lIl) complex as photosensitizer for PDT applications. The 20 cationic pyridylporphyrin derivatives are much soluble in water and experiments directed to biological applications could be carried out. Accordingly, in addition to the quantum yield for singlet oxygen generation(1O2), the effect of the stereochemistry and number and position of the electrically charged substituents on the binding constants and photooxidative damage on erythrocytes, lipossomes, mitochondria and HeLa cells were evaluated. The &#934;&#916; values were constant in the case of the N-3-methylpyridinium derivatives but inversely proportional to the number of positive charges for the N-4-methylpyridinium derivatives. This was assigned to an increase of aggregation of the sensitizers as the number of meso-phenyl rings and the lipophylicity increase. The partition coefficients in n-octanol/water (logPOA) corroborate that assertion showing a linear correlation with increasing of the number of phenyl groups. The binding efficiency towards the mitochondrial, lipossomal and cellular membrane and the photo-induced lipidic peroxidation processes were directly proportional to the logPOA, except for the ruthenated porphyrins. This last behavior may be associated with the dissociation reactions of the rutheniumpyridylporphyrin bond in the physiologic solution. Accordingly, those experiments were carried out only with the methylpyridynium derivatives. For the first time, we showed inequivocally that the interaction of the methyllated porphyrins with mitochondria are significantly influenced by the membrane potential. In fact, when the mitochondria was energized a 15% increase was observed in the binding constants of 3P2cMe in comparison with teh results with decoupled mitochondria. Also, the amount of bond porphyrin sensitizer decreased as the number of methylpyridynium groups was increased, following the same tendency as above. The behavior of the cis (3P2cMe) and trans (3P2tMe) isomers didn\'t follow the general tendency for the other derivatives in a series, such that the binding constants of the cis isomers were always about twice higher than for the trans, which were much higher than predicted by the general behavior. This means that they can associate more strongly and penetrate deeper in the membrane than the more charged porphyrin derivatives. In particular, the cis species is amphiphilic, i.e. possess an adequate structure for that interaction. The results presented in this thesis showed conclusively that the two series of meso-phenylpyridylporphyrins are adequate for the investigation of the effect of the stereochemistry on the bonding ability and photodynamic properties of those photosensitizers. This is particularly true due to the possibility of modulating the ratio between hydrophobicitylhydrophylicity and the stereochemistry without influencing significantly the quantum yield for 1O2 generation. The meta- series showed an advantage over the conventionally used para- series of methylpyridynium porphyrins because it is more soluble and shows lesser tendency to aggregate. In condusion, the amphiphilic 3P2cMe is the species with the highest potentiallity as por sensitizer because of its high binding constants, low tendency to associate and high &#934;&#916;.

O microbioma intestinal tem sido associado à sepse, causada por infecção, apresentando respostas imunológicas exacerbadas. O peptídeo antimicrobiano CRAMP atua na imunidade inata com característica ambígua, ora pró-inflamatória ora anti-inflamatória. Nesse estudo, a sepse foi induzida por modelo de ligadura e punção cecal (CLP) e, através de RT-qPCR, o DNA de amostras fecais de camundongos selvagens e deficientes em CRAMP foi analisado. A expressão de Alfa-defensina 5 e Beta-defensina 1 foi investigada em RT-qPCR. Técnicas de imunofluorescência, Elisa e Milliplex, foram utilizadas na quantificação de citocinas - IL-1Beta, IL-6, IL-10, MCP-1 e TNF-Alfa -, e Alfa-defensina 7 e Beta-defensina 1. Os resultados mostraram a intensificação da resposta imune, diante da sepse, com alterações pró-inflamatórias de IL-1Beta, IL-6, MCP-1 e TNF-Alfa e anti-inflamatória de IL-10. A Beta-defensina 1 teve expressão aumentada, enquanto a produção foi mantida ou reduzida nos tecidos, após CLP. A liberação de Alfa-defensina 7 foi ampliada no pulmão de animais selvagens durante a sepse, enquanto a expressão de Alfa-defensina 5 foi reduzida no íleo e cólon. A relação entre o microbioma intestinal e a sepse evidenciou-se com o crescimento da espécie Escherichia coli, enquanto o CRAMP apresentou associação com a espécie Bacteroides vulgatus. Novos estudos permitiram mais conhecimento sobre a interação entre sepse e microbioma intestinal, potencializando o uso de biomarcadores e nova terapêutica na recuperação intestinal, tal como transplante microbiológico fecal / The intestinal microbiome has been associated with sepsis, caused by infection, presenting exacerbated immune responses. The antimicrobial peptide CRAMP acts on innate immunity with ambiguous features, pro-inflammatory and anti-inflammatory. In this study, sepsis was induced by cecal ligation and puncture (CLP) model and, through RT-qPCR, the DNA of fecal samples from wild type and CRAMP-deficient mice was analyzed. Expression of Alpha-defensin 5 and Beta-defensin 1 was investigated in RT-qPCR. Immunofluorescence techniques, Elisa and Milliplex, were used to quantify cytokines - IL-1Beta, IL-6, IL-10, MCP-1 and TNF-Alpha -, and Alpha-defensin 7 and Beta-defensin 1. The results showed the enhancement of the immune response to sepsis with proinflammatory alterations of IL-1Beta, IL-6, MCP-1 and TNF-Alpha and anti-inflammatory IL-10. CRAMP and Beta-defensin 1 peptides had increased expression, while production was maintained or reduced in tissues after CLP. The release of Alpha-defensin 7 was amplified in the lungs of wild type animals during sepsis, while expression of Alpha-defensin 5 was reduced in the ileum and colon. The relationship between the intestinal microbiome and sepsis was evidenced by the growth of Escherichia coli, while CRAMP was associated with Bacteroides vulgatus. New studies have allowed more knowledge about the interaction between sepsis and intestinal microbiome, potentializing the use of biomarkers and new therapy in intestinal recovery, such as fecal microbiological transplantation

Duas séries homólogas de tensoativos foram sintetizadas, os cloretos de benzil-(3-acilaminopropil)dimetilamônio, RCONH(CH'ind.2')3N'pot.+'(CH'ind.3')]pot.2'CH'pot.2'C'pot.6'H'pot.5'Cl'pot.-'e (3-acilaminopropil)trimetilamônio, RCONH[(CH'pot.2')]'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'pot.3'Cl'ind. -' , onde RCO = C'ind.10' a C'ind.16'. A síntese foi realizada a partir de precursor comum, RCONH(CH'ind.2')'pot.3'N'(CH'ind.3')ind.2', sendo a quaternização feita pela reação com cloreto de benzila e iodeto de metila (seguido de troca iônica), respectivamente. Investigou-se a adsorção na interface solução/ar, a micelização e a estrutura dos agregados formados. Os resultados foram comparados com os de tensoativos catiônicos. Algumas das propriedades micelares das séries estudadas (ex: concentrações micelares críticas, graus de dissociação, números de agregação) tem valores na mesma faixa de grandeza dos outros tensoativos catiônicos com o mesmo tamanho de cadeia hidrofóbica. Outras, por exemplo, a energias livres de Gibbs de adsorção e micelização são diferentes (mais favoráveis). Os resultados apontam para o fato de que o grupo 3-amidopropila, [-CO-NH-CH'ind.2'-CH'ind.2'-CH'ind.2'-], quando inserido na molécula do tensoativo, acaba constituindo parte do seu grupo hidrofílico e facilita a micelização do mesmo. A polaridade microscópica da água interfacial foi determinada usando sondas solvatocrômicas e mostra que a água interfacial é menos polar que água 'bulk'. / The following surfactants have been synthesized: benzyl-(3-acyl-aminopropyl)dimethylammonium chloride, RCONH(CH'ind.2')'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'ind.2'CH'ind.2'C'ind.6'H'ind.5' Cl'pot.-' and (3-acylaminopropyl) trimethylammonium chloride, RCONH(CH'ind.2')'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'ind.3' Cl'ind.-', where RCO = C'ind.10' to C'ind.16'. The two series have been synthesized from the precursor RCONH(CH2)3N(CH3)2, by quaternization with benzyl chloride, and/or methyl iodide (followed by ion exchange), respectively. Adsorption at solution/air interface and micellization in aqueous solution has been studied, and the results compared with those of other cationic surfactants. Some properties, e.g., critical micelle concentrations, degrees of micelle dissociation, and aggregation numbers are similar to those of other cationic surfactants of equivalent hydrophobic chain length. The Gibbs free energies of adsorption at solution/air interface, and of micellization are, however, more favorable. The group [-CO-NH-CH'ind.2'-CH'ind.2'-CH'ind.2'-] is a part of the interface, and lead to favorable micellization. The microscopic polarity of interfacial water has been measured by appropriate solvatochromic probes, and is less than that of bulk water.

Ce travail de thèse est consacré à l’étude des propriétés magnéto-optiques de nanoparticules (NP) magnétiques de ferrite de cobalt (CoFe2O4) sous forme liquide et lorsqu’elles sont bloquées dans une matrice de silice produite par voie sol-gel. Cette dernière dispersion constitue un matériau composite à activité magnéto-optique obtenu par un procédé basse température qui le rend totalement compatible avec les technologies d’intégration. A plus long terme, ce matériau pourra contribuer à l’intégration de composants non-réciproques. L’objectif de ce travail est d’une part l’identification du type de NP qui maximise la rotation Faraday et le facteur de mérite (rapport de la rotation Faraday à l’absorption) dans le but d’améliorer la qualité magnéto-optique du matériau composite. Et d’autre part, il s’agit d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques liés aux effets magnéto-optiques de ces nanoparticules et le lien avec leurs caractéristiques physiques. L’étude est menée sur des NP magnétiques synthétisées et dispersées en phase aqueuse au laboratoire PHENIX (UMR CNRS 8234). Les mesures optiques et magnéto-optiques réalisées au laboratoire Hubert Curien (UMR CNRS 5516) ont été complétées par des mesures magnétiques XMCD au synchrotron SOLEIL. L’étude des différentes nanoparticules magnétiques a révélé que l’utilisation d’une petite taille de NP permet de multiplier par deux le facteur de mérite du matériau pour une longueur d’onde de 1,5 µm, soit une division par deux des pertes pour les composants magnéto-optiques visés. L’analyse du comportement spectral de l’effet Faraday illustre l’influence de la distribution cationique des ions Co2+ et Fe3+ dans la structure cristalline. Couplée aux mesures XMCD, l’analyse montre le besoin d’une localisation de l’ion Co2+ en site tétraédrique dans la structure spinelle pour maximiser l’effet Faraday à 1,5µm, et obtenir une anisotropie uniaxe qui permette une pré-orientation aisée des NP lors de la gélification / This work is dedicated to the study of the magneto-optical properties of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles (NP) dispersed in liquid as ferrofluid, or blocked in a solid silica matrix realized with a sol-gel method. This last dispersion is a magneto-optical composite material, obtained with a low temperature process which insures its compatibility with photonic integration technologies, to produce, in the future, integrated non-reciprocal devices. The aim of the study is, on one hand, to identify which kind of NP can improve the Faraday effect and the merit factor (ratio between the Faraday effect and the absorption) of the composite material. On the other hand, the aim is to give a better understanding of the link between the magneto-optical properties and the physical characteristics of the NP. The study has been led on NP synthetized and dispersed as ferrofluid in PHENIX laboratory (UMR CNRS 8234). Optical and magneto-optical measurements were made in Hubert Curien laboratory (UMR CNRS 5516) and completed by XMCD analysis in Synchroton SOLEIL. Results show that it is necessary to use a small size of NP (5 nm) to maximize the merit factor at a wavelength of 1,5 µm. The spectral analysis of the Faraday effect shows the influence of the cationic distribution of Co2+ et Fe3+ in the spinelle structure. Coupled to XMCD results, this analysis shows that it is necessary to maximize the quantity of Co2+ in tetraedric sites to maximize the Faraday effect at 1,5 µm and to obtain an uniaxial anisotropy which allows to orientate the NP during the gelification of the sol-gel matrix

Les organismes vivants produisent des peptides antimicrobiens (PAMs) pour se protéger contre les microbes. La résistance croissante aux antibiotiques nécessite le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et les PAMs sont des candidats prometteurs pour résoudre ce problème. Ils possèdent une activité à large spectre et leur principal mécanisme d'action par perméation de la membrane engendre peu de phénomènes de résistance. Néanmoins, leur faible biodisponibilité empêche leur utilisation. Certaines limitations peuvent être surmontées en développant des mîmes de PAMs qui conservent leur activité mais avec un potentiel thérapeutique accru. Les peptoïdes (oligomères de N-alkylglycine) structurés en hélice cationique amphiphile sont de bons mimes de PAMs. Les peptoïdes sont plus flexibles que les peptides en raison de l'isomérie cis/trans des amides N,N-disubstitués ; cependant la conformation des amides peut être contrôlée par un choix judicieux des chaînes latérales. Le but de cette thèse est d'étudier l'influence de chaînes latérales(hydrophobes ou cationiques) bloquant la conformation des amides en cis et induisant une structure hélicoïdale de type PolyProline I (PPI) robuste, sur l’activité antibactérienne et la sélectivité de peptoïdes. La conception, la synthèse et l’étude conformationnelle de nouveaux oligomères peptoïdes cationiques portant des chaînes latérales de type tert-butyle et/ou triazolium ont été réalisées. Dans un premier temps, la synthèse en solution d'oligomères à base de tert-butyle a été développée puis une stratégie de synthèse en phase solide a été mise en place pour accéder aux oligomères à base de 1,2,3-triazolium. Ensuite, ces nouveaux oligomères ont été évalués pour leur activité vis à vis d’un panel de bactéries Gram-positive et Gram-négative, leur l'activité antibiofilm et leur sélectivité cellulaire. Enfin, pour visualiser les effets des peptoïdes amphiphiles sur les bactéries, une étude de microscopie a été réalisée. / Living organisms produce antimicrobial peptides (AMPs) to protect themselves against microbes.The growing problem of antimicrobial resistance calls for new therapeutic strategies and the natural AMPs have shown ground-breaking potential to address that issue. They show broad-spectrum activity and their main mechanism of action by bacterial cell membrane disruption implies low emergence of resistance which makes them potent candidates for replacing conventional antibiotics. Nevertheless, few hurdles are impeding their use, notably poor bioavailability profile. Some of these limitations can be overcome by developing peptidomimetics of AMPs which exhibit antibacterial activities together with enhanced therapeutic potential. Peptoids (i.e. N-alkyl glycine oligomers) adopting cationic amphipathic helical structures are mostly competent AMP mimetics. From a conformational point of view, peptoids are fundamentally more flexible than peptides primarily due to the cis/trans isomerism of N,N-disubstituted amides but studies in this area have shown that cis amide conformation can be controlled by careful choice of side-chain to set a PolyProline I-type helical structure of peptoids. In this thesis, the genesis of novel amphipathic cationic peptoids carrying cis-directing tert-butyl and/or triazolium-type side-chains and their untapped potential to act against bacteria will be discussed comprehensively. First, the solutionphase synthesis of tert-butyl-based oligomers was developed. Second, novel method of solid-phase submonomer synthesis was optimised to access 1,2,3-triazolium-based oligomers. Then, the synthesised cationic oligomers were evaluated for their antibacterial potential, followed by antibiofilm activity and cell selectivity assays. In the end, to have insights on the mode of action of amphipathic peptoids, microscopy was carried out.

Orientador: José Roberto Ruggiero / Banca: Pedro Geraldo Pascutti / Banca: José Maria Pires / Banca: Alexandre Suman de Araújo / Banca: Sabrina Thais Broggio Costa / Resumo: Peptídeos antimicrobianos são moléculas biologicamente ativas que, geralmente, tem as membranas fosfolipídicas como alvo primário. Resultados de diferentes técnicas experimentais têm sugerido que esses peptídeos permeabilizam as membranas pela formação de poros. Parte dos peptídeos caracterizados apresentam especificidade de disrupção para membranas de bactérias, em detrimento das membranas dos hospedeiros. Essa característica tem atraído a atenção da comunidade científica internacional, porque indica que estas moléculas podem ser modelos para o desenvolvimento de novos antibióticos, portanto o entendimento do mecanismo de ação, ou seja, do mecanismo de formação de poro, tem extrema importância. Simulações por Dinâmica Molecular foram produzidas para investigarmos o impacto que peptídeos antimicrobianos da família Mastoparano tem sobre membranas lipídicas modelo. Dois cenários foram explorados: (i) de baixa concentração peptídeo/lipídeo, P/L=1/128, que consistia de simulações fine-grained das interações de um peptídeo com uma bicamada pura de 128 lipídeos aniônicos (POPG) ou zwiteriônicos (POPC); (ii) de alta concentração, P/L=1/21, que abordava as interações de seis peptídeos com uma bicamada mista de 128 lipídeos POPC/POPG (1/1) usando uma modelagem coarse-grained. Tomando o peptídeo MP1 como caso paradigmático, verificamos que em baixo P/L é possível sugerir que sua característica seletiva surge da capacidade de coordenar e perturbar maior número de lipídeos em membrana aniônica comparada à neutra. Essa capacidade fica acentuada nas simulações com membrana mista, onde a atração dos lipídeos aniônicos pelos peptídeos catiônicos guiou a separação local e a formação de domínios de lipídeos aniônicos, o que facilitou o afinamento local da membrana e a formação de poro transmembrânico. Esses achados ajudam a explicar como peptídeos / Abstract: Antimicrobial peptides are biologically active molecules that, usually, have the phospholipid membranes as a primary target. Results from different experimental techniques have suggested these peptides permeabilize membranes by the pore formation. Part of the characterized peptides have specificity of disruption for bacterial membranes, instead of host membrane. This feature has attracted the attention of the international scientific community, because it indicates that these molecules can be models for the development of novel antibiotics, so understanding the mechanism of action, ie, the mechanism of pore formation, is extremely important. Molecular dynamics simulations were performed to investigate the impact of antimicrobial peptides from the Mastoparano family have on model lipid membranes. Two scenarios were explored: (i) of low peptide/lipid concentration, P/L=1/128, which consisted of fine-grained simulations of the interactions of a peptide with a pure bilayer of 128 anionic (POPG) or zwitterionic (POPC) lipids; (ii) of high concentration, P/L=1/21, which addressed the interactions of six peptides with a mixed bilayer of 128 POPC/POPG (1/1) lipids, using a coarse-grained modeling. Taking the MP1 peptide as a paradigmatic case, we found that in low P/L is possible to suggest that its selective feature arises of its ability to coordinate and disturb large number of lipids in the anionic membrane compared to neutral one. This ability is accentuated in simulations with mixed membrane, where the attraction of the anionic lipids by the cationic peptides led to the local segregation and formation of POPG lipid domains, which facilitated the local thinning of the membrane and the formation of transmembrane pore. These findings help to explain how short peptides, such as MP1, are able of forming pores in a membrane whose thickness is larger than the length of the peptide / Doutor