The studies presented in this dissertation offer evidence to support the hypothesis that polyphenolic curcuminoids isolated from the plant turmeric (Curcuma longa L.) are bone-protective in metabolic bone disorders characterized by excessive osteoclastic bone resorption. Activation of the critical transcription factor NF-kappaB in osteoclast precursor RAW 264.7 cells and osteoclastogenesis in rat primary bone marrow cell culture were directly inhibited by curcuminoids. Loss of bone mineral density and impaired structural connectivity of the trabecular bone microarchitecture associated with ovariectomy and estrogen deficiency were attenuated by curcuminoids in a rat model of postmenopausal osteoporosis. Additionally, the studies presented in this dissertation offer evidence for bone-protection conferred by curcuminoids by demonstrating for the first time their potent inhibitory effect on breast cancer cell secretion of the osteolytic peptide parathyroid hormone-related protein (PTHrP) via inhibition of Smad-dependent TGF-beta signaling in MDA-MB-231 cells. Finally, curcuminoids inhibited osteolytic lesion formation in a PTHrP-mediated murine model of breast cancer bone metastasis. Taken together, these novel and encouraging findings justify the need for further studies to determine whether curcuminoids may hold promise for the prevention of bone loss and associated complications in resorptive bone diseases in women.

Yes / Extensive research has demonstrated the potential effectiveness of curcumin against various diseases, including asthma and cancers. However, few studies have used liquid-based vehicles in the preparation of curcumin formulations. Therefore, the current study proposed the use of nanoemulsion and microsuspension formulations to prepare nebulised curcuminoid for lung delivery. Furthermore, this work expressed a new approach to understanding the aerosol performance of nanoparticles compared to microsuspension formulations. The genotoxicity of the formulations was also assessed. Curcuminoid nanoemulsion formulations were prepared in three concentrations (100, 250 and 500 µg/ml) using limonene and oleic acid as oil phases, while microsuspension solutions were prepared by suspending curcuminoid particles in isotonic solution (saline solution) of 0.02% Tween 80. The average fine particle fraction (FPF) and mass median aerodynamic diameter (MMAD) of the nebulised microsuspension formulations ranged from 26% and 7.1 µm to 40% and 5.7 µm, for 1000 µg/ml and 100 µg/ml respectively. In a comparison of the low and high drug concentrations of the nebulised nanoemulsion, the average FPF and MMAD of the nebulised nanoemulsion formulations prepared with limonene oil ranged from 50% and 4.6 µm to 45% and 5.6 µm, respectively; whereas the FPF and MMAD of the nebulised nanoemulsion prepared with oleic acid oil ranged from 46% and 4.9 µm to 44% and 5.6 µm, respectively. The aerosol performance of the microsuspension formulations were concentration dependent, while the nanoemulsion formulations did not appear to be dependent on the curcuminoids concentration. The performance and genotoxicity results of the formulations suggest the suitability of these preparations for further inhalation studies in animals.

Objetivos: Etapa 1 - avaliar características organolépticas e físico-químicas de formulações tópicas contendo nanopartículas lipídicas sólidas encapsulando curcuminoides; Etapa 2 - avaliar a citotoxicidade das nanopartículas lipídicas sólidas e dos curcuminoides encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas ou não em cultura de células de fibroblastos e queratinócitos com ou sem serem submetidos a RI; avaliar a atividade alergênica dos curcuminoides encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas ou não encapsulados; Etapa 3 - avaliar a toxicidade aguda de uma formulação contendo curcuminoides encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas na pele e em órgãos-alvo de camundongos BALB após 21 dias de aplicação tópica; induzir radiodermite em camundongos BALB; avaliar o efeito de formulações tópicas contendo curcuminoides encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas na prevenção e no tratamento de radiodermite, em camundongos BALB. Método: Etapa 1 - inspeção visual, cor, sensibilidade ao tato e odor, quantificação do pH, análise do comportamento reológico e quantificação de ativo (curcuminoides) das formulações; Etapa 2 - avaliação da viabilidade celular de queratinócitos, fibroblastos e mastócitos, quantificação da % de liberação da enzima ?-hexosaminidade em mastócitos; Etapa 3 - avaliação do peso, consumo alimentar e comportamento dos animais; quantificação de marcadores sanguíneos de toxicidade renal (ureia e creatinina) e hepática (TGP, FA e proteínas totais); análises histológicas qualitativas do coração, fígado, rim, pulmão e pele; quantificação de colágeno na pele; analisar a probabilidade de desenvolvimento de radiodermite, em grupos independentes, após crescentes doses de radiação ionizante; quantificação de citocinas (IL-1?, IL-6, IL-10, KC e FNT-?) avaliação do grau de radiodermite. Resultados: Etapa 1 - as formulações permaneceram estáveis por três meses, sem alteração de características organolépticas e físico-químicas; aos seis meses a formulação mais concentrada ficou mais opaca e observou-se aumento do pH e da perda de curcumina e curcuminoides totais; Etapa 2 - os resultados mostraram que as nanopartículas lipídicas sólidas são mais citotóxicas para os queratinócitos do que para os fibroblastos nas doses avaliadas, apesar de serem menos citotóxicas que os curcuminoides não encapsulados; não se observou diferença na viabilidade destas células sem ou após radiação ionizante (2 Gy); as nanopartículas lipídicas sólidas contendo curcuminoides e os curcuminoides não encapsulados não estimularam a liberação de ?-hexosaminidase em mastócitos, sugerindo que a formulação com nanopartículas não possui propriedades alergênicas. Etapa 3 - a formulação tópica contendo nanopartículas lipídicas sólidas com 30 mg de curcuminoides não conferiu toxicidade local e nem aos órgãos-alvo; os animais não apresentaram perda ponderal, alterações comportamentais ou mudanças na ingestão alimentar ou hídrica; foi possível a indução de radiodermite a partir de 25 Gy, sendo 30 Gy a que apresentou maior probabilidade de desenvolvimento; os animais não apresentaram perda ponderal, redução do consumo alimentar e hídrico significativos; o painel de citocinas avaliado evidenciou que a pele responde ao tratamento de forma diferente do controle da radiação; não foi observado infiltrado inflamatório; a quantificação do colágeno mostrou grande variabilidade. Conclusões: Devido a uma toxicidade mínima do sistema nanocarreador desenvolvido, somos encorajados a realizar testes futuros para aplicações clínicas em dermocosmética e na prevenção e tratamento de lesões cutâneas ou osteoarticulares / Aims: Step 1 - to evaluate organoleptic and physicochemical characteristics of topical formulations containing solid lipid nanoparticles encapsulating curcuminoids; Step 2 - to evaluate the cytotoxicity of solid lipid nanoparticles and curcuminoids encapsulated in solid lipid nanoparticles or not in culture of fibroblast and keratinocytes cells without and after being submitted to IR; to evaluate the allergenic activity of encapsulated curcuminoids in solid or non-encapsulated lipid nanoparticles; Step 3 - to evaluate the acute toxicity of a formulation containing encapsulated curcuminoids in solid lipid nanoparticles on the skin and target organs of BALB mice after 21 days of topical application; to induce radiodermatitis in BALB mice; to evaluate the effect of topical formulations containing encapsulated curcuminoids in solid lipid nanoparticles in the prevention and treatment of radiodermatitis in BALB mice. Method: Step 1 - visual inspection, color, sensitivity to touch and odor, pH quantification, rheological behavior analysis and quantification of active (curcuminoids) of the formulations; Step 2 - evaluation of the cellular viability of keratinocytes, fibroblasts and mast cells, quantification of the release % of ?-hexosaminase enzyme in mast cells; Step 3 - evaluation of weight, food consumption and behavior of the animals, quantification of markers of renal toxicity (urea and creatinine) and hepatic (TGP, FA and total proteins), qualitative histological analysis of the skin, heart, liver, kidney and lung and quantitative analysis of collagen in the skin; analysis of the probability to developing radiodermatitis in independent groups after increasing doses of ionizing radiation; quantification of the cytokines (IL-1?, IL-6, IL-10, KC and TNF-?) and collagen, qualitative histological analyzis of the skin, and the degree of radiodermatitis. Results: Step 1 - the formulations remained stable for three months, without alteration of organoleptic and physicochemical characteristics; at six months the more concentrated formulation became more opaque and there was an increase in pH and loss of curcumin and total curcuminoids; Step 2 - the results showed that solid lipid nanoparticles are more cytotoxic for keratinocytes than for fibroblasts at the doses evaluated, although they were less cytotoxic than non-encapsulated curcuminoids; no significant difference was observed in the viability of these cells without or after ionizing radiation (2 Gy); the solid lipid nanoparticles containing curcuminoids and non-encapsulated curcuminoids did not estimulated ?-hexosaminidase release in mast cells, suggesting that the nanoparticle formulation does not have allergenic properties. Stage 3 - the topical formulation containing solid lipid nanoparticles with 30 mg curcuminoids did not confer local toxicity and nor to the target organs the animals did not showed any weight loss, behavioral changes or changes in food or water ingestion; the radiodermatitis induction was possible from 25 Gy, with the dose of 30 Gy being the most likely to develop; the animals had no significant weight loss, nor reduction in food and water ingestion, the cytokine panel evaluated showed that skin responds to treatment differently from radiation control, no inflammatory infiltrate was evident and the quantification of collagen showed great variability. Conclusions: Due to the minimal toxicity of the developed nanocarrier system, we are encouraged to perform future tests for clinical applications in dermocosmetic and in the prevention and treatment of cutaneous or osteoarticular lesions

O objetivo da pesquisa foi avaliar os efeitos da AFB1 e FB1, isoladas e associadas e com ou sem a inclusão de um antioxidante (cúrcuma) em frangos de corte, utilizando-se os seguintes tratamentos (T): T1 (controle): 0 AFB1 + 0 FB1 + 0 Cúrcuma; T2: 0 AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T3: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Cúrcuma; T4: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T5: 0,5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 0 Cúrcuma; T6: 0,5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T7: 0,5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Cúrcuma; T8: 0,5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma. Os parâmetros avaliados incluíram: conversão alimentar, ganho de peso, consumo alimentar, proteínas séricas, hematologia, enzimas hepáticas, histopatologia de vísceras, resposta vacinal, resíduos de aflatoxinas e fumonisina em vísceras e músculos. Os dados foram analisados como um fatorial 2 x 2 x 2 por análise de variância. Não houve interação significativa para os três fatores analisados no desempenho zootécnico, porém houve diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. A AST e LDH foram as únicas variáveis significativas para a interação de todos os fatores (AFB1, FB1 e CMT), porém as outras variáveis, exceto a GGT, apresentaram diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. As lesões histopatológicas no fígado, rim e bursa de Fabricius foram aumentando gradualmente do tratamento controle até o tratamento contendo adição de aflatoxina e fumonisina, com ou sem cúrcuma, sendo que o efeito mais severo foi observado nos órgãos desses tratamentos. Não houve diferença significativa com a inclusão da cúrcuma. Não houve nenhuma variável significativa para a interação de todos os fatores avaliados para a biometria dos órgãos, porém fígado, rim e coração apresentaram diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. Nenhuma variável foi significativa para a interação de todos os fatores avaliados para o hemograma aos 21 dias, porém aos 42 dias, leucócitos, linfócitos e basófilos apresentaram diferença significativa para a interação de todos os fatores. Não houve diferença estatística para a interação dos três fatores analisados para os títulos de anticorpos para a doença de Newcastle. Os resíduos de FB2 no fígado e AFB2 no músculo peitoral foram as únicas variáveis significativas para a interação de todos os fatores analisados. Os resultados obtidos indicam que não houve efeito da cúrcuma na diminuição dos efeitos deletérios da aflatoxina e fumonisina. / The objective of this research project was to evaluate the effects of AFB1 and FB1, alone or in combination and associated or not with an antioxidant (turmeric) in broiler chickens, using the following treatments (T): T1 (control): 0 AFB1 + 0 FB1 + 0 Turmeric; T2: 0 AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T3: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Turmeric; T4: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T5: 0.5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 0 Turmeric; T6: 0.5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T7: 0.5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Turmeric; T8: 0.5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Turmeric. The parameters evaluated included: feed conversion, weight gain, food intake, serum proteins, hematology, liver enzymes, histopathology of viscera, vaccine response and residues of aflatoxin and fumonisin in tissues of viscera and muscles. Data were analyzed as a 2 x 2 x 2 factorial by analysis of variance. There was no significant interaction for the three analyzed factors on the performance, but there were significant differences in the diets containing aflatoxin when compared to the other diets, for all variables analyzed. AST and LDH were the only significant variables for the interaction of all factors (AFB1, FB1 e CMT), but other variables, with the exception of GGT, showed significant difference in diets containing aflatoxin when compared to other diets for all the variables analyzed. Histopathological lesions in the liver, kidney and bursa of Fabricius were gradually increased from the control treatment to aflatoxin and fumonisin treatment, with or without turmeric, with the most severe effect being observed in the organs of these treatments. There was no significant variable for the interaction of all factors evaluated for organ biometry, but liver, kidney and heart showed a significant difference in diets containing aflatoxin when compared to other diets for all variables analyzed. No variable was significant for the interaction of all factors evaluated for the blood test at 21 days, but at 42 days leukocytes, lymphocytes and basophils showed significant differences for the interaction of all factors. There was no statistical difference for the interaction of all factors analyzed for antibody titers to Newcastle disease. The residues of FB2 in the liver and AFB2 in the pectoral muscle were significant for the interaction of all the factors. The results showed no effect of turmeric powder in reducing the deleterious effects of aflatoxin and fumonisin.

O objetivo da pesquisa foi avaliar os efeitos da AFB1 e FB1, isoladas e associadas e com ou sem a inclusão de um antioxidante (cúrcuma) em frangos de corte, utilizando-se os seguintes tratamentos (T): T1 (controle): 0 AFB1 + 0 FB1 + 0 Cúrcuma; T2: 0 AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T3: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Cúrcuma; T4: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T5: 0,5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 0 Cúrcuma; T6: 0,5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma; T7: 0,5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Cúrcuma; T8: 0,5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Cúrcuma. Os parâmetros avaliados incluíram: conversão alimentar, ganho de peso, consumo alimentar, proteínas séricas, hematologia, enzimas hepáticas, histopatologia de vísceras, resposta vacinal, resíduos de aflatoxinas e fumonisina em vísceras e músculos. Os dados foram analisados como um fatorial 2 x 2 x 2 por análise de variância. Não houve interação significativa para os três fatores analisados no desempenho zootécnico, porém houve diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. A AST e LDH foram as únicas variáveis significativas para a interação de todos os fatores (AFB1, FB1 e CMT), porém as outras variáveis, exceto a GGT, apresentaram diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. As lesões histopatológicas no fígado, rim e bursa de Fabricius foram aumentando gradualmente do tratamento controle até o tratamento contendo adição de aflatoxina e fumonisina, com ou sem cúrcuma, sendo que o efeito mais severo foi observado nos órgãos desses tratamentos. Não houve diferença significativa com a inclusão da cúrcuma. Não houve nenhuma variável significativa para a interação de todos os fatores avaliados para a biometria dos órgãos, porém fígado, rim e coração apresentaram diferença significativa nas dietas contendo aflatoxina, quando comparada com as outras dietas, para todas as variáveis analisadas. Nenhuma variável foi significativa para a interação de todos os fatores avaliados para o hemograma aos 21 dias, porém aos 42 dias, leucócitos, linfócitos e basófilos apresentaram diferença significativa para a interação de todos os fatores. Não houve diferença estatística para a interação dos três fatores analisados para os títulos de anticorpos para a doença de Newcastle. Os resíduos de FB2 no fígado e AFB2 no músculo peitoral foram as únicas variáveis significativas para a interação de todos os fatores analisados. Os resultados obtidos indicam que não houve efeito da cúrcuma na diminuição dos efeitos deletérios da aflatoxina e fumonisina. / The objective of this research project was to evaluate the effects of AFB1 and FB1, alone or in combination and associated or not with an antioxidant (turmeric) in broiler chickens, using the following treatments (T): T1 (control): 0 AFB1 + 0 FB1 + 0 Turmeric; T2: 0 AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T3: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Turmeric; T4: 0 AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T5: 0.5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 0 Turmeric; T6: 0.5 mg/kg AFB1 + 0 FB1 + 222 mg/kg Turmeric; T7: 0.5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 0 Turmeric; T8: 0.5 mg/kg AFB1 + 20 mg/kg FB1 + 222 mg/kg Turmeric. The parameters evaluated included: feed conversion, weight gain, food intake, serum proteins, hematology, liver enzymes, histopathology of viscera, vaccine response and residues of aflatoxin and fumonisin in tissues of viscera and muscles. Data were analyzed as a 2 x 2 x 2 factorial by analysis of variance. There was no significant interaction for the three analyzed factors on the performance, but there were significant differences in the diets containing aflatoxin when compared to the other diets, for all variables analyzed. AST and LDH were the only significant variables for the interaction of all factors (AFB1, FB1 e CMT), but other variables, with the exception of GGT, showed significant difference in diets containing aflatoxin when compared to other diets for all the variables analyzed. Histopathological lesions in the liver, kidney and bursa of Fabricius were gradually increased from the control treatment to aflatoxin and fumonisin treatment, with or without turmeric, with the most severe effect being observed in the organs of these treatments. There was no significant variable for the interaction of all factors evaluated for organ biometry, but liver, kidney and heart showed a significant difference in diets containing aflatoxin when compared to other diets for all variables analyzed. No variable was significant for the interaction of all factors evaluated for the blood test at 21 days, but at 42 days leukocytes, lymphocytes and basophils showed significant differences for the interaction of all factors. There was no statistical difference for the interaction of all factors analyzed for antibody titers to Newcastle disease. The residues of FB2 in the liver and AFB2 in the pectoral muscle were significant for the interaction of all the factors. The results showed no effect of turmeric powder in reducing the deleterious effects of aflatoxin and fumonisin.

Orientador: Luis Octavio Regasini / Resumo: As micoses superficiais e cutâneas são infecções fúngicas que acometem a camada mais externa do estrato córneo da pele e seus anexos. São as micoses mais frequentes dentre todas as infecções fúngicas e estão distribuídas por todo o mundo, afetando todas as faixas etárias. O impacto primário destas micoses é seu aspecto visual com estética negativa. Contudo, não se restringem apenas ao aspecto estético, vindo a ser um grave problema de saúde na população neonatal, senescente e de imunocomprometidos. Além disso, muitos fármacos exibem toxicidade alta, interações medicamentosas e alto custo econômico. As recidivas por meio do tratamento convencional costumam ser frequentes, as quais podem ser ocasionadas por cepas resistentes. Esse cenário torna premente a busca por antifúngicos inovadores. No presente estudo avaliou-se atividade antifúngica de 19 curcuminoides, provenientes da composteca do Laboratório de Antibióticos e Quimioterápicos (LAQ), contra fungos filamentosos dermatofíticos dos gêneros Trichophyton, Epidermophyton e Microsporum e leveduriformes (Candida spp.), de cepas de referência ATCC e de isolados clínicos, provenientes da coleção do Laboratório de Microbiologia da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto (FAMERP), bem como avaliou-se toxicidade dos curcuminoides mais potentes contra células de queratinócitos humanos (HaCat) e larva G. mellonella. Afim de verificar a atividade antifúngica dos compostos, foram determinados os valores: Concentração Inibitória ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Superficial and cutaneous mycoses are fungal infections that affect the outermost layer of the stratum corneum of the skin and its attachments. They are the most frequent mycoses among all fungal infections and are distributed all over the world. The first impact of these mycoses is their visual appearance with a negative aesthetic. However, they are not restricted to the aesthetic aspect, becoming a serious health problem in the neonatal, senescent and immunocompromised population. In addition, many drugs exhibit high toxicity, drug interactions and high economic cost. Relapses through conventional treatment are often frequent, which can be caused by resistant strains. This scenario demands the development of potent but safer compounds. Herein, we described the antifungal activity of a novel curcuminoid against dermatophyte and Candida species. A series of nineteen curcuminoid analogs was submitted to antifungal assay to assess MIC (minimum inhibitory concentration) and MFC (minimum fungicidal concentration) determined by the broth microdilution method. First, all compound were tested at 31.2 µg mL-1 in order to select the most active compound. The compound 3, 3'-Dimethoxycurcumin (DMC) showed the highest growth-inhibitory activity the largest spectrum of action against dermatophyte clinical isolates and reference strains of Candida tropicalis ATCC and Trichophyton rubrum CBS, with MIC values range of 1.9±31.2 µg mL-1. DMC exhibited fungistatic activity. Inverted microscope ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho, uma série de curcuminoides monocetônicos foram sintetizados por meio da condensação entre acetona e 11 diferentes aldeídos aromáticos. Esses curcuminoides foram posteriormente convertidos em seus álcoois e cetonas saturados correspondentes por meio de reações de hidrogenação catalítica. Os compostos obtidos foram avaliados quanto às suas atividades antimicrobianas frente a um painel representativo de bactérias cariogênicas empregando o método de microdiluição em microplacas. Além disso, as vias de fragmentação em fase gasosa dos curcuminoides monocetônicos protonados foram investigadas por espectrometria de massas sequencial com ionização por eletrospray (ESI-MS/MS) em combinação com dados de massas acuradas, dados de experimentos de espectrometria de massas de estágios múltiplos (MSn) e de troca de deutério, bem como em dados termoquímicos estimados por Química Computacional. Dentre os 31 curcuminoides avaliados, a curcumina A (10), 1E,4E)-1,5-bis(4-hidroxifenil)penta-1,4-dien-3-ona, e o (1E,4E)-1,5-bis(4-hidroxifenil)penta-1,4-dien-3-ona (11), apresentaram a atividade antimicrobiana mais efetiva, com valores de concentração inibitória mínima (CIM) de 50 g/mL contra Streptococcus mutans e de 50 g/mL contra Streptococcus mitis. Os valores de CIM obtidos foram menores que os valores de CIM previamente relatados para a curcumina, que é o análogo -dicetônico do composto 10. As relações estrutura-atividade inferidas sugerem que o grupo hidroxila ligado aos aneis aromáticos e a ligação dupla entre C2-C3 e C2-C3 e o grupo carbonila e C1 são as características responsáveis pela atividade antimicrobiana. Os resultados mostraram que o íon H e o íon acílio D, resultantes de dois rearranjos de hidrogênio competitivos, são os mais intensos no espectro de íons produtos dos curcuminoides protonados. Além da identificação de alguns íons diagnósticos, este trabalho comprovou que a formação de alguns íons produtos ocorreu a partir de um íon intermediário resultante de uma ciclização de Nazarov da molécula protonada, cuja ocorrência foi reportada previamente na literatura. Os dados termoquímicos suportaram as estruturas dos íons propostos e mostraram que a posição da hidroxila fenólica no anel aromático desempenha um papel fundamental sobre a ciclização de Nazarov. Os resultados deste trabalho poderão contribuir futuramente na identificação dos produtos resultante do metabolismo dos estudos in vitro e in vivo sem a necessidade de padrões ou isolamento desses metabolitos / In this work, a series of monoketone curcuminoids were synthesized by condensation between acetone, and 11 (eleven) different aromatic aldehydes. These curcuminoids were subsequently converted to their corresponding saturated alcohols and ketones by means of catalytic hydrogenation reactions. The obtained compounds were evaluated for their antimicrobial activities against a representative panel of cariogenic bacteria using microdilution plating method. In addition, the gas-phase fragmentation pathways of the protonated monoketone curcuminoids were investigated by ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS) in combination with accurate mass data, multi-stage mass spectrometry (MSn), and deuterium exchange experiments, as well as in thermochemical data estimated by Computational Chemistry. Among the 31 curcuminoids evaluated, curcumin A (10), (1E,4E)-1,5-bis(4-hydroxyphenyl)penta-1,4-dien-3-one, and (1E,4E)5-bis(4-hydroxyphenyl)penta-1,4-dien-3-one (11) showed the most effective antimicrobial activity, with minimum inhibitory concentration (MIC) values of 50 g/mL against Streptococcus mutans and 50 g/mL against Streptococcus mitis. MIC values of curcumin A (10) were lower than the previously reported MIC values for its -diketone analog of compound 10. The inferred structure-activity relationships indicated that the hydroxyl group attached to the aromatic rings and the double bond between C2-C3 and C2\'-C3 \'and the carbonyl group and C1 are the characteristics responsible for the antimicrobial activity. The results showed that the ion H and the acylium ion D, resulting from two competitive hydrogen rearrangements, are the most intense in the spectrum of proton curcuminoids product ions. Besides the identification of some diagnostic ions, this work proved that the formation of some product ions occured from an intermediate ion resulting from a Nazarov cyclization of the protonated molecule, whose occurrence has been previously reported in the literature. The thermochemical data supported the structures of the proposed ions and showed that the position of the phenolic hydroxyl in the aromatic ring plays a key role in the Nazarov cyclization. The results of this work may contribute in future to the identification of products from the in vitro and in vivo metabolism studies without the need for standards or isolation of these metabolites

Os filmes de desintegração oral são dosagens farmacêuticas que apresentam como vantagens a facilidade de administração e não necessidade de água, e poderiam possibilitar, além de medicamentos alopáticos tradicionais, a incorporação de extratos de plantas utilizadas na medicina popular. Logo, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de filmes de desintegração oral produzidos a partir de macromoléculas naturais e incorporados com extratos de erva baleeira (Cordia verbenacea) e cúrcuma (Curcuma longa), que apresentam importantes atividades farmacológicas. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma, produzidos com 20g de planta/100 mL de álcool 80%, apresentaram as maiores concentrações de flavonóides e curcuminóides, respectivamente, e foram concentrados e utilizados na produção dos filmes. Os filmes de desintegração oral foram produzidos por casting com diferentes concentrações de amido pré-gelatinizado e hidroxipropilmetil celulose, e sorbitol como plastificante. A formulação do filme selecionada através da caracterização foi utilizada para a produção dos filmes incorporados com os extratos. Na produção dos filmes bioativos, os extratos de erva baleeira e cúrcuma foram adicionados à solução filmogênica de modo que cada dose unitária de filme (6 cm2) apresentasse as concentrações de 0,25, 0,50 e 0,75 mg de flavonóides ou curcuminóides. Foram caracterizados quanto ao aspecto visual, microscopia, espectroscopia de infravermelho (FTIR), propriedades mecânicas, mucoadesividade in vitro, e tempo de desintegração in vitro e in vivo. Os filmes com os extratos foram quantificados quanto ao teor de flavonóides e curcuminóides. Os extratos e os filmes bioativos foram caracterizados quanto à atividade antioxidante in vitro (DPPH, FRAP, Folin-Ciocalteu e ORAC), atividade antimicrobiana contra Streptococcus mutans, atividade anti-inflamatória in vitro (inibição da enzima COX-2), e avaliados quanto à estabilidade de flavonóides e curcuminóides em condições controladas de umidade e temperatura (25°C-60% UR e 40°C-75% UR), por 90 dias. Os filmes bioativos foram avaliados sensorialmente através de um teste de aceitação. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma concentrados obtiveram os valores de 1,2 mg eq. quercetina/mL de extrato e 16,3 mg eq.de curcumina/mL de extrato, respectivamente. A formulação 80A:20HPMC, apresentou boas características mecânicas e o menor tempo de desintegração in vivo, sendo selecionada para a produção dos filmes com os extratos vegetais. Os filmes com os extratos apresentaram boas caraterísticas visuais, mas com alterações microscópicas. As análises de FTIR revelaram que os picos de absorção foram ligeiramente deslocados com a adição dos extratos. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma promoveram mudanças significativas nas propriedades mecânicas dos filmes, redução da mucoadesividade, e aumento do tempo de desintegração in vitro. A quantificação de flavonóides e curcuminóides nas doses unitárias dos filmes revelou a uniformidade das mesmas em todas as concentrações. Os extratos e os filmes bioativos apresentaram propriedades antioxidantes, no entanto apenas os filmes com extrato de erva baleeira foram efetivos contra Streptococcus mutans. O extrato de erva baleeira e os filmes com este extrato apresentam atividade anti-inflamatória in vitro, com inibições de COX-2 entre 71 e 90,5%. O extrato de cúrcuma apresentou uma inibição de 86,1%, mas os filmes com extrato apresentaram atividade reduzida. Os extratos e os filmes bioativos apresentaram excelente estabilidade de flavonóides e curcuminóides, em função do armazenamento. O teste sensorial mostrou que os filmes com cúrcuma apresentaram melhor aceitação do consumidor do que os filmes com erva baleeira, principalmente devido ao sabor amargo do extrato de erva baleeira. Logo, este estudo mostrou a possibilidade de produção de filmes de desintegração oral aditivados com extratos de plantas e a manutenção das propriedades funcionais dos extratos nos filmes. / Oral disintegrating films are pharmaceutical dosages that have the following advantages: they are easy to be administered, there is no need to use water and they may enable, besides their use in traditional allopathic drugs, the incorporation of plant extracts used in popular medicine. The objective of this study was to develop oral disintegrating films from natural macromolecules and incorporated with Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts, which present important pharmacological activity. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts produced with 20g of the plant / 100 mL of 80% alcohol showed the greatest concentrations of flavonoids and curcuminoids, respectively, and were concentrated and used in film production. Oral disintegrating films were produced by casting with different concentrations of pre-gelatinized starch and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), and with sorbitol as the plasticizing agent. Film formulation that was selected by characterization was used in the production of films incorporated with the extracts. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts were added to the filmogenic solution in a way that each film unit (6 cm2) presented 0.25; 0.50; and 0.75mg of flavonoids and curcuminoids. Films were analyzed in terms of appearance, microscopy, infrared spectroscopy (FTIR), mechanical properties, in vitro mucoadhesiveness, and in vitro and in vivo disintegration time. Films with the extracts were analyzed quantitatively for flavonoid and curcuminoid concentration. Extracts and bioactive films were characterized in terms of in vitro antioxidant activity (DPPH, FRAP, Folin-Ciocalteu and ORAC), antimicrobial activity against Streptococcus mutans, in vitro inflammatory activity (COX-2 inhibition), and were evaluated for flavonoid and curcuminoid stability in controlled relative humidity and temperature conditions (25°C-60% RH and 40°C-75% RH) for 90 days of storage. Bioactive films were submitted to sensory evaluation by acceptance testing. Concentrated Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts showed 1.2mg eq. quercetin/mL of extract, and 16.3 mg eq. curcumin/mL of extract, respectively. The formula 80A:20HPMC showed good mechanical characteristics and shorter in vivo disintegration time, and was selected for the production of films with plant extracts. Films with the extracts showed adequate visual appearance, but microscopic changes. FTIR showed absorption peaks that were slightly displaced with the addition of the extracts. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts led to significant changes in the mechanical properties of the films, reduced mucoadhesiveness, and increased in vitro disintegration times. The quantification of flavonoids and curcuminoids in film units was uniform in all concentrations. The extracts and bioactive films showed antioxidant properties. However, only films with Cordia verbenacea were effective against Streptococcus mutans. Cordia verbenacea extract and films with this extract showed in vivo anti-inflammatory activity, with 71 and 90.5% of COX-2 inhibition. Curcuma longa showed inhibition of 86.1%, but the films with the extract had reduced activity. The extracts and bioactive films showed excellent stability of flavonoids and curcuminoids during storage. Sensory testing showed that films with Curcuma longa were better accepted by the consumer than films with Cordia verbenacea. Thus, this study demonstrated the possibility of producing oral disintegrating films added with plant extracts with the maintenance of functional properties of the extracts used in the films.

Os filmes de desintegração oral são dosagens farmacêuticas que apresentam como vantagens a facilidade de administração e não necessidade de água, e poderiam possibilitar, além de medicamentos alopáticos tradicionais, a incorporação de extratos de plantas utilizadas na medicina popular. Logo, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de filmes de desintegração oral produzidos a partir de macromoléculas naturais e incorporados com extratos de erva baleeira (Cordia verbenacea) e cúrcuma (Curcuma longa), que apresentam importantes atividades farmacológicas. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma, produzidos com 20g de planta/100 mL de álcool 80%, apresentaram as maiores concentrações de flavonóides e curcuminóides, respectivamente, e foram concentrados e utilizados na produção dos filmes. Os filmes de desintegração oral foram produzidos por casting com diferentes concentrações de amido pré-gelatinizado e hidroxipropilmetil celulose, e sorbitol como plastificante. A formulação do filme selecionada através da caracterização foi utilizada para a produção dos filmes incorporados com os extratos. Na produção dos filmes bioativos, os extratos de erva baleeira e cúrcuma foram adicionados à solução filmogênica de modo que cada dose unitária de filme (6 cm2) apresentasse as concentrações de 0,25, 0,50 e 0,75 mg de flavonóides ou curcuminóides. Foram caracterizados quanto ao aspecto visual, microscopia, espectroscopia de infravermelho (FTIR), propriedades mecânicas, mucoadesividade in vitro, e tempo de desintegração in vitro e in vivo. Os filmes com os extratos foram quantificados quanto ao teor de flavonóides e curcuminóides. Os extratos e os filmes bioativos foram caracterizados quanto à atividade antioxidante in vitro (DPPH, FRAP, Folin-Ciocalteu e ORAC), atividade antimicrobiana contra Streptococcus mutans, atividade anti-inflamatória in vitro (inibição da enzima COX-2), e avaliados quanto à estabilidade de flavonóides e curcuminóides em condições controladas de umidade e temperatura (25°C-60% UR e 40°C-75% UR), por 90 dias. Os filmes bioativos foram avaliados sensorialmente através de um teste de aceitação. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma concentrados obtiveram os valores de 1,2 mg eq. quercetina/mL de extrato e 16,3 mg eq.de curcumina/mL de extrato, respectivamente. A formulação 80A:20HPMC, apresentou boas características mecânicas e o menor tempo de desintegração in vivo, sendo selecionada para a produção dos filmes com os extratos vegetais. Os filmes com os extratos apresentaram boas caraterísticas visuais, mas com alterações microscópicas. As análises de FTIR revelaram que os picos de absorção foram ligeiramente deslocados com a adição dos extratos. Os extratos de erva baleeira e cúrcuma promoveram mudanças significativas nas propriedades mecânicas dos filmes, redução da mucoadesividade, e aumento do tempo de desintegração in vitro. A quantificação de flavonóides e curcuminóides nas doses unitárias dos filmes revelou a uniformidade das mesmas em todas as concentrações. Os extratos e os filmes bioativos apresentaram propriedades antioxidantes, no entanto apenas os filmes com extrato de erva baleeira foram efetivos contra Streptococcus mutans. O extrato de erva baleeira e os filmes com este extrato apresentam atividade anti-inflamatória in vitro, com inibições de COX-2 entre 71 e 90,5%. O extrato de cúrcuma apresentou uma inibição de 86,1%, mas os filmes com extrato apresentaram atividade reduzida. Os extratos e os filmes bioativos apresentaram excelente estabilidade de flavonóides e curcuminóides, em função do armazenamento. O teste sensorial mostrou que os filmes com cúrcuma apresentaram melhor aceitação do consumidor do que os filmes com erva baleeira, principalmente devido ao sabor amargo do extrato de erva baleeira. Logo, este estudo mostrou a possibilidade de produção de filmes de desintegração oral aditivados com extratos de plantas e a manutenção das propriedades funcionais dos extratos nos filmes. / Oral disintegrating films are pharmaceutical dosages that have the following advantages: they are easy to be administered, there is no need to use water and they may enable, besides their use in traditional allopathic drugs, the incorporation of plant extracts used in popular medicine. The objective of this study was to develop oral disintegrating films from natural macromolecules and incorporated with Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts, which present important pharmacological activity. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts produced with 20g of the plant / 100 mL of 80% alcohol showed the greatest concentrations of flavonoids and curcuminoids, respectively, and were concentrated and used in film production. Oral disintegrating films were produced by casting with different concentrations of pre-gelatinized starch and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), and with sorbitol as the plasticizing agent. Film formulation that was selected by characterization was used in the production of films incorporated with the extracts. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts were added to the filmogenic solution in a way that each film unit (6 cm2) presented 0.25; 0.50; and 0.75mg of flavonoids and curcuminoids. Films were analyzed in terms of appearance, microscopy, infrared spectroscopy (FTIR), mechanical properties, in vitro mucoadhesiveness, and in vitro and in vivo disintegration time. Films with the extracts were analyzed quantitatively for flavonoid and curcuminoid concentration. Extracts and bioactive films were characterized in terms of in vitro antioxidant activity (DPPH, FRAP, Folin-Ciocalteu and ORAC), antimicrobial activity against Streptococcus mutans, in vitro inflammatory activity (COX-2 inhibition), and were evaluated for flavonoid and curcuminoid stability in controlled relative humidity and temperature conditions (25°C-60% RH and 40°C-75% RH) for 90 days of storage. Bioactive films were submitted to sensory evaluation by acceptance testing. Concentrated Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts showed 1.2mg eq. quercetin/mL of extract, and 16.3 mg eq. curcumin/mL of extract, respectively. The formula 80A:20HPMC showed good mechanical characteristics and shorter in vivo disintegration time, and was selected for the production of films with plant extracts. Films with the extracts showed adequate visual appearance, but microscopic changes. FTIR showed absorption peaks that were slightly displaced with the addition of the extracts. Cordia verbenacea and Curcuma longa extracts led to significant changes in the mechanical properties of the films, reduced mucoadhesiveness, and increased in vitro disintegration times. The quantification of flavonoids and curcuminoids in film units was uniform in all concentrations. The extracts and bioactive films showed antioxidant properties. However, only films with Cordia verbenacea were effective against Streptococcus mutans. Cordia verbenacea extract and films with this extract showed in vivo anti-inflammatory activity, with 71 and 90.5% of COX-2 inhibition. Curcuma longa showed inhibition of 86.1%, but the films with the extract had reduced activity. The extracts and bioactive films showed excellent stability of flavonoids and curcuminoids during storage. Sensory testing showed that films with Curcuma longa were better accepted by the consumer than films with Cordia verbenacea. Thus, this study demonstrated the possibility of producing oral disintegrating films added with plant extracts with the maintenance of functional properties of the extracts used in the films.

Tesis por compendio / [ES] La biotecnología de plantas actual, y la llamada agricultura molecular aspiran a convertir las plantas en "biofábricas" sostenibles para producir compuestos de valor como proteínas, metabolitos o nanopartículas de interés farmacéutico o industrial. Los virus de plantas constituyen una de las principales causas de enfermedades vegetales. Son capaces de secuestrar la maquinaria celular del huésped, y de ahí surgió la idea de reconvertir los virus de plantas en herramientas para la biotecnología de plantas como vectores de expresión transitoria y andamios para nanomateriales. Los carotenoides son metabolitos relevantes debido a sus propiedades nutricionales y beneficiosas para la salud. El primer objetivo fue manipular la ruta de biosíntesis de carotenoides para producir los muy apreciados apocarotenoides de azafrán, siendo estos los productos de la escisión de carotenoides. Para ello, se diseñó un vector derivado del virus del grabado del tabaco (TEV; género Potyvirus) manipulado para expresar unas enzimas específicas, dioxigenasas de escisión de carotenoides (CCD) de Crocus sativus y Buddleja davidii. Los análisis metabólicos de los tejidos infectados demostraron que, tras sólo dos semanas, se alcanzaron cantidades notables de crocinas y picrocrocina en plantas adultas de Nicotiana benthamiana. Sólo la expresión de CsCCD2L de C. sativus dio una acumulación en hoja de 0.2% de crocinas y 0.8% de picrocrocina en peso seco. La coexpresión de CsCCD2L con otra enzima carotenogénica, como la fitoeno sintasa de Pantoea ananatis (PaCrtB), usando el mismo vector aumentó la acumulación de crocinas al 0.35%. Pese a ser cantidades inferiores a las encontradas en fuentes naturales, este sistema mediado por virus representa el primer sistema heterólogo capaz de producir crocinas. Los compuestos fenólicos son otro amplio grupo de metabolitos secundarios en plantas muy apreciados también. Los curcuminoides son polifenoles con alta actividad antioxidante que se encuentran naturalmente en el rizoma de la cúrcuma (Curcuma longa). El segundo objetivo fue establecer un sistema para la producción heteróloga de curcuminoides utilizando vectores virales. Para ello, se desarrolló un sistema viral doble, basado en TEV y en el virus X de la patata (PVX; género Potexvirus), capaz de coexpresar diferentes enzimas biosintéticas en las mismas células. Este sistema se usó para expresar la dicétido-CoA sintasa 1 (DCS1) y la curcumina sintasa 3 (CURS3) de C. longa en plantas de N. benthamiana. El análisis metabólico confirmó la producción exitosa de curcuminoides usando dos vectores virales. Posteriormente se analizó la coexpresión de DCS1 y CURS3 usando un solo vector viral derivado de TEV, obteniendo una producción más eficiente, aumentando al doble la acumulación de curcumina. Tras un análisis temporal usando el vector TEVΔN-DCS1-CURS3, se vio que a los 11 días se lograba una acumulación máxima de 22 ± 4 µg/g peso seco. Las nanopartículas virales (VNP) también han atraído la atención en biotecnología por su uso potencial como componentes básicos para nuevos materiales en nanotecnología y medicina. Los nanoanticuerpos son los dominios variables de los anticuerpos de camélidos de sólo cadena pesada (VHH) que han ganado interés como moléculas terapéuticas por su estructura simple, tamaño pequeño y alta especificidad. El último objetivo de este trabajo fue producir VNPs decoradas con un nanoanticuerpo codificadas genéticamente. El virus del mosaico amarillo del calabacín (ZYMV; género Potyvirus) y TEV se utilizaron como andamios para producir VNPs decoradas con un nanoanticuerpo contra la proteína verde fluorescente en plantas de calabacín y N. benthamiana, respectivamente. Confirmándose el ensamblaje y unión de ambas VNPs contra GFP. En conjunto, el trabajo presentado en esta tesis contribuye al concepto de que los virus de plantas, convenientemente manipulados, pueden convertirse en poderosas herramientas en biotecnología vegetal y agricultura molecular. / [CA] La biotecnologia de plantes actual i la anomenada agricultura molecular aspiren a convertir les plantes en "biofàbriques" sostenibles per a produir compostos de valor com a proteïnes, metabòlits o nanopartícules d'interès farmacèutic o industrial. Els virus de plantes constitueixen una de les principals causes de malalties vegetals. Son capaços de segrestar la maquinària cel·lular de l'hoste, i d'ací va sorgir la idea de reconvertir els virus en eines per la biotecnologia de plantes com a vectors d'expressió transitòria i bastides per a nanomaterials. Els carotenoides són metabòlits rellevants a causa de les seues propietats nutricionals i beneficioses per a la salut. El primer objectiu va ser manipular la ruta de biosíntesi de carotenoides per a produir els valuosos apocarotenoides de safrà, sent aquests els productes de l'escissió de carotenoides. Per a això, es va dissenyar un vector derivat del virus del gravat del tabac (TEV; gènere Potyvirus) manipulat per a expressar uns enzims específics, dioxigenases d'escissió de carotenoides (CCD) de Crocus sativus i Buddleja davidii. Les anàlisis metabòliques dels teixits infectats van demostrar que, després de només dues setmanes, es van aconseguir quantitats notables de crocines i picrocrocina en plantes adultes de Nicotiana benthamiana. Només l'expressió de CsCCD2L de C. sativus va donar com a resultat una acumulació en fulla de 0.2% de crocines i 0.8% de picrocrocina en pes sec. La coexpressió de CsCCD2L amb un altre enzim carotenogènic, com la fitoé sintasa de Pantoea ananatis (PaCrtB), usant el mateix vector viral va augmentar l'acumulació de crocines al 0.35%. Malgrat ser quantitats inferiors a les trobades en fonts naturals, aquest sistema mediat per virus representa el primer sistema heteròleg capaç de produir crocines. Els compostos fenòlics són un altre ampli grup de metabòlits secundaris en plantes, també molt valuosos. Els curcuminoides són polifenols amb alta activitat antioxidant que es troben naturalment en el rizoma de la cúrcuma (Curcuma longa). El segon objectiu va ser establir un sistema per a la producció heteròloga de curcuminoides utilitzant vectors virals. Per a això, es va desenvolupar un sistema viral doble, basat en TEV i en el virus X de la creïlla (PVX; gènere Potexvirus, família Alphaflexiviridae), capaç de coexpressar diferents enzims biosintètics en les mateixes cèl·lules. Aquest sistema es va usar per a expressar la dicétid-CoA sintasa 1 (DCS1) i la curcumina sintasa 3 (CURS3) de C. longa en plantes de N. benthamiana. L'anàlisi metabòlica va confirmar la producció reeixida de curcuminoides. Posteriorment es va analitzar la coexpresió de DCS1 i CURS3 usant un sol vector viral derivat de TEV, obtenint una producció més eficient, augmentant al doble l'acumulació de curcumina. Una anàlisi temporal usant el vector TEVΔN-DCS1-CURS3 va mostrar que als 11 dies s'aconseguia una acumulació màxima de 22 ± 4 µg/g pes sec. Les nanopartícules virals (VNP) també han atret l'atenció en biotecnologia pel seu ús potencial com a components bàsics per a nous materials en nanotecnologia i medicina. Els nanoanticossos són els dominis variables dels anticossos de camèlids de només cadena pesada (VHH) que han guanyat interès com a molècules terapèutiques per la seua estructura simple, grandària xicoteta i alta especificitat. L'últim objectiu d'aquest treball va ser produir VNPs decorades amb un nanoanticos codificades genèticament. El virus del mosaic groc de la carabasseta (ZYMV; gènere Potyvirus) i TEV es van utilitzar com a bastides per a produir VNPs decorades amb un nanocos contra la proteïna verda fluorescent en plantes de carabasseta i N. benthamiana, respectivamente. Confirmant-se l'assemblatge i unió de les VNPs contra GFP. En conjunt, el treball presentat en aquesta tesi contribueix al concepte que els virus de plantes, convenientment manipulats, poden convertir-se en poderoses eines en biotecnologia vegetal i agricultura molecular. / [EN] Modern plant biotechnology and molecular farming aim to convert plants into sustainable 'biofactories' to produce valuable compounds as proteins, metabolites or nanoparticles of pharmaceutical or industrial interest. Plant viruses, constitute a major cause of plant diseases inducing devastating crop losses. Based on their ability to hijack the host cell machinery, it arose the idea of repurposing plant viruses from foes to friends into tools for plant biotechnology as transient expression vectors and scaffolds for nanomaterials. Carotenoids are relevant metabolites based on their nutritional and health-promoting properties. The first goal of this work was to manipulate the carotenoid biosynthesis pathway to produce highly appreciated saffron apocarotenoids. For this purpose, a vector derived from Tobacco etch virus (TEV; genus Potyvirus, family Potyviridae) was engineered to express specific carotenoid cleavage dioxygenase (CCD) enzymes from Crocus sativus and Buddleja davidii. Metabolic analyses of infected tissues demonstrated that, after only two weeks, remarkable amounts of crocins and picrocrocin in adult Nicotiana benthamiana plants were reached. The sole virus-driven expression of C. sativus CsCCD2L resulted in an accumulation of 0.2% of crocins and 0.8% of picrocrocin in leaf dry weight (DW). Co-expression of CsCCD2L with another carotenogenic enzyme, such as Pantoea ananatis phytoene synthase (PaCrtB), using the same viral vector increased crocin accumulation to 0.35%. Although these amounts are still far from those accumulating in natural sources, such as saffron stigma, this virus-driven system represents the first heterologous system able to produce crocins. Phenolic compounds represent another broad group of plant secondary metabolites highly appreciated for their health promoting properties. Curcuminoids are polyphenols with high antioxidant activity that are naturally found in turmeric (Curcuma longa) rhizome. The second goal of this work was to establish a system for the heterologous production of curcuminoids using viral vectors. To this aim, a double-virus vector system, based on TEV and Potato virus X (PVX; genus Potexvirus, family Alphaflexiviridae), able to co-express different biosynthetic enzymes in the same cells was developed. This system was used to express C. longa diketide-CoA synthase 1 (DCS1) and curcumin synthase 3 (CURS3) in N. benthamiana plants. Metabolic analysis confirmed the successful production of curcuminoids. Curcumin quantification indicated that sequential inoculation of both viral vectors was more efficient than co-inoculation. Co-expression of DCS1 and CURS3 was next analysed using a single viral vector derived from TEV (TEVΔN-DCS1-CURS3). This resulted in a more efficient approach as it led to a 2-fold increase in curcumin accumulation (11.7 ± 1.5 µg/g DW). A time-course analysis using the TEVΔN-DCS1-CURS3 vector showed that a maximum accumulation of 22 ± 4 µg/g DW was achieved at 11 days post-inoculation. Viral nanoparticles (VNPs) have also attracted attention in biotechnology for their potential use as building blocks for novel materials in nanotechnology and medicine. Nanobodies are the variable domains of heavy-chain (VHH) camelid antibodies that have sparked interest as therapeutic molecules due to their simple structure, small size and high specificity. The last goal of this work was to produce genetically encoded VNPs decorated with a nanobody. Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) and TEV were used as scaffolds to produce VNPs decorated with a nanobody against the green fluorescent protein in zucchini (Cucurbita pepo) and N. benthamiana plants, respectively. Assembly and binding functionality of both VNPs against GFP was confirmed. Altogether, the work presented in this thesis contribute to the concept that plant viruses, conveniently manipulated, can turn into powerful tools in plant biotechnology and molecular farming. / This work was supported by grants BIO2016-77000-R, PID2020-114691RB-I00 and BIO2017-83184-R from the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (co-financed European Union FEDER funds). M.M. was the recipient of a predoctoral fellowship from the Spanish Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (FPU16/05294). / Martí Botella, MC. (2022). Plant-Based Production of Metabolites and Nanoparticles Using Potyvirus Vectors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187155 / TESIS / Compendio