Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2007. / Also available online.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2007. / Title proper from title frame. Also available in printed format.

published_or_final_version / abstract / Chemistry / Doctoral / Doctor of Philosophy

M.Sc. / Sub-Saharan Africa accounts for a large fraction of the world’s infectious diseases, particularly AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) and Tuberculosis (TB) and at the same time, iron (Fe) overload is common to several of its regions. Excess Fe aids in the replication of both Human Immunodeficiency Virus (HIV) and Mycobacterium tuberculosis (M.tuberculosis, Lounis, 2001; Georgiou, 2000) and also causes a malfunction of the host’s defense system and may ultimately lead to cell death. Not only does iron assist in pathogen survival but the pathogens themselves have a synergistic relationship where infection of one supports the replication of the other (Toosi, 2001; Bonecini-Almeida et al., 1998). Controlling the replication of these pathogens as well as the iron overload simultaneously becomes a huge task as many pathogenic and host factors needs to be considered at once. Desferrioxamine (DFO), a chelator commonly used to treat clinical conditions of iron overload has been reported to inhibit the multiplication of pathogens and at the same time extract the excess iron.

Despite recent advances, radiopharmaceuticals to detect and characterize bacterial infections have a number of limitations. Many of the clinically approved radiopharmaceutical agents are not specific to bacterial infections and accumulate at lesions of inflammation. Hence, new approaches are necessary to detect bacteria with high specificity and selectivity. A library of desferrioxamine B (DFO) derivatives were prepared to create radiolabeled siderophores to create a bacteria-specific imaging probe by exploiting the mechanism bacteria use to scavenge iron, which plays a key role in bacterial growth and biofilm formation Compounds were synthesized using two convenient carbamate forming strategies in 30% to 92% yield. The cold and radioactive gallium (67Ga) complexes were prepared and characterized and their uptake by S. aureus bacteria were assessed in vitro and in vivo. In vivo studies revealed that 67GaDFOethoxycarbamate had uptake comparable to GaDFO that was blockable, showing the compound was actively taken up via the siderophore pathway. In vivo studies in a mouse model resulted in a good infected to non-infected thigh ratio (11:1) and non-specific uptake by the GI tract. Bioorthogonal chemistry was also explored as an approach for imaging infection using trans-cyclooctene (TCO) functionalized vancomycin and a tetrazine functionalized 67GaDFO (67GaDFO-Tz) complex.2,3 In vitro results revealed that allowing vancomycin-TCO to bind S. aureus prior to the addition of 67GaDFO-Tz (pretargeting) showed higher (63%) uptake than with a conjugate formed prior to incubation with the bacteria (direct targeting, 28%). For the bioorthogonal approach, the distribution of the 67GaDFO-Tz was assessed in a S. aureus infection murine model, which showed significant uptake of 67GaDFO-Tz in the GI tract 1 h post intravenous injection. However, uptake in the infected joint was evident at 71 h post infection. The data suggests targeting bacteria using TCO-labeled antibiotics and radiolabeled tetrazines is a feasible strategy, but that further optimization of the vancomycin injection dose and injection time are necessary. / Thesis / Master of Science (MSc)

OBJETIVOS: determinar a relação entre parâmetros de estresse oxidativo, gravidade de sepse e resposta ao tratamento com antioxidantes. MATERIAL E MÉTODOS: foram incluídos pacientes consecutivos admitidos na UTI de um hospital terciário com o diagnóstico de sepse, sepse grave ou choque séptico. Os pacientes foram avaliados diariamente e foi coletado sangue imediatamente após a inclusão no estudo (máximo de 12h após diagnóstico de sepse). Avaliou-se os níveis séricos de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), carbonilação de proteínas, atividade de superóxido dismutase (SOD) e catalase. Estas variáveis foram correlacionadas com desfecho e variáveis clínicas. Para determinar a relação dos parâmetros oxidativos na resposta ao tratamento, utilizamos o modelo de ligação cecal e perfuração (CLP) empregando ou não tratamento antioxidante (N-acetilcisteína mais deferoxamina). Coletou-se sangue da veia caudal 3h após a indução de sepse e correlacionou-se os parâmetros com resposta ao tratamento antibiótico e antioxidante. Para determinar se o tratamento antioxidante poderia ser retardado por 12h, em uma segunda amostra de animais coletou-se sangue da veia caudal e administrou-se ou não tratamento após 12h da indução de sepse. RESULTADOS: níveis elevados de proteínas carboniladas e de SOD no diagnóstico de sepse são relacionados com óbito por sepse nesta amostra. Estes parâmetros são correlacionados com a gravidade da doença avaliada pelos escores APACHE II e MODS. Níveis de atividade da SOD podem prever resposta ao tratamento com antioxidantes no modelo CLP, tanto 3 como 12h após a indução de sepse. CONCLUSÃO: Parâmetros oxidativos são associados com gravidade e desfecho de sepse em UTI geral, e podem prever resposta ao tratamento antioxidante em animas. / OBJECTIVE: determine the relationship between oxidative stress parameters, sepsis severity and treatment response to antioxidants. MATERIALS AND METHODS: were included consecutive patients admited on ICU at a tertiary care Hospital with sepsis, severe sepsis or septic shock. The patients were evaluated, blood samples were colected immediately after study inclusion (12h maximum after sepsis diagnosis). We determined plasma levels of thiobarbituric acid reactive species (TBARS), protein carbonyls, superoxide dismutase (SOD) and catalase activities and correlate it to clinical parameters. To determine the relation between oxidative parameters and response to antioxidant treatment we used the cecal ligation and perforation (CLP) model of sepsis, using or not antioxidants (n-acetyilcysteine plus deferoxamine) 3 or 12 hours after CLP. RESULTS: non-survivor septic patients presented higher protein carbonyls and SOD activity when compared to survivor patients. These parameters were correlated to APACHE II and MODS in our sample. In addition, plasma SOD levels predicted response to antioxidant treatment in the CLP model, both 3 and 12 houras after sepsis induction. CONCLUSION: Oxidative parameters are correlated to severity and outcome in septic patients and could predict response to antioxidant treatment in the CLP model.

OBJETIVOS: determinar a relação entre parâmetros de estresse oxidativo, gravidade de sepse e resposta ao tratamento com antioxidantes. MATERIAL E MÉTODOS: foram incluídos pacientes consecutivos admitidos na UTI de um hospital terciário com o diagnóstico de sepse, sepse grave ou choque séptico. Os pacientes foram avaliados diariamente e foi coletado sangue imediatamente após a inclusão no estudo (máximo de 12h após diagnóstico de sepse). Avaliou-se os níveis séricos de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), carbonilação de proteínas, atividade de superóxido dismutase (SOD) e catalase. Estas variáveis foram correlacionadas com desfecho e variáveis clínicas. Para determinar a relação dos parâmetros oxidativos na resposta ao tratamento, utilizamos o modelo de ligação cecal e perfuração (CLP) empregando ou não tratamento antioxidante (N-acetilcisteína mais deferoxamina). Coletou-se sangue da veia caudal 3h após a indução de sepse e correlacionou-se os parâmetros com resposta ao tratamento antibiótico e antioxidante. Para determinar se o tratamento antioxidante poderia ser retardado por 12h, em uma segunda amostra de animais coletou-se sangue da veia caudal e administrou-se ou não tratamento após 12h da indução de sepse. RESULTADOS: níveis elevados de proteínas carboniladas e de SOD no diagnóstico de sepse são relacionados com óbito por sepse nesta amostra. Estes parâmetros são correlacionados com a gravidade da doença avaliada pelos escores APACHE II e MODS. Níveis de atividade da SOD podem prever resposta ao tratamento com antioxidantes no modelo CLP, tanto 3 como 12h após a indução de sepse. CONCLUSÃO: Parâmetros oxidativos são associados com gravidade e desfecho de sepse em UTI geral, e podem prever resposta ao tratamento antioxidante em animas. / OBJECTIVE: determine the relationship between oxidative stress parameters, sepsis severity and treatment response to antioxidants. MATERIALS AND METHODS: were included consecutive patients admited on ICU at a tertiary care Hospital with sepsis, severe sepsis or septic shock. The patients were evaluated, blood samples were colected immediately after study inclusion (12h maximum after sepsis diagnosis). We determined plasma levels of thiobarbituric acid reactive species (TBARS), protein carbonyls, superoxide dismutase (SOD) and catalase activities and correlate it to clinical parameters. To determine the relation between oxidative parameters and response to antioxidant treatment we used the cecal ligation and perforation (CLP) model of sepsis, using or not antioxidants (n-acetyilcysteine plus deferoxamine) 3 or 12 hours after CLP. RESULTS: non-survivor septic patients presented higher protein carbonyls and SOD activity when compared to survivor patients. These parameters were correlated to APACHE II and MODS in our sample. In addition, plasma SOD levels predicted response to antioxidant treatment in the CLP model, both 3 and 12 houras after sepsis induction. CONCLUSION: Oxidative parameters are correlated to severity and outcome in septic patients and could predict response to antioxidant treatment in the CLP model.

OBJETIVOS: determinar a relação entre parâmetros de estresse oxidativo, gravidade de sepse e resposta ao tratamento com antioxidantes. MATERIAL E MÉTODOS: foram incluídos pacientes consecutivos admitidos na UTI de um hospital terciário com o diagnóstico de sepse, sepse grave ou choque séptico. Os pacientes foram avaliados diariamente e foi coletado sangue imediatamente após a inclusão no estudo (máximo de 12h após diagnóstico de sepse). Avaliou-se os níveis séricos de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), carbonilação de proteínas, atividade de superóxido dismutase (SOD) e catalase. Estas variáveis foram correlacionadas com desfecho e variáveis clínicas. Para determinar a relação dos parâmetros oxidativos na resposta ao tratamento, utilizamos o modelo de ligação cecal e perfuração (CLP) empregando ou não tratamento antioxidante (N-acetilcisteína mais deferoxamina). Coletou-se sangue da veia caudal 3h após a indução de sepse e correlacionou-se os parâmetros com resposta ao tratamento antibiótico e antioxidante. Para determinar se o tratamento antioxidante poderia ser retardado por 12h, em uma segunda amostra de animais coletou-se sangue da veia caudal e administrou-se ou não tratamento após 12h da indução de sepse. RESULTADOS: níveis elevados de proteínas carboniladas e de SOD no diagnóstico de sepse são relacionados com óbito por sepse nesta amostra. Estes parâmetros são correlacionados com a gravidade da doença avaliada pelos escores APACHE II e MODS. Níveis de atividade da SOD podem prever resposta ao tratamento com antioxidantes no modelo CLP, tanto 3 como 12h após a indução de sepse. CONCLUSÃO: Parâmetros oxidativos são associados com gravidade e desfecho de sepse em UTI geral, e podem prever resposta ao tratamento antioxidante em animas. / OBJECTIVE: determine the relationship between oxidative stress parameters, sepsis severity and treatment response to antioxidants. MATERIALS AND METHODS: were included consecutive patients admited on ICU at a tertiary care Hospital with sepsis, severe sepsis or septic shock. The patients were evaluated, blood samples were colected immediately after study inclusion (12h maximum after sepsis diagnosis). We determined plasma levels of thiobarbituric acid reactive species (TBARS), protein carbonyls, superoxide dismutase (SOD) and catalase activities and correlate it to clinical parameters. To determine the relation between oxidative parameters and response to antioxidant treatment we used the cecal ligation and perforation (CLP) model of sepsis, using or not antioxidants (n-acetyilcysteine plus deferoxamine) 3 or 12 hours after CLP. RESULTS: non-survivor septic patients presented higher protein carbonyls and SOD activity when compared to survivor patients. These parameters were correlated to APACHE II and MODS in our sample. In addition, plasma SOD levels predicted response to antioxidant treatment in the CLP model, both 3 and 12 houras after sepsis induction. CONCLUSION: Oxidative parameters are correlated to severity and outcome in septic patients and could predict response to antioxidant treatment in the CLP model.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Muitos microorganismos desenvolveram a habilidade de adquirir ferro a partir do seu hospedeiro para seu próprio metabolismo. Toxoplasma gondii, um parasito intracelular obrigatório, produz proteinas de roptrias que são capazes de ligar ao transportador de ferro. Além disso, quelante de ferro foi capaz de controlar o parasitismo em células intestinais de rato. Logo, este trabalho teve como objetivo investigar a relação do efeito da adição ou privação de ferro na multiplicação de T. gondii e resultado da infecção quando o parasito é administrado por via oral e em cultura celular. Camundongos C57BL/6 foram infectados oralmente com T. gondii e tratados com um quelante de ferro, deferoxamina ou suplementados com ferro e o parasitismo, parâmetros imunológicos e histológicos foram analisados. Observou-se que a infecção aumentou a deposição de ferro no intestino delgado, pulmão e fígado e também sistematicamente. O tratamento com deferoxamina foi capaz de diminuir os níveis de ferro nas amostras de soro. O tratamento com deferoxamina diminuiu a carga parasitária no intestino delgado e alterações inflamatórias no órgão, preservando seu comprimento e também diminuiu o parasitismo pulmonar. Além disso, a suplementação com ferro aumentou a carga parasitária no intestino delgado, pulmão e fígado, associado com alterações inflamatórias nesses órgãos, bem como houve aumento da proliferação parasitária em cultivo celular com células Caco-2. A infecção oral modulou o perfil de expressão de marcadores de absorção de ferro, aumentando os níveis de IL-6 sistêmicos. Juntos, nossos resultados sugerem que a quelação de ferro comumente usada para tratar a sobrecarga de ferro pode ser um medicamento promissor para controlar a proliferação de T. gondii e consequentemente a inflamação causada por infecção e que o ferro é um nutriente essencial para o metabolismo de T. gondii. / Many microorganisms have developed the ability to acquire iron from their host to their own metabolism. Toxoplasma gondii, an obligate intracellular parasite, produces rhoptry proteins that are capable of binding to the iron transporter. In addition, iron chelator was able to control parasitism in rat intestinal cells. Therefore, the objective of this work was to investigate the relationship of the effect of iron addition or deprivation on the multiplication of T. gondii and the result of infection when the parasite is administered orally and in cell culture. C57BL/6 mice were orally infected with T. gondii and treated with an iron chelator, deferoxamine or iron supplemented and parasitism, immunological and histological parameters were analyzed. It was observed that the infection increased the deposition of iron in the small intestine, lung and liver and also systematically. Treatment with deferoxamine was able to decrease iron levels in the serum samples. Treatment with deferoxamine reduced parasite burden in the small intestine and inflammatory changes in the organ, preserving its length and also decreased pulmonary parasitism. In addition, iron supplementation increased parasite burden in the small intestine, lung and liver, associated with inflammatory changes in these organs, as well as increased parasite proliferation in cell culture with Caco-2 cells. Oral infection modulated the expression profile of iron absorption markers, increasing systemic IL-6 levels. Together, our results suggest that iron chelation commonly used to treat iron overload may be a promising drug to control T. gondii proliferation and consequently inflammation caused by infection and that iron is an essential nutrient for the metabolism of T. gondii. / Tese (Doutorado)