Este trabalho de tese de doutorado baseia-se em um desenvolvimento científico amplamente multidisciplinar combinando-se protocolos, técnicas e ensaios experimentais da área de tecnologia farmacêutica, nanotecnologia, engenharia tecidual e fotobiologia. O trabalho foi realizado em duas etapas subsequentes. Primeiramente realizaram-se os estudos de desenvolvimento e caracterização de um sistema de veiculação de fármacos, o qual foi amplamente avaliado a partir de testes físico-químicos e ensaios de citotoxidade in vitro em cultura de fibroblastos humanos. Na sequencia realizaram-se estudos fotobiológicos combinando-se a aplicação de luz laser de baixa potência e fármaco fotossensível nanoestruturado com modelos teciduais, para avaliação da resposta biológica ao fotoestímulo. Para se mimetizar ao máximo as condições in vivo, construiu-se com sucesso um modelo tridimensional in vitro de pele humana, o qual se apresentou como uma ferramenta ideal para se avaliar a resposta fotobiológica após a indução de processos fotodinâmicos. Avaliou-se também o emprego dos equivalentes dermais como sistemas alternativos em testes de permeação e retenção cutânea in vitro. Os resultados obtidos foram promissores, auxiliando na compreensão dos mecanismos de interação dos processos fotodinâmicos com a matriz extracelular em combinação com a engenharia tecidual, mimetizando assim as condições in vivo da pele humana. Foi possível estabelecer também as bases para novos protocolos disponíveis para testes dermatológicos envolvendo produtos do segmento farmacêutico, cosmecêutico e áreas correlatas. / This work of doctorate thesis bases on a scientific development thoroughly multidiscipline combining protocols, techniques and experimental assays of the pharmaceutical technology, nanotechnology, tissue engineering and photobiology. The work was accomplished in three subsequent stages. Firstly were carried out studies and characterization of a drug delivery system with nanotechnology, which was evaluated thoroughly starting from physical-chemical tests and assays of cytotoxicity in human fibroblast culture. In the sequence were carried photobiological studies combining the application of low-intensity laser and nanosized photosensitizers with tissue models, for evaluation of the biological photostimulation. In mimetic conditions it was developed an in vitro three-dimensional human skin model, as tool to evaluate the photobiological response after the induction of the photodynamic processes and also as alternative for in vitro assays of drug permeation/retention. Results were promising, aiding in the understanding of interaction of extracellular matrix with photodynamic processes. Therefore, the work was based in combination of techniques with application in dermatology, pharmaceutical process, cosmetics and correlate areas.

Os modelos de reconstrução do microambiente são úteis para investigar as propriedades biológicas dos melanócitos humanos com a matriz e como plataforma para testes de novos fármacos. Existe uma demanda crescente para a utilização de pele e derme reconstruídas em laboratório, em ensaios in vitro de citotoxicidade, viabilidade celular, crescimento celular, irritabilidade e avaliação dos constituintes da matriz extracelular. Caracterizamos, em equivalente dérmico, alguns mecanismos de viabilidade e invasão de melanoma metastático humano quando na presença da matriz, a fim de ampliar o conhecimento a respeito de novas terapias contra o melanoma e entender os mecanismos que favorecem seu potencial invasivo, mimetizando com mais fidelidade o que ocorre in vivo. Através da validação deste modelo, constatamos que ele é essencial para resgatar a fisiopatologia do tumor, pois o melanoma, na presença de equivalente dérmico, torna-se capaz de evadir mecanismos de morte e aumentar a secreção de metaproteinases e citocinas que favorecerão a evolução tumoral. Avaliamos também as propriedades antineoplásicas do ácido clorogênico, que já foram relatadas em um grande número de tumores, porém os mecanismos que levam à sua ação antitumoral ainda não foram bem elucidados. Diante dos trabalhos enfatizando o efeito quimioprotetor dos polifenóis, referentes à sua ação antioxidante em células neoplásicas e com potencial metastático, não há na literatura estudos que comprovem a eficácia do ácido clorogênico sobre células de melanoma metastático humano. Portanto, este estudo visou recriar a estrutura dérmica in vitro e, a partir disso, comparar a resposta de fármacos em células de melanoma cultivada em equivalente dérmico, a fim de avaliar se há modulação diferencial nesse substrato, sugerindo, portanto, um protocolo mais eficaz para a prospecção de fármacos antimelanoma. / The microenvironment reconstruction models are useful for investigating the biological properties of human melanocytes onto the matrix and as platform for testing new drugs. There is a growing demand for the use of reconstructed skin and dermis in the laboratory for in vitro assays of cytotoxicity, viability, cell growth, irritability, and evaluation of the extracellular matrix. We characterize in dermal equivalent some mechanisms for cell viability and invasion of human metastatic melanoma in the presence of matrix, the order to increase knowledge about new therapies against melanoma and to understand the mechanisms that favor its invasive potential, to more closely mimic what occurs in vivo. By means of this model, we find that it is essential to rescue the tumor physiopathology as melanoma, in the presence of dermal equivalent, it is able to evade death mechanisms and increase the expression of metalloproteinases and cytokines which favor the tumor evolution. We also evaluated the antineoplastic properties of chlorogenic acid, that have been reported in a large number of tumors, but the mechanisms that lead to its antitumor action has not been well elucidated. Before the work emphasizing the chemoprotective effect of polyphenols related to its antioxidant action in neoplastic cells and with metastatic potential, there is no literature studies confirming the effectiveness of chlorogenic acid on human metastatic melanoma cells. Therefore, this study aims to rebuild the dermal structure in vitro, and from this, to compare the response to drugs in melanoma cells dermal equivalent cultured in order to evaluate whether modulation differential on the substrate, thus suggesting a protocol more effective for prospecting antimelanoma drugs.

Os modelos de reconstrução do microambiente são úteis para investigar as propriedades biológicas dos melanócitos humanos com a matriz e como plataforma para testes de novos fármacos. Existe uma demanda crescente para a utilização de pele e derme reconstruídas em laboratório, em ensaios in vitro de citotoxicidade, viabilidade celular, crescimento celular, irritabilidade e avaliação dos constituintes da matriz extracelular. Caracterizamos, em equivalente dérmico, alguns mecanismos de viabilidade e invasão de melanoma metastático humano quando na presença da matriz, a fim de ampliar o conhecimento a respeito de novas terapias contra o melanoma e entender os mecanismos que favorecem seu potencial invasivo, mimetizando com mais fidelidade o que ocorre in vivo. Através da validação deste modelo, constatamos que ele é essencial para resgatar a fisiopatologia do tumor, pois o melanoma, na presença de equivalente dérmico, torna-se capaz de evadir mecanismos de morte e aumentar a secreção de metaproteinases e citocinas que favorecerão a evolução tumoral. Avaliamos também as propriedades antineoplásicas do ácido clorogênico, que já foram relatadas em um grande número de tumores, porém os mecanismos que levam à sua ação antitumoral ainda não foram bem elucidados. Diante dos trabalhos enfatizando o efeito quimioprotetor dos polifenóis, referentes à sua ação antioxidante em células neoplásicas e com potencial metastático, não há na literatura estudos que comprovem a eficácia do ácido clorogênico sobre células de melanoma metastático humano. Portanto, este estudo visou recriar a estrutura dérmica in vitro e, a partir disso, comparar a resposta de fármacos em células de melanoma cultivada em equivalente dérmico, a fim de avaliar se há modulação diferencial nesse substrato, sugerindo, portanto, um protocolo mais eficaz para a prospecção de fármacos antimelanoma. / The microenvironment reconstruction models are useful for investigating the biological properties of human melanocytes onto the matrix and as platform for testing new drugs. There is a growing demand for the use of reconstructed skin and dermis in the laboratory for in vitro assays of cytotoxicity, viability, cell growth, irritability, and evaluation of the extracellular matrix. We characterize in dermal equivalent some mechanisms for cell viability and invasion of human metastatic melanoma in the presence of matrix, the order to increase knowledge about new therapies against melanoma and to understand the mechanisms that favor its invasive potential, to more closely mimic what occurs in vivo. By means of this model, we find that it is essential to rescue the tumor physiopathology as melanoma, in the presence of dermal equivalent, it is able to evade death mechanisms and increase the expression of metalloproteinases and cytokines which favor the tumor evolution. We also evaluated the antineoplastic properties of chlorogenic acid, that have been reported in a large number of tumors, but the mechanisms that lead to its antitumor action has not been well elucidated. Before the work emphasizing the chemoprotective effect of polyphenols related to its antioxidant action in neoplastic cells and with metastatic potential, there is no literature studies confirming the effectiveness of chlorogenic acid on human metastatic melanoma cells. Therefore, this study aims to rebuild the dermal structure in vitro, and from this, to compare the response to drugs in melanoma cells dermal equivalent cultured in order to evaluate whether modulation differential on the substrate, thus suggesting a protocol more effective for prospecting antimelanoma drugs.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Josélia Cavalcante.pdf: 2066179 bytes, checksum: aa97fce25428f2255e1903f2a469b456 (MD5) Previous issue date: 2016-05-09 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / Cancer is a disease characterized by the uncontrolled growth and spread of abnormal cells. Among the main neoplasms, melanoma is the leading disease related to the skin by having high aggressiveness and resistance to conventional chemotherapy in advanced stages of the disease, accounting for 80% of deaths from skin cancer. In search of new therapeutic alternatives, has investigated the use of cell culture models that mimetizem the Tumor Microenvironment in vivo allowing more reliable analysis of in vitro activity of promising drugs for cancer treatment. One of the alternatives is the three-dimensional model of dermal skin structure, also called dermal equivalent. The 1 h-ciclopenta [b] nafto [2.3-d] furan-5.10 (3aH, 10bH)-Dione (IVS320), a furan naphthoquinone synthesized from 2-hydroxy-1.4-naphthoquinone (Lausona), presented excellent results of cytotoxicity against the strains of melanoma justifying the selection of this substance for this research project and the need for the development of other analysis showing their potential. Thus, the present study aimed to standardize the cell culture model in dermal equivalent, as well as assess the anticancer activity of IVS320 in human melanoma line SK-Mel-28. The model of study provided a comparison of the cytotoxic activity is genotoxic activity of Metalloproteinases and of IVS320 in SK-Mel-28 cultivated dermal equivalent culture in monolayer and the ability to inhibit cell migration and cell death mechanism. IVS320 performed for SK-cytotoxic Mel-28 in both cell culture models by the method of the MTT, however its activity was decreased when tested in the dermal equivalent model. CI50 average of IVS320 in SK-Mel-28 grown in monolayer was 0.5 μM in three days of treatment. Assessing the cytotoxicity in dermal equivalent model, introduced IVS320 increase in value from the CI50 concentration and time dependent, 8.05, 5.22 and 2.7 μM in 24, 48 and 72 hours of treatment respectively. The Comet test showed themselves simple tape breaks in three concentrations tested and double tape breaks only in the highest concentration in cells grown in monolayer. In the dermal equivalent model only damage were detected in neutral pH Comet in the two largest concentrations. By zymography assay was possible to assess the activity of Metalloproteinases-2 and-9. The results obtained showed the inhibitory effect of IVS320 enzyme activity in three concentrations tested in both cell culture models in treatment time of 18 hours. Additionally, cell motility test, it was observed that IVS320 also proved effective as the inhibition of this activity in all the three days of treatment (6, 12 and 24 hours) when tested in highest concentration. On differential staining LA/BE, noted an increase in the number of apoptotic cells of concentration dependent manner, however, the number of necrotic cells not varied. The results of this survey provide information about IVS320 and help in studies on alternative means in experimental Pharmacology through use of cell culture models dermal equivalent, and highlights the importance of new experimental models. / Câncer é uma doença caracterizada pelo crescimento descontrolado e disseminação de células anormais. Dentre as principais neoplasias,o melanoma é a principal doença relacionada à pelepor possuir alta agressividadee resistência a quimioterapia convencional em estágios mais avançados da doença, sendo responsável por 80% das mortes por cânceres de pele. Em busca de novas alternativas terapêuticas, tem se investigado a utilização de modelos de cultura celular que mimetizem o microambiente tumoral in vivo possibilitando analisar de forma mais fidedigna in vitro a atividade de drogas promissoras para o tratamento do câncer. Uma das alternativas é o modelo tridimensional de estrutura dérmica da pele, também denominado de equivalente dérmico. A 1H-ciclopenta[b]nafto[2,3-d]furano-5,10(3aH,10bH)-diona (IVS320), uma furano naftoquinona sintetizada a partir de 2-hidroxi-1,4-naftoquinona (Lausona), apresentou excelentes resultados de citotoxicidade frente às linhagens de melanoma justificando a seleção desta substância para este projeto de pesquisa e a necessidade do desenvolvimento de outras análises que comprovem realmente seu potencial. Sendo assim, o presente estudo objetivoupadronizar o modelo de cultura celular em equivalente dérmico, bem como avaliar a atividade anticâncer de IVS320 em linhagem de melanoma humano SK-Mel-28. O modelo de estudo proporcionou a comparação da atividade citotóxica, genotóxica e atividade inibitória de metaloproteinases de IVS320 em SK-Mel-28 cultivada em equivalente dérmico e cultura em monocamada,a capacidade de inibir a migração da célula e mecanismo de morte celular. IVS320 apresentou-se citotóxica para SK-Mel-28 nos dois modelos de cultura celular pelo método do MTT, no entanto sua atividade foi diminuída quando testada no modelo de equivalente dérmico. A média da CI50 de IVS320 em SK-Mel-28 cultivada em monocamada foi 0,5μM nos três tempos de tratamento. Avaliando a citotoxicidade no modelo de equivalente dérmico, IVS320 apresentou aumento no valor da CI50 de forma concentração e tempo dependente, 8,05, 5,22 e 2,7μM em 24, 48 e 72 horas de tratamento respectivamente. No teste do cometa evidenciaram-se quebras de fitas simples nas três concentrações testadas e quebras de fitas duplas somente na maior concentração em células cultivadas em monocamada. Já no modelo de equivalente dérmico foram detectados danos somente no cometa pH neutro nas duas maiores concentrações. Através do ensaio da zimografia foi possível avaliar a atividade de metaloproteinases -2 e -9. Nos resultados obtidos, observou-se o efeito inibitório da atividade enzimáticade IVS320 nas três concentrações testadas nos dois modelos de cultura celular no tempo de tratamento de 18 horas. Adicionalmente, no ensaio de motilidade celular, foi observado que IVS320 também se mostrou eficaz quanto à inibição dessa atividade nos três tempos de tratamento (6, 12 e 24 horas) quando testada na maior concentração (1,0μM). Na coloração diferencial LA/BE, foi observado um aumento no número de células apoptóticas de forma concentração dependente, entretanto, o número de células em necrose não variou. Os resultados desta pesquisa contribuem com informações acerca da IVS320 e auxiliam nos estudos sobre meios alternativos na farmacologia experimental por meio da utilização dos modelos de cultura celular em equivalente dérmico e evidencia a importância de novos modelos experimentais.

Este trabalho de tese de doutorado baseia-se em um desenvolvimento científico amplamente multidisciplinar combinando-se protocolos, técnicas e ensaios experimentais da área de tecnologia farmacêutica, nanotecnologia, engenharia tecidual e fotobiologia. O trabalho foi realizado em duas etapas subsequentes. Primeiramente realizaram-se os estudos de desenvolvimento e caracterização de um sistema de veiculação de fármacos, o qual foi amplamente avaliado a partir de testes físico-químicos e ensaios de citotoxidade in vitro em cultura de fibroblastos humanos. Na sequencia realizaram-se estudos fotobiológicos combinando-se a aplicação de luz laser de baixa potência e fármaco fotossensível nanoestruturado com modelos teciduais, para avaliação da resposta biológica ao fotoestímulo. Para se mimetizar ao máximo as condições in vivo, construiu-se com sucesso um modelo tridimensional in vitro de pele humana, o qual se apresentou como uma ferramenta ideal para se avaliar a resposta fotobiológica após a indução de processos fotodinâmicos. Avaliou-se também o emprego dos equivalentes dermais como sistemas alternativos em testes de permeação e retenção cutânea in vitro. Os resultados obtidos foram promissores, auxiliando na compreensão dos mecanismos de interação dos processos fotodinâmicos com a matriz extracelular em combinação com a engenharia tecidual, mimetizando assim as condições in vivo da pele humana. Foi possível estabelecer também as bases para novos protocolos disponíveis para testes dermatológicos envolvendo produtos do segmento farmacêutico, cosmecêutico e áreas correlatas. / This work of doctorate thesis bases on a scientific development thoroughly multidiscipline combining protocols, techniques and experimental assays of the pharmaceutical technology, nanotechnology, tissue engineering and photobiology. The work was accomplished in three subsequent stages. Firstly were carried out studies and characterization of a drug delivery system with nanotechnology, which was evaluated thoroughly starting from physical-chemical tests and assays of cytotoxicity in human fibroblast culture. In the sequence were carried photobiological studies combining the application of low-intensity laser and nanosized photosensitizers with tissue models, for evaluation of the biological photostimulation. In mimetic conditions it was developed an in vitro three-dimensional human skin model, as tool to evaluate the photobiological response after the induction of the photodynamic processes and also as alternative for in vitro assays of drug permeation/retention. Results were promising, aiding in the understanding of interaction of extracellular matrix with photodynamic processes. Therefore, the work was based in combination of techniques with application in dermatology, pharmaceutical process, cosmetics and correlate areas.

Este trabalho investigou, pela primeira vez, a influência do CH na modulação do metabolismo e proliferação de fibroblastos dérmicos humanos (FDHs) derivados de áreas fotoprotegida e fotoexposta, cultivados em modelo de monocamada. Além disto, foram investigados os efeitos da suplementação com CH na secreção de colágeno tipo I, em modelo de cultura 3D de equivalente dérmico, derivado de matriz produzida exclusivamente por FDHs. O tratamento com CH não influenciou a proliferação celular dos fibroblastos derivados de ambas as áreas, porém modulou expressivamente o metabolismo dos FDHs cultivados em monocamada, elevando o conteúdo de pró-colágeno I e colágeno I e diminuindo a atividade de metaloproteinases de matriz (MMP) 1 e 2. Concentrações menores de CH foram suficientes para estimular as células de área fotoexposta, sugerindo efeitos mais pronunciados do CH nestas células. Este estudo é uma contribuição importante para compreensão dos efeitos biológicos do CH nas células da pele e viabilidade do seu uso como ingrediente funcional de suplementos alimentares. / This study investigated, for the first time, the influence of CH on the extracellular matrix metabolism and proliferation of human dermal fibroblasts (HDFs) derived from sun-protected and sun-exposed body sites, cultured in monolayer in vitro model. Moreover, CH effects on the secretion of type I collagen were investigated in dermal equivalent 3D model derived from dermal matrix produced exclusively by HDFs. CH treatment did not affect cellular proliferation of either cell cultures, but notably modulated cell metabolism in monolayer model, increasing the content of procollagen I and collagen I and decreasing metalloproteinase activity (MMP) 1 and 2. These effects were confirmed in the human dermal equivalent model. Lower concentrations of CH were enough to stimulate sun-exposed-derived HDFs, suggesting more pronounced effect in these cells. This study presents an important contribution to understanding the biological effects of CH in skin cells and viability of its use as a functional ingredient in food supplements.

Este trabalho investigou, pela primeira vez, a influência do CH na modulação do metabolismo e proliferação de fibroblastos dérmicos humanos (FDHs) derivados de áreas fotoprotegida e fotoexposta, cultivados em modelo de monocamada. Além disto, foram investigados os efeitos da suplementação com CH na secreção de colágeno tipo I, em modelo de cultura 3D de equivalente dérmico, derivado de matriz produzida exclusivamente por FDHs. O tratamento com CH não influenciou a proliferação celular dos fibroblastos derivados de ambas as áreas, porém modulou expressivamente o metabolismo dos FDHs cultivados em monocamada, elevando o conteúdo de pró-colágeno I e colágeno I e diminuindo a atividade de metaloproteinases de matriz (MMP) 1 e 2. Concentrações menores de CH foram suficientes para estimular as células de área fotoexposta, sugerindo efeitos mais pronunciados do CH nestas células. Este estudo é uma contribuição importante para compreensão dos efeitos biológicos do CH nas células da pele e viabilidade do seu uso como ingrediente funcional de suplementos alimentares. / This study investigated, for the first time, the influence of CH on the extracellular matrix metabolism and proliferation of human dermal fibroblasts (HDFs) derived from sun-protected and sun-exposed body sites, cultured in monolayer in vitro model. Moreover, CH effects on the secretion of type I collagen were investigated in dermal equivalent 3D model derived from dermal matrix produced exclusively by HDFs. CH treatment did not affect cellular proliferation of either cell cultures, but notably modulated cell metabolism in monolayer model, increasing the content of procollagen I and collagen I and decreasing metalloproteinase activity (MMP) 1 and 2. These effects were confirmed in the human dermal equivalent model. Lower concentrations of CH were enough to stimulate sun-exposed-derived HDFs, suggesting more pronounced effect in these cells. This study presents an important contribution to understanding the biological effects of CH in skin cells and viability of its use as a functional ingredient in food supplements.