Quitosana é um polissacarídeo usado em diversas aplicações biológicas, por exemplo, em liberação controlada de drogas, transfecção, aceleração da cicatrização de feridas e como agente bactericida, entre outras. Em todas essas aplicações, o polímero interage com tecidos e células. Entretanto, embora sua ação seja comprovada, os mecanismos de ação e a interação do polímero com células e biomembranas no nível molecular ainda não são conhecidos. Nesta tese de doutorado, filmes de Langmuir e Langmuir-Blodgett (LB) de lipídios foram usados como modelos de membrana celular para estudar em nanoescala a interação e os efeitos causados pela quitosana. Primeiramente, observou-se que a quitosana, um polieletrólito solúvel em pH ácidos, possui atividade superficial induzida na presença de um filme interfacial de lipídio, demonstrando que o polímero possui interação favorável com membranas. Após adsorver sobre as monocamadas, a quitosana expande as mesmas, o que ocorre apenas até uma determinada concentração de polímero, denominada concentração de saturação. A magnitude dessa expansão é menor para filmes compactos, o que sugere que a quitosana é parcialmente expulsa da interface, localizando-se na subsuperfície. Isso foi comprovado com o uso de filmes LB, que mostraram que filmes mistos com quitosana têm rugosidade cerca de 10 vezes a de filmes puros de ácido dimiristoil fosfatídico (DMPA). Foi possível confirmar que a quitosana penetra na monocamada, formando agregados com até 150 nm de altura. Além disso, a maior orientação das moléculas de fosfolipídios, sugerida por isotermas de potencial de superfície (V-A) para filmes de Langmuir, também foi comprovada para os filmes LB por medidas de espectroscopia de geração de soma de freqüências (SFG). Filmes mistos de DMPA e colesterol também foram estudados, sendo que o colesterol provoca condensação nos filmes de DMPA a baixas pressões, mas expande as monocamadas em altos estágios de compactação. Quando a quitosana interage com os filmes mistos, ela provoca a mesma expansão para todas as monocamadas independentemente da proporção de colesterol na mistura. Embora esse comportamento possa sugerir um papel inerte do colesterol, ele é explicado pela modulação da penetração da quitosana nos filmes pelo colesterol. Isso ocorre porque há um número fixo de pontos de interações eletrostáticas entre os grupos NH3+ da quitosana e PO2- do DMPA, o que foi comprovado por medidas de espectroscopia de reflexão-absorção na região do infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Com esta técnica para filmes de Langmuir, e espectroscopia SFG para filmes LB, pôde ser traçado um panorama dos efeitos da inserção de colesterol na membrana de DMPA, seguido da interação da quitosana com a membrana mista. A adição do colesterol ao filme de fosfolipídio acarreta em diminuição da ordem das cadeias de DMPA, detectado por variações nas bandas de s(CH2) e ass(PO2-) do fosfolipídio no espectro de PM-IRRAS, e pela razão s(CH3)/s(CH2) nos espectros de SFG. Por outro lado, a interação da quitosana com esse filme misto causa recuperação da orientação das caudas polares do fosfolipídio, verificada pela análise das mesmas bandas de PM-IRRAS e pela razão s(CH3)/s(CH2), que diminui de 6,62 para 4,58 com a adição de colesterol, mas volta a 5,97 após a interação com o polímero. De forma geral, a ação da quitosana sobre biomembranas é governada principalmente por interações eletrostáticas com lipídios carregados negativamente, na superfície externa das mesmas. Dentre os principais efeitos causados pelo polímero, destaca-se a diminuição da elasticidade da membrana e o aumento da orientação das moléculas de lipídio, que podem ter importantes implicações biológicas. A observação de uma concentração de saturação dos efeitos, na maioria dos casos, sugere que a dosagem e a estrutura química da quitosana devem ser bem controladas para alcançar o efeito biológico desejado. / Chitosan is a polyssaccharide with many biological applications, as in drug delivery, transfection, wound healing and as bactericidal agent, for instance. In all these applications the polymer interacts with tissues and cells. The efficacy of chitosan has been proven, but the mechanisms of action and the interactions with cells and biomembranes are still unknown. In this thesis, Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films made of lipids were employed as cell membrane models, in order to investigate the interactions and modulations caused by chitosan at the molecular level. Firstly, the soluble polyelectrolyte chitosan was found to induce surface activity when a lipid monolayer is at the air/water interface, demonstrating that the interaction of chitosan with membranes is favorable. Upon chitosan adsorption, the monolayers were increasingly expanded with increasing chitosan concentration in the subphase up to a saturation concentration. The extension of this expansion was lower for highly packed films, suggesting that chitosan was partially expelled from the interface after the compression, being located at the sub-monolayer region. This was confirmed by the 10-fold increase in film roughness observed for the areas without aggregates in LB films. Also, we could observe aggregates as high as 150 nm on the film surface, thus confirming chitosan penetration in the dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) monolayer. Mixed DMPA-cholesterol Langmuir monolayers were also produced, with cholesterol inducing condensation of the DMPA films at low pressures, and film expansion at high pressures. Regardless of the cholesterol proportion in the film, chitosan always induced the same degree of expansion on the DMPA mixed monolayers as for a neat DMPA monolayer. Although this behaviour may suggest an inert role for cholesterol, it can only be explained if the sterol is assumed to regulate the extension of chitosan penetration into the monolayer. This occurs because there is a fixed number of sites for electrostatic interactions between NH3+ groups from chitosan and PO2- from DMPA, probed by infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) measurements. Indeed, with PM-IRRAS measurements for Langmuir monolayers and sum-frequency generation spectroscopy (SFG) measurements for LB films, we could establish an overview of the effects from cholesterol on DMPA films upon interaction with chitosan. The addition of cholesterol to the DMPA monolayer caused a decrease in the chain order, which was detected by changes in the s(CH2) and ass(PO2-) bands from the phospholipid in the PM-IRRAS spectrum, and by the s(CH3)/s(CH2) intensity ratio in SFG measurements. On the other hand, the interaction of chitosan with these mixed monolayers restored chain order, as observed from the analysis of PM-IRRAS bands and the s(CH3)/s(CH2) in SFG. The latter dropped from 6.62 to 4.58 with cholesterol addition, but further increased to 5.97 with the chitosan interaction. Overall, the chitosan action on biomembranes is mainly governed by electrostatic interactions with negatively charged lipids at the external leaflet of the membrane. The main effects from chitosan to the membrane models are the decrease in membrane elasticity and the increase in molecular ordering, which can lead to important biological implications. Moreover, the existence of the so-called concentration of saturation for most systems suggests that the dosage and chemical structure of chitosan must be well controlled to obtain the desired biological effect.

Este trabalho visa ao entendimento da interação de capsaicinóides com membranas celulares utilizando sistemas modelo. Dentre os alcalóides derivados de plantas do gênero Capsicum, a capsaicina e a dihidrocapsaicina respondem por 90% dos capsaicinóides, que são usados como analgésicos e antiinflamatórios, devido a sua interação específica com receptores. O mecanismo neurofarmacológico já foi bastante estudado, mas o modo de ação não neural ainda não foi elucidado. Usamos extratos brutos (EBs) de pimenta malagueta e de dedo-de-moça, que têm atividade superficial, e afetaram monocamadas de Langmuir de fosfatidil colina de dipalmitoíla (DPPC) e fosfatidil glicerol de dipalmitoíla (DPPG). Tais efeitos não tiveram dependência expressiva com a carga, pois o EB de dedo-de-moça interagiu mais fortemente com o DPPC do que com o DPPG, ao passo que o contrário se verificou para o EB de malagueta. Também não houve diferença significativa entre os EBs das duas pimentas. Nas monocamadas de Langmuir representativas para a bactéria S. aureus, ambos os EBs tiveram efeito, tanto nas isotermas de pressão quanto nos resultados de espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS), sem distinção significativa entre malagueta e dedo-de-moça. No entanto, as medidas de vazamento com lipossomos mostraram maior interação com o EB de dedo-de-moça, o que é consistente com a atividade bactericida para S. aureus. De fato, a concentração inibitória mínima (MIC) foi 0,13 mg mL-1 para o EB da pimenta dedo-de moça e 4,0 mg mL-1 para o EB de malagueta. Para a E. coli, os EBs interagiram com as monocamadas de Langmuir sem diferenças dignas de nota para as duas pimentas, e nas medidas de vazamento o efeito maior foi para a dedo-de-moça. Não houve efeito bactericida para nenhum dos extratos. Isso se explica porque bactérias gram-negativas, como a E. coli, têm uma camada externa protetora de lipossacarídeos (LPS). Das medidas de monocamadas de Langmuir representativas da camada de LPS, observou-se pouca incorporação dos EBs. Conclui-se, assim, que os EBs não conseguem causar rompimento da camada de LPS. Do conjunto dos resultados, infere-se que o mecanismo de ação para a S. aureus envolve solubilização parcial da membrana, e não há relação entre pungência e atividade bactericida, pois a pimenta dedo-de-moça, que é menos pungente, teve maior efeito do que a malagueta. Depreende-se, também, que a ação de extratos de pimenta deve depender da interação com receptores na membrana, o que explica porque o uso de tais extratos tem sido principalmente em aplicações tópicas. / This study is aimed at understanding the interaction of capsaicinoids with cell membranes using model systems. Among the alkaloids derived from plants of the genus Capsicum, capsaicin and dihydrocapsaicin account for 90% of capsaicinoids, which are used as analgesic and anti-inflammatory due to their interaction with specific receptors. The neuropharmacological mechanism has been well studied, but the non-neural mode of action has not been elucidated. Here, we use crude extracts (EBs) of malagueta and dedo-de-moça chilli peppers, which are surface active, and affected Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG). Such effects did not depend on the charge, since EB from dedo-de-moça interacted more strongly with DPPC than with DPPG, while the opposite applied for malagueta. In addition, there was no significant difference between the two EBs. For Langmuir monolayers representing the bacteria S. aureus, both EBs affected the surface pressure isotherms and the polarizationmodulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) data, without significant distinction between dedo-de-moça and malagueta. However, in the leakage measurements with liposomes the EB from dedo-de-moça was more efficient in rupturing the liposome, which is consistent with the bactericidal activity for S. aureus. In fact, the minimum inhibitory concentration (MIC) was 0.13 mg mL-1 for dedo-de-moça and 4.0 mg mL-1 for malagueta. For the Langmuir monolayers mimicking the E. coli membrane, the EBs interacted much in the same way, while the EB from dedo-de-moça caused larger leakage in liposomes. There was no bactericidal effect of the EBs. This is explained by the fact that gram-negative bacteria, such as E. coli, have a protective outer layer of liposaccharides (LPS). In monolayers representing LPS, there was little incorporation of EBs, from which one infers that the EBs cannot cause disruption of the LPS layer. Taking all these results together, it appears that the mechanism of action for S. aureus involves partial solubilization of the membrane. Furthermore, there is no relationship between pungency and bactericidal activity because dedo-de-moça, which is less pungent, had greater effect than malagueta. It seems also that the action of pepper extracts must depend on the interaction with membrane receptors, which explains why the use of such extracts has been essentially in topical applications.

Estudos em interfaces são importantes para o completo entendimento de muitos processos em química, física e biologia. Esses sistemas são governados principalmente pelas propriedades interfaciais dos materiais. Nas duas últimas décadas, o desenvolvimento de novos métodos experimentais melhorou o nosso entendimento das propriedades interfaciais. O advento de uma série de técnicas de espectroscopia a laser baseadas em óptica não linear e o desenvolvimento das técnicas de microscopia por ponta de prova, possibilitaram estudos antes inimagináveis em superfícies e interfaces. Entre as técnicas de espectroscopia não linear, destacamos a espectroscopia por Geração de Soma de Frequências (espectroscopia SFG). Essa técnica foi desenvolvida por Shen et al. em 1987 e, desde então, é aplicada a muitos estudos em superfícies e interfaces. A espectroscopia SFG pode fornecer informações sobre a natureza química por meio do espectro vibracional e sobre o ordenamento médio das moléculas em uma única monocamada. O sinal SFG só pode ser gerado em meios não centrossimétricos, isso inclui superfícies ou interfaces entre meios centrossimétricos, onde há quebra da simetria de inversão. A combinação da espectroscopia SFG com a microscopia óptica tem sido proposta como uma nova técnica experimental para obter imagens em interfaces com sensibilidade química pelo espectro vibracional e contraste pela orientação e ordenamento das moléculas. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento, construção e caracterização de um Microscópio SFG (MSFG). Esse MSFG foi especialmente projetado para estudos em superfícies ou interfaces tanto líquidas quanto sólidas. Testes iniciais de desempenho do MSFG foram realizados na interface líquido/ar da solução binária água/acetonitrila (H2O⁄CH3CN). Foram obtidas imagens do sinal SFG ressonante com o estiramento simétrico do grupo metil (CH3) da acetonitrila na interface líquido⁄ar da solução binária. Variando a fração molar da acetonitrila na solução entre 4% e 20% observamos a dependência da intensidade do sinal SFG na interface em função da fração molar de acetonitrila no volume do líquido. Testes também foram feitos em filmes Langmuir-Blodgett multicamada de ácido esteárico (CH3(CH2)16COOH). Obtivemos a espectromicroscopia SFG na ressonância dos grupos CH2 e CH3 do ácido graxo. Pelas diferenças entre os espectros SFG das regiões ordenadas e desordenadas, a espectromicroscopia revelou distribuições microscópicas do ordenamento das cadeias alquila que formam o filme. A sensibilidade da detecção do sinal SFG foi caracterizada e revelou a possibilidade de obter imagens na superfície da água em menos de um minuto. A caracterização óptica e os testes nas interfaces líquido⁄ar e sólido⁄ar demonstraram a completa capacidade do MSFG como ferramenta para investigar qualquer superfície ou interface, seja essa líquida ou sólida. / Interface studies are important for the complete understanding of many processes in chemistry, physics and biology. These systems are mainly governed by the interfacial properties of the materials. In the last two decades, the development of new experimental methods improved our understanding of interfacial properties. The advent of a host of laser spectroscopy techniques based on nonlinear optics and the development of the scanning probe microscopy techniques, opened up unimaginable possibilities of studies at surfaces and interfaces. Among these nonlinear spectroscopies we turned our attention to Sum Frequency Generation spectroscopy (SFG spectroscopy). This technique was developed by Shen et al. in 1987 and, since then, it has been applied to many studies of surfaces and interfaces. SFG spectroscopy can provide information about the chemical nature by the vibrational spectra and about the average of molecular ordering in a single monolayer. The SFG signal only can be generated in a noncentrossymetric media, this includes surfaces or interfaces between centrossymetric media, where there is a broken in the inversion symmetry. The combination of SFG spectroscopy with optical microscopy has been proposed as a novel experimental technique to obtain images at interfaces with chemical sensitivity by the vibrational spectra as well as contrast by the ordering and orientation of the molecules. In this work we present the development, construction and characterization of an SFG Microscope (SFGM). This SFGM was specially designed to perform studies on surfaces or interfaces of liquids and solids. Initial SFGM performance tests were performed at the liquid/air interface of the water/acetonitrile (H2O/CH3CN) binary solution. The images of the SFG signal were acquired on the resonance of the methyl group (CH3) of acetonitrile present at the liquid⁄air interface of the binary solution. By varying the molar fraction of acetonitrile in the solution between 4% and 20% we observed the dependency of the SFG signal intensity as a function the acetonitrile bulk mole fraction. We also performed tests in multi-layered Langmuir-Blodgett films of stearic acid (CH3(CH2)16COOH). We obtained the SFG spectromicroscopy in the resonance of CH2 and CH3 groups of the fatty acid. By the differences between the SFG spectra of ordered and disordered regions, the spectromicroscopy revealed microscopic distribution of the conformational ordering in the alkyl chains that composes the film. The sensitivity of the SFG microscope was characterized and it was shown that images could be acquired at the water surface in less than one minute. The optical characterization and the performed tests at the liquid/air and solid/air interfaces demonstrated the full capabilities of the SFGM as a tool for investigations in any liquid or solid interface.

As coberturas de hidroxiapatita (HAp) são utilizadas para aumentar a osteointegração em implantes de titânio (Ti), devido à sua capacidade de promover a biomineralização para corrigir defeitos esqueléticos e craniofaciais. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência dos revestimentos sobre culturas primárias de osteoblastos. Na primeira fase de estudos, desenvolvemos uma nova abordagem de revestimento baseada em filmes Langmuir-Blodgett (LB) de dihexadecilfosfato (DHP) e ácido octadecilfosfônico (OPA) depositados em discos Ti, e crescimento subsequente de cristais de HAp. Analisamos a viabilidade dos osteoblastos, a atividade da fosfatase alcalina (ALP) e a formação da matriz mineralizada por métodos colorimétricos e a morfologia das culturas por microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal. Os resultados revelaram que o revestimento DHP/HAp aumentou a viabilidade dos osteoblastos até 150% em comparação com o controle em todos os dias testados. O revestimento OPA/HAp promoveu a maior viabilidade ao 14 dias (190%). A atividade de ALP foi aumentada apenas pelo revestimento de DHP/HAp ao 14º dia em comparação com o controle e Ti limpo. A microscopia eletrônica de varredura e as microfotografias confocais revelaram diferenças morfológicas entre os osteoblastos cultivados em ambos os revestimentos, aumentando o seu número e o espalhamento. O revestimento de DHP/HAp aumentou a produção de nódulos biomineralizados. O ensaio de biomineralização pela técnica do Vermelho de Alizarina mostrou que o revestimento de OPA/HAp possuía uma concentração de cálcio (Ca2+) 1,88 vezes superior à cobertura de DHP/HAp. Uma vez que a literatura relata que o Ca2+ pode estimular ou inibir a atividade da ALP e, consequentemente, o processo de biomineralização, as diferenças no comportamento desses dois revestimentos podem estar relacionadas às diferenças de concentração de superfície de Ca2+. O bom desempenho do revestimento de DHP/HAp pode estar relacionado às características da composição química, adicionada à técnica de deposição LB. Na segunda fase da pesquisa, as monocamadas de Langmuir de DHP e dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) foram testadas e utilizadas para incorporar o paratormônio 1-34 (PTH 1-34) (DHP/Ca+PTH e DPPC/Ca+PTH, respectivamente). Também foram testadas as ações dos revestimentos DHP/HAp com PTH em solução (DHP/HAp+PTH S) e gotejado (DHP/HAp+PTH G) em culturas de osteoblastos. Um potencial zeta negativo em pH 7,4 foi encontrado (-14,9 mV) para o PTH 1-34. A isoterma de DPPC mostrou um aumento da área mínima ocupada por molécula lipídica após a injeção de PTH na subfase de água (50 ?L de solução 0,5 mg/mL) em 10,97 Å2, o que pode ser devido à inserção de PTH neste filme. A área mínima de DHP foi alterada em 2,3 Å2, o que não é estatisticamente significativo. A análise de QCM mostrou um depósito de 72,5 ng de PTH em filme de DPPC e 29,3 ng de PTH em filme de DHP para cada 25 ?g de PTH injetado na cuba de Langmuir. A viabilidade celular e a formação da matriz mineralizada de culturas de osteoblastos crescidas em DHP/Ca+PTH e revestimentos DPPC/Ca+PTH diminuíram quando comparadas com Ti limpo. Os revestimentos DHP/HAp+PTH S e DHP/HAp+PTH G mostraram ser tão eficientes quanto o Ti DHP/HAp para estimular o processo de biomineralização. Mas a cobertura de DHP/HAp+PTH G aumentou a viabilidade dos osteoblastos e a formação de matriz mineralizada quando comparada com Ti DHP/HAp. Esta é uma cobertura inovadora que abre precedentes para o uso da técnica de gotejamento em HAp para outros hormônios e drogas que agem sobre o tecido ósseo. / Due to their ability to promote biomineralization, Hydroxyapatite (HAp) coatings are used to increase the osteointegration in titanium (Ti) implants, in order to correct skeletal and craniofacial defects. The objective of the research was to evaluate the influence of the coatings on osteoblasts primary cultures. In the first phase of the research we developed a new coating approach based on Langmuir-Blodgett (LB) films of dihexadecyl phosphate (DHP) and octadecylphosphonic acid (OPA) deposited on Ti discs and subsequent growth of HAp crystals. We analyzed the osteoblast viability, alkaline phosphatase (ALP) activity and mineralized matrix formation by colorimetric methods, and the morphology of the cultures by scanning electron microscopy and confocal micrographies. The results revealed that the DHP/HAp coating increased osteoblast viability up to 150% compared to the control at all days tested. The OPA/HAp coating promoted the highest viability on the 14th day (190%). The ALP activity was enhanced only by the DHP/HAp coating on the 14th day compared to control, and clean Ti. To explore the morphology of the cells, the scanning electron microscopy and confocal micrographies were obtained, and revealed morphological differences between osteoblasts grown on both coated Ti compared to clean Ti. Both coatings increased the number and spreading of osteoblasts, while the DHP/HAp coating enhanced the production of biomineralized nodules. The Alizarin Red assay showed that OPA/HAp coating has 1.88 times higher calcium (Ca2+) concentration than DHP/HAp. The same test confirmed the increase of mineralization only by DHP/HAp coating compared to clean Ti. Since literature reports that Ca2+ can stimulate or inhibit the ALP activity and consequently, the biomineralization process, the differences on the behavior of these two coatings could be related to the Ca2+ surface concentration differences. The good performance of the DHP/HAp coating can be explained due to the characteristics of the chemical composition, added to the LB deposition technique. In the second phase of the research, Langmuir monolayers of DHP and dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) was tested and used to incorporate 1-34 parathyroid hormone (PTH 1-34) (DHP/Ca+PTH, and DPPC/Ca+PTH, respectively). DHP/HAp coatings with PTH in solution (DHP/HAp+PTH S), and dropped (DHP/HAp+PTH G) also were tested on osteoblasts cultures. A negative zeta-potential at pH 7.4 was found (-14.9 mV) to PTH 1-34. The Langmuir isotherm of DPPC showed an increase of the minimum area occupied per lipid molecule after the PTH injection into the water subphase (50 ?L of 0.5 mg/mL solution) by 10.97 Å2, which could be due to the insertion of PTH in this film. The DHP minimum area changed by 2.3 Å2, which is not statistically significant. The QCM analysis showed the deposit of 72.5 ng of PTH on DPPC film, and 29.3 ng of PTH on DHP film for each 25 ?g of PTH injected into the Langmuir trough. The cell viability and matrix mineralization of osteoblasts cultures grown on DHP/Ca+PTH, and DPPC/Ca+PTH coatings decreased when compared to clean Ti. DHP/HAp+PTH S and DHP/HAp+PTH G coatings proved to be as efficient as Ti DHP/HAp to stimulate the biomineralization process. But DHP/HAp+PTH G increased the osteoblast viabilitiy and formation of mineralized matrix when compared to Ti DHP/HAp. This is an innovative coating that sets the precedent for the use of the drip technique on HAp for other hormones and drugs that act on bone tissue.

O ibuprofeno é um antiinflamatório não esteróide, com baixa solubilidade em água, que apresenta diversos efeitos colaterais, incluindo lesão gástrica e intestinal. Esses efeitos podem depender da interação com a membrana celular, o que nos motivou a investigar, na primeira parte deste trabalho, a incorporação do ibuprofeno em monocamadas de Langmuir como modelos de membrana celular. Monocamadas de dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC) co-espalhadas com o ibuprofeno ou depositadas sobre subfases contendo o fármaco foram estudadas por meio das isotermas de pressão e potencial de superfície. Foram observados efeitos significativos para monocamadas de DPPC, particularmente na transição de fase líquido-expandida para líquido-condensada, com modificações relevantes na elasticidade da monocamada. Esses efeitos aumentaram com a concentração do ibuprofeno. Para os dois tipos de fosfolipídios, o ibuprofeno pôde penetrar na região hidrofóbica, o que foi confirmado por espectroscopia de reflexão e absorção no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS), indicando assim a presença de interações hidrofóbicas. A análise por microscopia no ângulo de Brewster (BAM) mostrou que o ibuprofeno impede a formação de grandes domínios de DPPC, enquanto que não foram observadas alterações significativas para o DPPG. A interação entre o ibuprofeno e o DPPG também foi confirmada após a imobilização da monocamada mista em filmes LB com alterações na absorção no UV-Vis da molécula de ibuprofeno. No que diz respeito às implicações biológicas, a ação farmacológica que depende diretamente da interação com a membrana deve ocorrer primeiramente em regiões neutras via penetração do ibuprofeno na região hidrofóbica da membrana celular. A segunda parte deste trabalho foi dedicada à interação de capsaicinóides extraídos da pimenta malagueta com monocamadas de Langmuir constituídas de DPPG e DPPC. A capsaicina é um potente analgésico de uso tópico, que pode causar dessensibilização no local de aplicação dependendo da dose e, portanto há interesse na sua incorporação em sistemas de liberação controlada, como os lipossomos. A técnica de Langmuir foi empregada para verificar essa possibilidade. Os capsaicinóides expandiram as monocamadas de DPPG e aumentaram sua elasticidade. As isotermas de potencial de superfície indicaram que os capsaicinóides provocam aumento de 10% no momento de dipolo numa concentração de 30% em mol. Para os filmes mistos de DPPC e capsaicinóides, a área mínima diminuiu e a elasticidade da monocamada aumentou. De acordo com as isotermas de potencial, os momentos de dipolo diminuíram para as monocamadas de DPPC independentemente da concentração de capsaicinóides. Esses resultados sugerem que as moléculas de DPPC são solubilizadas para a subfase na presença do fármaco. A partir destes resultados, conclui-se que os capsaicinóides podem ser incorporados em estruturas lipídicas, constituídas principalmente de DPPG, o que é relevante para uso em sistemas de liberação de fármacos. / Ibuprofen is a nonsteroidal anti-inflammatory drug, with low solubility in water, which exhibits side effects including gastric and intestinal injury, often irreversible. Some of these effects may depend on the interaction with the cell membrane, which motivated us to investigate the incorporation of ibuprofen in Langmuir monolayers as cell membrane models, in the first part of this thesis. Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) or dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) monolayers co-spread with ibuprofen or deposited on ibuprofen-containing aqueous subphases were studied using surface pressure and surface potential isotherms. Significant effects were observed for DPPC monolayers, particularly at the liquid-expanded to liquid-condensed phase transition, with relevant changes in the elasticity of the monolayer. These effects increased with the ibuprofen concentration. For both types of phospholipids, ibuprofen could penetrate into the hydrophobic part of the monolayer, which was confirmed with polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS), thus indicating the presence of hydrophobic interactions. BAM images showed that ibuprofen prevents the formation of large domains of DPPC, while no significant changes were observed for DPPG. The interaction between DPPG-ibuprofen was also confirmed for deposited layers in the form of LB films, with changes in the ibuprofen UV-Vis absorption. As for the biological implications, the pharmacological action depending directly on the membrane interaction should occur primarily with zwitterionic regions of the membrane via penetration of ibuprofen in the hydrophobic part of the monolayer. The second part of this thesis is dedicated to the interaction of capsaicinoids, extracted from malagueta pepper, with Langmuir monolayers of DPPC and DPPG. Capsaicin is a powerful analgesic of topical use, which can cause desensitization in the application site depending on the dose, and therefore there is interest in its incorporation in drug delivery systems, such as liposomes. The Langmuir technique was employed to verify this possibility. The capsaicinoids expanded the DPPG monolayer and increased its elasticity. Surface potential isotherms indicated that the capsaicinoids increased the average dipole moment by 10 % for 30 mol % of capsaicinoids. For the mixed films of DPPC and capsaicinoids, the minimum area decreased and the elasticity increased. According to the surface potential isotherms, the dipole moments decreased for DPPC monolayers regardless of the capsaicinoid concentrations. These results suggest that the DPPC molecules are solubilized into the subphase in the presence of the drug. From these results, it is concluded that the capsaicinoids can be incorporated into structures as the liposomes constituted mainly of DPPG, which is relevant for use in drug delivery systems.

Este trabalho visa ao entendimento da interação de capsaicinóides com membranas celulares utilizando sistemas modelo. Dentre os alcalóides derivados de plantas do gênero Capsicum, a capsaicina e a dihidrocapsaicina respondem por 90% dos capsaicinóides, que são usados como analgésicos e antiinflamatórios, devido a sua interação específica com receptores. O mecanismo neurofarmacológico já foi bastante estudado, mas o modo de ação não neural ainda não foi elucidado. Usamos extratos brutos (EBs) de pimenta malagueta e de dedo-de-moça, que têm atividade superficial, e afetaram monocamadas de Langmuir de fosfatidil colina de dipalmitoíla (DPPC) e fosfatidil glicerol de dipalmitoíla (DPPG). Tais efeitos não tiveram dependência expressiva com a carga, pois o EB de dedo-de-moça interagiu mais fortemente com o DPPC do que com o DPPG, ao passo que o contrário se verificou para o EB de malagueta. Também não houve diferença significativa entre os EBs das duas pimentas. Nas monocamadas de Langmuir representativas para a bactéria S. aureus, ambos os EBs tiveram efeito, tanto nas isotermas de pressão quanto nos resultados de espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS), sem distinção significativa entre malagueta e dedo-de-moça. No entanto, as medidas de vazamento com lipossomos mostraram maior interação com o EB de dedo-de-moça, o que é consistente com a atividade bactericida para S. aureus. De fato, a concentração inibitória mínima (MIC) foi 0,13 mg mL-1 para o EB da pimenta dedo-de moça e 4,0 mg mL-1 para o EB de malagueta. Para a E. coli, os EBs interagiram com as monocamadas de Langmuir sem diferenças dignas de nota para as duas pimentas, e nas medidas de vazamento o efeito maior foi para a dedo-de-moça. Não houve efeito bactericida para nenhum dos extratos. Isso se explica porque bactérias gram-negativas, como a E. coli, têm uma camada externa protetora de lipossacarídeos (LPS). Das medidas de monocamadas de Langmuir representativas da camada de LPS, observou-se pouca incorporação dos EBs. Conclui-se, assim, que os EBs não conseguem causar rompimento da camada de LPS. Do conjunto dos resultados, infere-se que o mecanismo de ação para a S. aureus envolve solubilização parcial da membrana, e não há relação entre pungência e atividade bactericida, pois a pimenta dedo-de-moça, que é menos pungente, teve maior efeito do que a malagueta. Depreende-se, também, que a ação de extratos de pimenta deve depender da interação com receptores na membrana, o que explica porque o uso de tais extratos tem sido principalmente em aplicações tópicas. / This study is aimed at understanding the interaction of capsaicinoids with cell membranes using model systems. Among the alkaloids derived from plants of the genus Capsicum, capsaicin and dihydrocapsaicin account for 90% of capsaicinoids, which are used as analgesic and anti-inflammatory due to their interaction with specific receptors. The neuropharmacological mechanism has been well studied, but the non-neural mode of action has not been elucidated. Here, we use crude extracts (EBs) of malagueta and dedo-de-moça chilli peppers, which are surface active, and affected Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG). Such effects did not depend on the charge, since EB from dedo-de-moça interacted more strongly with DPPC than with DPPG, while the opposite applied for malagueta. In addition, there was no significant difference between the two EBs. For Langmuir monolayers representing the bacteria S. aureus, both EBs affected the surface pressure isotherms and the polarizationmodulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) data, without significant distinction between dedo-de-moça and malagueta. However, in the leakage measurements with liposomes the EB from dedo-de-moça was more efficient in rupturing the liposome, which is consistent with the bactericidal activity for S. aureus. In fact, the minimum inhibitory concentration (MIC) was 0.13 mg mL-1 for dedo-de-moça and 4.0 mg mL-1 for malagueta. For the Langmuir monolayers mimicking the E. coli membrane, the EBs interacted much in the same way, while the EB from dedo-de-moça caused larger leakage in liposomes. There was no bactericidal effect of the EBs. This is explained by the fact that gram-negative bacteria, such as E. coli, have a protective outer layer of liposaccharides (LPS). In monolayers representing LPS, there was little incorporation of EBs, from which one infers that the EBs cannot cause disruption of the LPS layer. Taking all these results together, it appears that the mechanism of action for S. aureus involves partial solubilization of the membrane. Furthermore, there is no relationship between pungency and bactericidal activity because dedo-de-moça, which is less pungent, had greater effect than malagueta. It seems also that the action of pepper extracts must depend on the interaction with membrane receptors, which explains why the use of such extracts has been essentially in topical applications.

Submitted by Mateus Dassie Maximino (mateusmaximino23@gmail.com) on 2018-04-23T13:55:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado - Mateus Dassie Maximino.pdf: 5933036 bytes, checksum: 96040f746ca01578e5036f01f3d89e6e (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-04-23T14:37:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 maximino_md_me_prud.pdf: 5933036 bytes, checksum: 96040f746ca01578e5036f01f3d89e6e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T14:37:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 maximino_md_me_prud.pdf: 5933036 bytes, checksum: 96040f746ca01578e5036f01f3d89e6e (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho trata do estudo da interação entre os poluentes emergentes amoxicilina (AMX) e azul de metileno (AM) com modelos-simples de membrana biológica compostas de fosfolipídios zwiteriônicos (DPPC e DOPC), através de filmes de Langmuir e vesículas unilamelares gigantes (GUVs). As membranas foram expostas aos poluentes de forma individual e também misturados (MIX) para que se aproximasse de uma situação real, neste caso, o chamado efeito coquetel, no qual os poluentes são encontrados misturados no ambiente. O objetivo principal foi investigar as possíveis interações entre os poluentes e os fosfolipídios e os consequentes efeitos nas membranas. Nos filmes de Langmuir, as isotermas π-A (pressão superficial por área molecular média) de DPPC revelaram que a AMX e o AM são expulsos da interface ar-água conforme a fase condensada é atingida. O DOPC demonstrou ser menos afetado pela AMX, uma vez que a isoterma não apresentou deslocamento. Contudo, o DOPC se mostrou mais susceptível a interagir com o AM, visto que um deslocamento significativo foi observado. Para ambos os lipídios a MIX causou maiores efeitos, evidenciados por deslocamentos maiores nas isotermas. Análises de módulo compressional mostraram um pequeno aumento na fluidez do filme de DPPC, não observado para o DOPC. As medidas de microscopia de ângulo de Brewster (BAM) na presença dos poluentes revelaram mudanças na morfologia dos filmes, afetando a formação dos domínios de DPPC e impedindo a formação dos mesmos nas monocamadas de DOPC. Os espectros de PMIRRAS para o DPPC indicaram possíveis interações eletrostáticas dos poluentes com a cabeça polar do lipídio, assim como uma desordem na região da sua cauda apolar. A monocamada de DOPC foi bastante afetada pois ocorreram mudanças nas vibrações de quase todos os grupos químicos do lipídio, apresentando inclusive mudanças na região da cauda do lipídio. Os espectros de emissão da sonda LAURDAN nas LUVs revelaram um aumento da rigidez para ambos os lipídios, diferentemente do observado pelas análises de elasticidade da monocamada de Langmuir. As GUVs para ambos os fosfolipídios, ao contrário das monocamadas, apresentaram maior efeito sobre os poluentes aplicados de forma individual, visto que para os poluentes avaliados individualmente foram observados a perda de contraste de fase para os lipídios na presença do AM, assim como mudanças na estabilidade para as GUVs de DOPC em AMX. Tais efeitos não foram observados para a MIX, devido as diferenças estruturais dos modelos de membrana. / The present work is about the interaction between the emerging pollutants amoxicillin (AMX) and methylene blue (MB), with biological membrane models of zwitterionic phospholipids (DPPC and DOPC), through Langmuir films and giant unilamellar vesicles (GUVs). The membrane was exposed to the presence of the pollutants individually, still being performed the analysis with the mixture (MIX) of both in order to get closer to a real situation, in which the pollutants are found mixed in the environment. The main goal was to investigate the possible interactions between the pollutants and phospholipids. The π-A (surface pressure by mean molecular area) isotherms of DPPC reveal that in the condensed phase the lipid expelled the AMX and MB of the air-water interface. The DOPC showed to be less affected by the AMX, once the isotherm did not present a displacement. However, the DOPC showed to be more susceptible to interact with the MB, since significant displacements were observed. In both lipids, the MIX showed to be more effective, causing bigger displacements. The analysis of compressional modulus showed a small increase of the fluidity of the DPPC film, which was not observed to the DOPC. The Brewster Angle Microscopy (BAM) measurements in the presence of the pollutants revealed changes in the morphology, affecting the domains formation of DPPC and inhibiting the formation of the same in monolayers. The PM-IRRAS specters to the DPPC indicated possible electrostatic interactions with the head, as well as a disorder in the tail. The DOPC monolayer was quite affected because there have been changes in almost all chemical groups of lipid, including changes in the tail region of the lipid. The emission spectrum from the dye LAURDAN in the LUVs revealed an increase in the rigidity for both lipids, different from the observed in the analysis of elasticity in the Langmuir monolayers. The GUVs for both phospholipids, unlike the monolayers, showed a major effect on the pollutants applied individually since that were observed losses of phase contrast for the lipids in the presence of MB, such as changes in the stability of the DOPC GUVs in AMX. Such effects were not observed in the MIX, due to the structural differences in the membrane models.

O ibuprofeno é um antiinflamatório não esteróide, com baixa solubilidade em água, que apresenta diversos efeitos colaterais, incluindo lesão gástrica e intestinal. Esses efeitos podem depender da interação com a membrana celular, o que nos motivou a investigar, na primeira parte deste trabalho, a incorporação do ibuprofeno em monocamadas de Langmuir como modelos de membrana celular. Monocamadas de dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC) co-espalhadas com o ibuprofeno ou depositadas sobre subfases contendo o fármaco foram estudadas por meio das isotermas de pressão e potencial de superfície. Foram observados efeitos significativos para monocamadas de DPPC, particularmente na transição de fase líquido-expandida para líquido-condensada, com modificações relevantes na elasticidade da monocamada. Esses efeitos aumentaram com a concentração do ibuprofeno. Para os dois tipos de fosfolipídios, o ibuprofeno pôde penetrar na região hidrofóbica, o que foi confirmado por espectroscopia de reflexão e absorção no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS), indicando assim a presença de interações hidrofóbicas. A análise por microscopia no ângulo de Brewster (BAM) mostrou que o ibuprofeno impede a formação de grandes domínios de DPPC, enquanto que não foram observadas alterações significativas para o DPPG. A interação entre o ibuprofeno e o DPPG também foi confirmada após a imobilização da monocamada mista em filmes LB com alterações na absorção no UV-Vis da molécula de ibuprofeno. No que diz respeito às implicações biológicas, a ação farmacológica que depende diretamente da interação com a membrana deve ocorrer primeiramente em regiões neutras via penetração do ibuprofeno na região hidrofóbica da membrana celular. A segunda parte deste trabalho foi dedicada à interação de capsaicinóides extraídos da pimenta malagueta com monocamadas de Langmuir constituídas de DPPG e DPPC. A capsaicina é um potente analgésico de uso tópico, que pode causar dessensibilização no local de aplicação dependendo da dose e, portanto há interesse na sua incorporação em sistemas de liberação controlada, como os lipossomos. A técnica de Langmuir foi empregada para verificar essa possibilidade. Os capsaicinóides expandiram as monocamadas de DPPG e aumentaram sua elasticidade. As isotermas de potencial de superfície indicaram que os capsaicinóides provocam aumento de 10% no momento de dipolo numa concentração de 30% em mol. Para os filmes mistos de DPPC e capsaicinóides, a área mínima diminuiu e a elasticidade da monocamada aumentou. De acordo com as isotermas de potencial, os momentos de dipolo diminuíram para as monocamadas de DPPC independentemente da concentração de capsaicinóides. Esses resultados sugerem que as moléculas de DPPC são solubilizadas para a subfase na presença do fármaco. A partir destes resultados, conclui-se que os capsaicinóides podem ser incorporados em estruturas lipídicas, constituídas principalmente de DPPG, o que é relevante para uso em sistemas de liberação de fármacos. / Ibuprofen is a nonsteroidal anti-inflammatory drug, with low solubility in water, which exhibits side effects including gastric and intestinal injury, often irreversible. Some of these effects may depend on the interaction with the cell membrane, which motivated us to investigate the incorporation of ibuprofen in Langmuir monolayers as cell membrane models, in the first part of this thesis. Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) or dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) monolayers co-spread with ibuprofen or deposited on ibuprofen-containing aqueous subphases were studied using surface pressure and surface potential isotherms. Significant effects were observed for DPPC monolayers, particularly at the liquid-expanded to liquid-condensed phase transition, with relevant changes in the elasticity of the monolayer. These effects increased with the ibuprofen concentration. For both types of phospholipids, ibuprofen could penetrate into the hydrophobic part of the monolayer, which was confirmed with polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS), thus indicating the presence of hydrophobic interactions. BAM images showed that ibuprofen prevents the formation of large domains of DPPC, while no significant changes were observed for DPPG. The interaction between DPPG-ibuprofen was also confirmed for deposited layers in the form of LB films, with changes in the ibuprofen UV-Vis absorption. As for the biological implications, the pharmacological action depending directly on the membrane interaction should occur primarily with zwitterionic regions of the membrane via penetration of ibuprofen in the hydrophobic part of the monolayer. The second part of this thesis is dedicated to the interaction of capsaicinoids, extracted from malagueta pepper, with Langmuir monolayers of DPPC and DPPG. Capsaicin is a powerful analgesic of topical use, which can cause desensitization in the application site depending on the dose, and therefore there is interest in its incorporation in drug delivery systems, such as liposomes. The Langmuir technique was employed to verify this possibility. The capsaicinoids expanded the DPPG monolayer and increased its elasticity. Surface potential isotherms indicated that the capsaicinoids increased the average dipole moment by 10 % for 30 mol % of capsaicinoids. For the mixed films of DPPC and capsaicinoids, the minimum area decreased and the elasticity increased. According to the surface potential isotherms, the dipole moments decreased for DPPC monolayers regardless of the capsaicinoid concentrations. These results suggest that the DPPC molecules are solubilized into the subphase in the presence of the drug. From these results, it is concluded that the capsaicinoids can be incorporated into structures as the liposomes constituted mainly of DPPG, which is relevant for use in drug delivery systems.

As coberturas de hidroxiapatita (HAp) são utilizadas para aumentar a osteointegração em implantes de titânio (Ti), devido à sua capacidade de promover a biomineralização para corrigir defeitos esqueléticos e craniofaciais. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência dos revestimentos sobre culturas primárias de osteoblastos. Na primeira fase de estudos, desenvolvemos uma nova abordagem de revestimento baseada em filmes Langmuir-Blodgett (LB) de dihexadecilfosfato (DHP) e ácido octadecilfosfônico (OPA) depositados em discos Ti, e crescimento subsequente de cristais de HAp. Analisamos a viabilidade dos osteoblastos, a atividade da fosfatase alcalina (ALP) e a formação da matriz mineralizada por métodos colorimétricos e a morfologia das culturas por microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal. Os resultados revelaram que o revestimento DHP/HAp aumentou a viabilidade dos osteoblastos até 150% em comparação com o controle em todos os dias testados. O revestimento OPA/HAp promoveu a maior viabilidade ao 14 dias (190%). A atividade de ALP foi aumentada apenas pelo revestimento de DHP/HAp ao 14º dia em comparação com o controle e Ti limpo. A microscopia eletrônica de varredura e as microfotografias confocais revelaram diferenças morfológicas entre os osteoblastos cultivados em ambos os revestimentos, aumentando o seu número e o espalhamento. O revestimento de DHP/HAp aumentou a produção de nódulos biomineralizados. O ensaio de biomineralização pela técnica do Vermelho de Alizarina mostrou que o revestimento de OPA/HAp possuía uma concentração de cálcio (Ca2+) 1,88 vezes superior à cobertura de DHP/HAp. Uma vez que a literatura relata que o Ca2+ pode estimular ou inibir a atividade da ALP e, consequentemente, o processo de biomineralização, as diferenças no comportamento desses dois revestimentos podem estar relacionadas às diferenças de concentração de superfície de Ca2+. O bom desempenho do revestimento de DHP/HAp pode estar relacionado às características da composição química, adicionada à técnica de deposição LB. Na segunda fase da pesquisa, as monocamadas de Langmuir de DHP e dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) foram testadas e utilizadas para incorporar o paratormônio 1-34 (PTH 1-34) (DHP/Ca+PTH e DPPC/Ca+PTH, respectivamente). Também foram testadas as ações dos revestimentos DHP/HAp com PTH em solução (DHP/HAp+PTH S) e gotejado (DHP/HAp+PTH G) em culturas de osteoblastos. Um potencial zeta negativo em pH 7,4 foi encontrado (-14,9 mV) para o PTH 1-34. A isoterma de DPPC mostrou um aumento da área mínima ocupada por molécula lipídica após a injeção de PTH na subfase de água (50 ?L de solução 0,5 mg/mL) em 10,97 Å2, o que pode ser devido à inserção de PTH neste filme. A área mínima de DHP foi alterada em 2,3 Å2, o que não é estatisticamente significativo. A análise de QCM mostrou um depósito de 72,5 ng de PTH em filme de DPPC e 29,3 ng de PTH em filme de DHP para cada 25 ?g de PTH injetado na cuba de Langmuir. A viabilidade celular e a formação da matriz mineralizada de culturas de osteoblastos crescidas em DHP/Ca+PTH e revestimentos DPPC/Ca+PTH diminuíram quando comparadas com Ti limpo. Os revestimentos DHP/HAp+PTH S e DHP/HAp+PTH G mostraram ser tão eficientes quanto o Ti DHP/HAp para estimular o processo de biomineralização. Mas a cobertura de DHP/HAp+PTH G aumentou a viabilidade dos osteoblastos e a formação de matriz mineralizada quando comparada com Ti DHP/HAp. Esta é uma cobertura inovadora que abre precedentes para o uso da técnica de gotejamento em HAp para outros hormônios e drogas que agem sobre o tecido ósseo. / Due to their ability to promote biomineralization, Hydroxyapatite (HAp) coatings are used to increase the osteointegration in titanium (Ti) implants, in order to correct skeletal and craniofacial defects. The objective of the research was to evaluate the influence of the coatings on osteoblasts primary cultures. In the first phase of the research we developed a new coating approach based on Langmuir-Blodgett (LB) films of dihexadecyl phosphate (DHP) and octadecylphosphonic acid (OPA) deposited on Ti discs and subsequent growth of HAp crystals. We analyzed the osteoblast viability, alkaline phosphatase (ALP) activity and mineralized matrix formation by colorimetric methods, and the morphology of the cultures by scanning electron microscopy and confocal micrographies. The results revealed that the DHP/HAp coating increased osteoblast viability up to 150% compared to the control at all days tested. The OPA/HAp coating promoted the highest viability on the 14th day (190%). The ALP activity was enhanced only by the DHP/HAp coating on the 14th day compared to control, and clean Ti. To explore the morphology of the cells, the scanning electron microscopy and confocal micrographies were obtained, and revealed morphological differences between osteoblasts grown on both coated Ti compared to clean Ti. Both coatings increased the number and spreading of osteoblasts, while the DHP/HAp coating enhanced the production of biomineralized nodules. The Alizarin Red assay showed that OPA/HAp coating has 1.88 times higher calcium (Ca2+) concentration than DHP/HAp. The same test confirmed the increase of mineralization only by DHP/HAp coating compared to clean Ti. Since literature reports that Ca2+ can stimulate or inhibit the ALP activity and consequently, the biomineralization process, the differences on the behavior of these two coatings could be related to the Ca2+ surface concentration differences. The good performance of the DHP/HAp coating can be explained due to the characteristics of the chemical composition, added to the LB deposition technique. In the second phase of the research, Langmuir monolayers of DHP and dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) was tested and used to incorporate 1-34 parathyroid hormone (PTH 1-34) (DHP/Ca+PTH, and DPPC/Ca+PTH, respectively). DHP/HAp coatings with PTH in solution (DHP/HAp+PTH S), and dropped (DHP/HAp+PTH G) also were tested on osteoblasts cultures. A negative zeta-potential at pH 7.4 was found (-14.9 mV) to PTH 1-34. The Langmuir isotherm of DPPC showed an increase of the minimum area occupied per lipid molecule after the PTH injection into the water subphase (50 ?L of 0.5 mg/mL solution) by 10.97 Å2, which could be due to the insertion of PTH in this film. The DHP minimum area changed by 2.3 Å2, which is not statistically significant. The QCM analysis showed the deposit of 72.5 ng of PTH on DPPC film, and 29.3 ng of PTH on DHP film for each 25 ?g of PTH injected into the Langmuir trough. The cell viability and matrix mineralization of osteoblasts cultures grown on DHP/Ca+PTH, and DPPC/Ca+PTH coatings decreased when compared to clean Ti. DHP/HAp+PTH S and DHP/HAp+PTH G coatings proved to be as efficient as Ti DHP/HAp to stimulate the biomineralization process. But DHP/HAp+PTH G increased the osteoblast viabilitiy and formation of mineralized matrix when compared to Ti DHP/HAp. This is an innovative coating that sets the precedent for the use of the drip technique on HAp for other hormones and drugs that act on bone tissue.

Estudos em interfaces são importantes para o completo entendimento de muitos processos em química, física e biologia. Esses sistemas são governados principalmente pelas propriedades interfaciais dos materiais. Nas duas últimas décadas, o desenvolvimento de novos métodos experimentais melhorou o nosso entendimento das propriedades interfaciais. O advento de uma série de técnicas de espectroscopia a laser baseadas em óptica não linear e o desenvolvimento das técnicas de microscopia por ponta de prova, possibilitaram estudos antes inimagináveis em superfícies e interfaces. Entre as técnicas de espectroscopia não linear, destacamos a espectroscopia por Geração de Soma de Frequências (espectroscopia SFG). Essa técnica foi desenvolvida por Shen et al. em 1987 e, desde então, é aplicada a muitos estudos em superfícies e interfaces. A espectroscopia SFG pode fornecer informações sobre a natureza química por meio do espectro vibracional e sobre o ordenamento médio das moléculas em uma única monocamada. O sinal SFG só pode ser gerado em meios não centrossimétricos, isso inclui superfícies ou interfaces entre meios centrossimétricos, onde há quebra da simetria de inversão. A combinação da espectroscopia SFG com a microscopia óptica tem sido proposta como uma nova técnica experimental para obter imagens em interfaces com sensibilidade química pelo espectro vibracional e contraste pela orientação e ordenamento das moléculas. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento, construção e caracterização de um Microscópio SFG (MSFG). Esse MSFG foi especialmente projetado para estudos em superfícies ou interfaces tanto líquidas quanto sólidas. Testes iniciais de desempenho do MSFG foram realizados na interface líquido/ar da solução binária água/acetonitrila (H2O⁄CH3CN). Foram obtidas imagens do sinal SFG ressonante com o estiramento simétrico do grupo metil (CH3) da acetonitrila na interface líquido⁄ar da solução binária. Variando a fração molar da acetonitrila na solução entre 4% e 20% observamos a dependência da intensidade do sinal SFG na interface em função da fração molar de acetonitrila no volume do líquido. Testes também foram feitos em filmes Langmuir-Blodgett multicamada de ácido esteárico (CH3(CH2)16COOH). Obtivemos a espectromicroscopia SFG na ressonância dos grupos CH2 e CH3 do ácido graxo. Pelas diferenças entre os espectros SFG das regiões ordenadas e desordenadas, a espectromicroscopia revelou distribuições microscópicas do ordenamento das cadeias alquila que formam o filme. A sensibilidade da detecção do sinal SFG foi caracterizada e revelou a possibilidade de obter imagens na superfície da água em menos de um minuto. A caracterização óptica e os testes nas interfaces líquido⁄ar e sólido⁄ar demonstraram a completa capacidade do MSFG como ferramenta para investigar qualquer superfície ou interface, seja essa líquida ou sólida. / Interface studies are important for the complete understanding of many processes in chemistry, physics and biology. These systems are mainly governed by the interfacial properties of the materials. In the last two decades, the development of new experimental methods improved our understanding of interfacial properties. The advent of a host of laser spectroscopy techniques based on nonlinear optics and the development of the scanning probe microscopy techniques, opened up unimaginable possibilities of studies at surfaces and interfaces. Among these nonlinear spectroscopies we turned our attention to Sum Frequency Generation spectroscopy (SFG spectroscopy). This technique was developed by Shen et al. in 1987 and, since then, it has been applied to many studies of surfaces and interfaces. SFG spectroscopy can provide information about the chemical nature by the vibrational spectra and about the average of molecular ordering in a single monolayer. The SFG signal only can be generated in a noncentrossymetric media, this includes surfaces or interfaces between centrossymetric media, where there is a broken in the inversion symmetry. The combination of SFG spectroscopy with optical microscopy has been proposed as a novel experimental technique to obtain images at interfaces with chemical sensitivity by the vibrational spectra as well as contrast by the ordering and orientation of the molecules. In this work we present the development, construction and characterization of an SFG Microscope (SFGM). This SFGM was specially designed to perform studies on surfaces or interfaces of liquids and solids. Initial SFGM performance tests were performed at the liquid/air interface of the water/acetonitrile (H2O/CH3CN) binary solution. The images of the SFG signal were acquired on the resonance of the methyl group (CH3) of acetonitrile present at the liquid⁄air interface of the binary solution. By varying the molar fraction of acetonitrile in the solution between 4% and 20% we observed the dependency of the SFG signal intensity as a function the acetonitrile bulk mole fraction. We also performed tests in multi-layered Langmuir-Blodgett films of stearic acid (CH3(CH2)16COOH). We obtained the SFG spectromicroscopy in the resonance of CH2 and CH3 groups of the fatty acid. By the differences between the SFG spectra of ordered and disordered regions, the spectromicroscopy revealed microscopic distribution of the conformational ordering in the alkyl chains that composes the film. The sensitivity of the SFG microscope was characterized and it was shown that images could be acquired at the water surface in less than one minute. The optical characterization and the performed tests at the liquid/air and solid/air interfaces demonstrated the full capabilities of the SFGM as a tool for investigations in any liquid or solid interface.