Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5184.pdf: 2838409 bytes, checksum: 855df3c811457d71bb20ef1cd94525c3 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work some studies about the synthesis of a new Znphthalocyanine derivative containing 8 tert-butyl groups on peripheral positions were performed. In order to obtain this compound, a new monomeric unit were synthesized 4,5-di-tert-butylphthalonitrile where a Diels-Alder reaction between a cyclic sulfone (diene) and a dinitrile (dienophile) was the key step. Beyond the synthesis and structural characterization of this phthalocyanine, preliminary photophysical studies to verify potential applications of this compound as photosensitizer were performed. To reach the 4,5-dissubstituted phthalonitrile 8, firstly, thiophene 5 was synthesized (SCHEME 8). After established the methodology to provide 5 in good yield, some tests between 5 and fumaronitrile (6) on cycloaddition conditions were performed, however, as expected, no reaction occurred, and the starting materials were recovered (SCHEME 9). Aiming at the raising diene 5 reactivity, this compound was oxidized to sulfone 9 (SCHEME 10). After that, some test between the sulfone 9 and fumaronitrile (6) were performed. The objective was to achieve a one-pot 3 steps reaction (Diels-Alder SO2 cheletropic elimination oxidation). However compound 8 was reached only in poor yields (SCHEME 10). To overcome the poor yields, some dinitrilic dienophiles were proposed. For example, dicyanoacetylene 10 (SCHEME 11) could furnish the phthalonitrile 8 after a cycloaddition and SO2 elimination. However, dicyanoacetylene (10) showed not to be accessible, and, in our hands, it was not possible to obtain with literature available procedures. According to literature, the insertion of halogens in dinitrilic dienophiles greatly raises its reactivity for cycloaddition reactions. Then, the bromination of fumaronitrile (6) to obtain the dienophile 13 was performed (SCHEME 12). After compound 13 was reached, some tests with diene 9 were done. The 4,5-di-tertbutylphthalonitrile (8) was obtained in 50% yield in a solvent-free three step domino sequence (Diels-Alder SO2 cheletropic elimination HBr elimination). Studies to obtain the phthalocyanine 14 were performed (SCHEME 13). Firstly, a current methodology in literature were tested which uses DMAE/140°C/Zn(OAc)2, however the best obtained result for 14 was only 7% yield. In addition, many polymeric byproducts were observed. Another tested methodology was the addition of phthalonitrile 8 in a solution of n-pentanol and its respective alcoxide under heating. Phthalocyanine 15 was obtained in 22% yield in these conditions. When the tetramerization was performed and the crude product metallated using anhydrous Zn(OAc)2, phthalocyanine 14 was obtained in 21% yield (SCHEME 14). In both cases these results were optimized, and the results were in agreement with the literature. All synthesized compounds were fully characterized (1D and 2D NMR, UV-Vis, IR), HRMS (ESI-TOF for compound 8 and MALDI-TOF for compounds 14 and 15) and low resolution mass spectroscopy (compounds 1, 2, 3, 4, 5 and 9). Preliminary photophysical and photochemical studies for phthalocyanines 14 and 15 were performed (aggregation studies, singlet oxygen quantum yield, fluorescence quantum yield and photobleaching). The obtained results demonstrated compounds 14 and 15 fulfill some essential requirements for PDT studies. / Neste trabalho foram realizados alguns estudos sobre a síntese de um novo derivado do tipo Zn-ftalocianina, contendo oito grupos tert-butil em suas posições periféricas. Para isso, iniciamos com a síntese de uma nova unidade monomérica - 4,5-di-tert-butilftalonitrilo - tendo como etapa chave a reação de Diels- Alder entre uma sulfona cíclica (dieno) e um dienófilo dinitrílico. Além da síntese e caracterização estrutural desta nova ftalocianina, foram realizados alguns estudos fotofísicos preliminares visando apontar algumas aplicações deste corante enquanto fotossensibilizador. Para obter o ftalonitrilo 4,5-dissubstituído, inicialmente foi realizada a síntese do tiofeno 5, como descrito no ESQUEMA 1. Estabelecida a metodologia que forneceu 5 em melhor rendimento, foram realizados alguns testes de cicloadição entre o tiofeno 5 e o fumaronitrilo (6), porém, como esperado, a reação não ocorreu, sendo possível recuperar os materiais de partida (ESQUEMA 2). Visando aumentar a reatividade do dieno 5, foi realizada uma oxidação para a sulfona 9 (ESQUEMA 3). Alguns testes de cicloadição foram realizados, utilizando a sulfona 9 e o fumaronitrilo (6). Neste caso, o objetivo foi realizar uma reação one-pot com três etapas reacionais (Diels-Alder - eliminação queletrópica de SO2 - oxidação). O composto 8 foi obtido, entretanto, apenas em baixos rendimentos (5-19%) (ESQUEMA 3). Visando contornar os baixos rendimentos de obtenção de 8, propusemos alguns outros dienófilos dinitrílicos. Por exemplo, o dicianoacetileno (10) (ESQUEMA 4), que forneceria diretamente o ftalonitrilo 8 após uma cicloadição e eliminação de SO2. Entretanto, o dicianoacetileno (10) se mostrou um composto de difícil obtenção, sendo que, em nossas mãos, não foi possível obtê-lo com o procedimento descrito na literatura. De acordo com a literatura, a inserção de halogênios em dienófilos dinitrílicos aumenta muito sua reatividade frente a reações de cicloadição. Assim, partindo dessa informação, foi realizada a bromação do fumaronitrilo (6) visando obter o dienófilo 13 (ESQUEMA 5). Após a obtenção de 13 foram realizados alguns testes fazendo reagir 13 com o dieno 9, sendo que, na ausência de solvente, obtevese o 4,5-di-tert-butilftalonitrilo (8) com 50% de rendimento em um processo one-pot de 3 etapas (Diels-Alder eliminação queletrópica de SO2 eliminação de HBr). Após realizar a síntese do ftalonitrilo 8, foram iniciados os estudos para obtenção da respectiva ftalocianina de zinco octassubstituída 14 (ESQUEMA 6). Primeiramente foram testadas algumas metodologias de uso recorrente na literatura, utilizando-se DMAE/140oC/Zn(OAc)2, entretanto, o melhor resultado de formação 14 foi de apenas 7% de rendimento, além da formação de muitos polímeros. A próxima metodologia testada foi a adição do ftalonitrilo 8 em uma solução de n-pentanol anidro e seu respectivo alcóxido de sódio, sob aquecimento (ESQUEMA 7). Nestas condições foi obtida a ftalocianina não metalada 15 com 22% de rendimento. Quando a reação de tetramerização foi realizada e o produto reacional foi submetido à metalação com Zn(OAc)2 sem purificação prévia, o composto 14 foi isolado com 21% de rendimento (ESQUEMA 7). Em ambos os casos estes foram os melhores resultados obtidos após a otimização dos procedimentos, sendo que rendimentos em torno de 20% são compatíveis com a maioria das sínteses descritas na literatura destes compostos. Os compostos sintetizados neste trabalho foram caracterizados utilizando-se técnicas de espectroscopia de RMN 1D e 2D, espectroscopia na região do UV-Vis, espectroscopia na região do infravermelho, espectrometria de massas de baixa e espectrometria de massas de alta resolução (ESI-TOF e MALDI-TOF). Estudos fotofísicos e fotoquímicos preliminares foram realizados (estudos de agregação, rendimento quântico de oxigênio singlete, rendimento quântico de fluorescência e photobleaching) para as ftalocianinas 14 e 15. Os resultados obtidos indicaram que estes novos compostos reúnem algumas das características essenciais para uso enquanto fotossensibilizador em tratamentos de lesões por terapia fotodinâmica (PDT), por exemplo, ausência de agregação em solução e produção de oxigênio singlete.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5235.pdf: 10166776 bytes, checksum: b87e8fe3bd8a3dcdf010e3da1c7b75c2 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, we studied the structural transformation of methylpheophorbide a (2), a derivative of chlorophyll a (1) that was extracted from seaweed Spirulina maxima. The main propose of the study was to obtain compounds with low aggregation and appropriate photophysical characteristics for applications in Photodynamic Therapy (PDT). In this way, we prompted to transform chlorin type derivatives into the corresponding bacteriochlorins using cycloaddition reaction approaches. The use of chlorophyll a (1) was mainly motivated by its availability and low cost. In addition, this compound has been a focus of study in our research group. Therefore, it was initially developed a method of extracting/processing chlorophyll a which directly provided compound 2 (Scheme 1). In this process we used an extraction/transesterification one-pot method using an acid solution of methanol and chlorin 2 was obtained in 0.8% yield from dried seaweed. Compound 3 was obtained from 2 (77%) and then hydrogenated to give 4 (80%). The chlorophyll derivative 4 was used as starting material in order to prepare the desired bacteriochlorin via cycloaddition methodology (Scheme 2). Scheme 1. Functionalization reactions of chlorophyll a. i, ii, iii, iv, v, vi) extracting/processing one-pot reaction of compound 2 from the seaweed Spirulina maxima dehydrated in the presence of MeOH/H2SO4 5% (v/v) for 24h 0.8% . vii) MeONa / MeOH, r.t., 8h, 77%; viii) H2, 1 atm, Pd/C, 80%. Several azomethine and nitrile oxide dipoles were tested in the 1,3- dipolar cycloaddition reactions. Nevertheless, none of the studied conditions provided the desired cycloaddition adduct (bacteriochlorin). In some cases, decarboxylation by-products or total/partial substrate 4 degradation was observed. Scheme 2. Synthesis of new bacteriochlorins. An alternative method for the synthesis of bacteriochlorins using a cycloaddition approach was designed starting from the vinyl-chlorin 13 and Nphenylmaleimide (15) (Scheme 3). The synthesis of compound 13 was accomplished starting from compound 4 by dihydroxylation reaction with OsO4 (67%) followed by double dehydration in 1,2-dichlorobenzene (30%). The most promising results from cycloaddition reaction were obtained with 13 and 15 with yields around 47% (75:25 ratio of diastereoisomers determined by 1H-NMR spectroscopy). Scheme 3. Synthesis of new bacteriochlorins. The synthesized compounds were characterized by 1D and 2D NMR and UV-vis spectroscopy, infra-red and mass spectrometry. Some preliminary photophysical studies, such as photobleaching, were also conducted in order to qualify bacteriochlorin compound 14 as a potential photosensitizer. Moreover, aggregation studies by UV-vis were performed, which confirmed the low aggregation of the obtained bacteriochlorins. / Neste trabalho foram realizados estudos de modificações estruturais no metil-feoforbídeo a (2), um derivado da clorofila a (1) extraída da alga Spirulina maxima. O objetivo principal foi obter compostos de baixa agregação e com características fotofísicas adequadas para aplicações em Terapia Fotodinâmica (PDT), buscando, por exemplo, transformar os derivados do tipo clorina em bacterioclorinas a partir de reações de cicloadição. O uso da clorofila a (1) foi motivado pela disponibilidade, baixo custo e por fazer parte de vários estudos de nosso grupo de pesquisa. Assim, inicialmente foi desenvolvido um método de extração/transformação da clorofila a fornecendo diretamente o composto 2 (Esquema 1). Neste processo foi empregada uma extração/transesterificação one-pot de 1, em uma solução ácida de metanol. Os rendimentos deste processo estiveram em torno de 0,8% a partir da alga desidratada. Em seguida, o composto 2 foi transformado em 3 (77%) e posteriormente hidrogenado para fornecer 4 (80%). Após a preparação de 4 foram iniciados alguns estudos de cicloadição visando preparar um derivado do tipo bacterioclorina (Esquema 2). Esquema 1. Reações de funcionalização do pigmento natural clorofila a. i, ii, iii, iv, v, vi) extração/transformação one-pot do composto 2 da reação da alga Spirulina maxima desidratada na presença de MeOH/H2SO4 5% (v/v) por 24h, 0,8% . vii) MeONa/MeOH, t.a., 8h, 77%; viii) H2, 1 atm, Pd/C, 80%.Para as reações de cicloadição 1,3-dipolar propostas, foram testados alguns dipolos do tipo azometino e óxido de nitrilo. Vários dos estudos realizados não forneceram os produtos de cicloadição desejados (bacterioclorina). Em algumas situações foram obtidos subprodutos de descarboxilação ou foi verificada degradação total/parcial do substrato 4. Esquema 2. Síntese de novas bacterioclorinas. Uma segunda abordagem visando à síntese de bacterioclorinas a partir de cicloadições foi delineada partindo-se da vinil-clorina 13 realizando-se uma reação de Diels-Alder com a N-fenilmaleimida (15) (Esquema 3). A síntese do composto 13 foi realizada a partir do composto 4 pela reação de bis-hidroxilação com OsO4 (67%) seguido da dupla desidratação em 1,2 diclorobenzeno (30%). Os melhores resultados da reação de cicloadição entre 13 e 15, apresentaram rendimentos na ordem de 47% (proporção aproximada de 75:25 dos diastereoisômeros determinada por RMN de 1H). Esquema 3. Síntese de novas bacterioclorinas. Os compostos sintetizados neste trabalho foram caracterizados utilizando-se técnicas de espectroscopia de RMN 1D e 2D, espectroscopia na região do UV-vis, espectroscopia na região do infravermelho e espectrometria de massas. Ao longo das abordagens sintéticas foram realizados alguns estudos fotofísicos preliminares, como photobleaching, de modo a qualificar a bacterioclorina 14 enquanto potencial fotossensibilizador. Também foi realizado estudo de agregação por UV-vis no qual se confirmou a baixa agregação das bacterioclorinas obtidas.

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Among numerous alternatives to combat vector, we can cite the use of photosensitizers (PSs) as inactivating of Aedes aegypti larvae. These compounds are able to interact with the light in a specific wavelength, so the cause highly reactive cytotoxic oxygen, resulting in the oxidation of biological targets. The present study had as main objective to analyze the phototoxic effects of PSs: Photogem® and turmeric, in three molecular variations (curcumin, curcuminoids pigment mixture (curcumin, desmethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin) and curcumin in sucrose), against Aedes aegypti larvae under different conditions of delivery of the PSs and lighting. The experiments of this study were divided into two stages: i) Photogem® and the three compositions of turmeric were applied in trials of photodynamic inactivation (PDI) in solution. The groups that received the Photogem®, were also fed with two different types of food, in order to verify the influence of these foods on larval mortality. ii) in a second step the three compositions of turmeric were incorporated in pet food, where it obtained a lyophilized powder, which was subsequently offered to the larvae for scanning. After the receipt of the PSs in solution as in the form of freeze-dried powder, the larvae were irradiated with two sources of light: artificial and natural. In addition to the trials of mortality, other studies were performed, such as checking the time of degradation of PSs when exposed to light, the anatomical location of accumulation of FSs in the larvae, and characterization studies of the product obtained in the form of lyophilized powder. On PDI with the Photogem® comparing the foods, exposed to artificial lighting, one of the foods introduced a higher mortality, indicating the importance of this on effectiveness of PDI. Already on PDI with variations of turmeric, mortality rates varied according to the molecular forms of this compound, showing high mortality for curcumin and curcumin in sucrose. In conditions involving sunlight, high mortality rates were obtained for all FSs delivered solution, featuring in various conditions 100% mortality in 8 hours from exposure to light. For IFD using the freeze-dried powder of three variations of turmeric and sunlight, mortalities in the order of 80% were achieved in lighting 16 hours. The analysis of the fluorescence image obtained by confocal microscope showed that both the three variations of turmeric, such as Photogem®, after an incubation period of 12 hours, accumulated throughout the alimentary canal of the larvae. The Photogem®, as well as turmeric showed potent photodynamic activity being more effective in conditions with higher light intensities. Regarding the delivery conditions of the PS, we observe that the highest values of mortality were obtained through the application of PSs in solution, when compared with the mortality studies using the freeze-dried powder. These results indicate that PDI can be a promising technique in the control of vectors as the Aedes aegypti. / O mosquito Aedes aegypti é o principal vetor responsável pela transmissão da dengue. Dentre as inúmeras alternativas de combate ao vetor, podemos citar o uso de fotossensibilizadores (FSs) como inativadores de larvas do Ae. aegypti. Esses compostos são capazes de interagir com a luz, num comprimento de onda específico, de modo a originar espécies altamente reativas de oxigênio citotóxico, resultando na oxidação de alvos biológicos. O presente estudo teve como principal objetivo analisar os efeitos fototóxicos dos FSs: Photogem® e cúrcuma, em três variações moleculares (curcumina, mistura de pigmentos curcuminóides (curcumina, demetoxicurcumina e bis-demetoxicurcumina) e curcumina em sacarose), contra larvas do Ae. aegypti sob diferentes condições de entrega dos FSs e de iluminação. Os experimentos deste estudo foram divididos em duas etapas: i) tanto o Photogem® quanto as três composições de cúrcuma foram aplicados nos ensaios de inativação fotodinâmica (IFD) em solução. Os grupos que receberam o Photogem® foram também alimentados com dois diferentes tipos de ração, com a finalidade de verificar a influência desses alimentos na mortalidade larval. ii) em uma segunda etapa as três composições de cúrcuma foram incorporadas nas rações, onde obteve-se um pó liofilizado, que foi posteriormente ofertado às larvas para a verificação da mortalidade. Após o recebimento dos FSs, tanto em solução como na forma de pó liofilizado, as larvas foram irradiadas com duas fontes de luz: artificial e natural. Além dos ensaios de mortalidade, outros estudos foram realizados, como a verificação do tempo de degradação dos FSs quando expostos à luz, o local anatômico de acumulação dos FSs nas larvas, e estudos de caracterização do produto obtido na forma de pó liofilizado. Na IFD com o Photogem® comparando as rações, expostas à iluminação artificial, uma delas apresentou uma mortalidade superior, indicando a importância desta na efetividade da IFD. Já na IFD com as variações de cúrcuma, as porcentagens de mortalidade variaram de acordo com as formas moleculares deste composto. Nas condições envolvendo luz solar, foram obtidas altos valores de mortalidade para todos os FSs entregues em solução, apresentando em diversas condições 100% de mortalidade em 8 horas de exposição à luz. Nos ensaios de IFD utilizando o pó liofilizado das três variações de cúrcuma e luz solar, mortalidades da ordem de 80% foram atingidas em 16 horas de iluminação. As análises das imagens de fluorescência obtidas por microscópio confocal mostraram que tanto as três variações de cúrcuma, como o Photogem®, após um período de incubação de 12 horas, acumularam-se em todo o canal alimentar das larvas. O Photogem®, assim como a cúrcuma apresentaram atividade fotodinâmica potente, sendo mais efetivos em condições com maiores intensidades de luz. Com relação às condições de entrega do FS, observamos que as maiores mortalidades foram obtidas através da aplicação dos FSs em solução, quando comparadas com os estudos de mortalidade utilizando o pó liofilizado. Esses resultados indicam que IFD pode ser uma técnica promissora no controle de vetores como o Ae. aegypti.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A periodontite agressiva é um processo inflamatório de origem bacteriana mediado pelo sistema imunológico do hospedeiro e é provavelmente a forma mais grave de doença periodontal, apresentando destruição das estruturas tanto de proteção quanto de suporte dentário, num período relativamente rápido, normalmente levando a perda prematura dos elementos dentários e, em alguns casos, terapia antimicrobiana adjunta é necessária em adição à terapia mecânica. O objetivo do presente ensaio clínico randomizado controlado foi avaliar o efeito clínico da terapia fotodinâmica como adjunto ao tratamento periodontal não cirúrgico no tratamento da periodontite agressiva Os seguintes parâmetros clínicos foram avaliados: índice de placa visível, sangramento à sondagem, profundidade de bolsa à sondagem, nível de inserção clínica relativo, envolvimento de furca e mobilidade. Foram selecionados dez pacientes com periodontite agressiva, os quais foram examinados no dia zero e após três meses.O desenho do estudo consistiu em um modelo de boca dividida, onde um hemiarco foi tratado com raspagem e alisamento radicular e terapia fotodinâmica (laser diodo) e o outro apenas com raspagem e alisamento radicular. Três meses após o término do tratamento, os grupos terapêuticos apresentaram resultados semelhantes para todos os parâmetros clínicos avaliados: ambas as terapias tiveram sucesso, como redução de profundidade de bolsa, ganho de nível de inserção clínica relativo, redução de índice de placa visível, redução de sangramento à sondagem, diminuição de envolvimento de furca e diminuição de mobilidade, porém sem diferenças estatisticamente significantes entre elas. Dentro das limitações do presente estudo, os resultados sugerem que a terapia fotodinâmica adjuntamente ao tratamento periodontal não cirúrgico mecânico foi tão eficaz quanto o tratamento periodontal não cirúrgico mecânico sozinho. / Aggressive periodontitis is an inflammatory process of bacterial origin mediated by host immune response and is probably the most serious form of periodontal disease, with destruction of the structures of protection and support, with fast course, often leading to premature loss of the teeth and, in some cases, adjunct antimicrobial therapy is need in addition to mechanical therapy. The aim of this randomized controlled trial was to investigate the clinical effect of photodynamic therapy as an adjunct to nonsurgical periodontal treatment in patients with aggressive periodontitis. The following clinical parameters were evaluated: visible plaque index, bleeding on probing, probing pocket depth, relative attachment level, furcation involvement and mobility. We selected ten patients with aggressive periodontitis, which were examined in the baseline to three months. The study design consisted of a split mouth model, where a quadrant was treated with scaling and root planing and photodynamic therapy (diode laser) and the other only with scaling and root planing. Three months after the end of the treatment, the treatment groups showed similar results for all clinical parameters evaluated: both therapies have been successful and showed reduction of pocket depth, gain of relative attachment level, reduction of visible plaque index, reduction of bleeding on probing, decreased furcation involvement and decreased mobility, but without statistically significant differences between them. Within the limitations of the present study the results suggest that photodynamic therapy adjunct to non-surgical periodontal mechanic treatment was as effective as the non-surgical periodontal mechanic treatment alone.

Pneumonia is one of the main causes of death worldwide, specially of the elderly and the children under 5 years old. The traditional antibiotic-based therapy faces a crisis due to the increase in resistance and a lack of new molecules approved. Recently, our research group demonstrated the photodynamic inactivation of streptococcal pneumonia in vivo, a technique to which the development of resistance is described to be unlikely. This study proposed to investigate the applicability of nebulization as a delivery method for photosensitizers, in the hope to advance the research of the photodynamic inactivation of bacterial pneumonia. First, the critical attributes for nebulization (droplet size and delivery rate), the extent of nebulization, and the stability of three photosensitizers were stablished, and they were all found to be compatible with the technique. Then, the delivery was validated in an animal model using the most promising compound. It was possible to activate it using extracorporeal infrared light without causing acute lung or liver damage. In conclusion, nebulization presented itself as a promising tool for the delivery of photosensitizers to the respiratory tract. / A pneumonia é uma das principais causas de morte no mundo, sobretudo de idosos e crianças menores de cinco anos. A terapia tradicional, baseada em antibióticos, enfrenta uma crise diante do aumento da resistência e do número reduzido de novas moléculas que são aprovadas. Recentemente, este grupo de pesquisa demonstrou a inativação fotodinâmica da pneumonia pneumocócica in vivo, uma técnica para a qual o surgimento de resistência é descrito como pouco provável. Este estudo se propôs a investigar a aplicabilidade da nebulização como método de entrega de fotossensibilizadores, na esperança de avançar a pesquisa da inativação fotodinâmica da pneumonia bacteriana. Inicialmente, os atributos críticos da nebulização (tamanho de gotícula e taxa de entrega), a extensão da dose nebulizada, e a estabilidade de três fotossensibilizadores foram estabelecidas. Todos eles se mostraram compatíveis com a técnica. Então, a entrega foi validada em um modelo animal, utilizando o composto mais promissor. Foi possível ativá-lo usando luz infravermelha extracorpórea sem que houvesse dano agudo pulmonar ou hepático. Em conclusão, a nebulização se mostrou uma ferramenta promissora na entrega de fotossensibilizadores ao trato respiratório.

O aparecimento de uma grande variedade de microrganismos patogênicos resistentes aos antimicrobianos tem resultado no aumento do índice de doenças e mortalidade provocadas por infecções que eram facilmente tratadas no passado. Muitas vezes essa resistência está relacionada à formação de biofilme pelos microrganismos, que produzem substâncias poliméricas extracelulares (EPS) dificultando a penetração de agentes antimicrobianos. A Terapia Fotodinâmica antimicrobiana (aPDT, do inglês antimicrobial photodynamic therapy) é uma alternativa promissora para combater infecções microbianas, principalmente aquelas em que apresentam biofilmes. Basicamente esse mecanismo envolve a combinação sinérgica de um fotossensibilizador (FS), oxigênio molecular e luz visível de comprimento de onda adequado para produzir espécies reativas de oxigênio (EROs) que causam oxidação dos componentes da célula levando-a à morte. Devido à natureza multifacetada e não-específica das EROs produzidos na aPDT, os microrganismos têm menos chance de desenvolver mecanismos de resistência. Apesar destas vantagens, a aPDT tem enfrentando o problema da hidrofobicidade que FSs como hipericina (Hy) e ftalocianina de zinco (FcZn) apresentam. Esta hidrofobicidade promove a agregação do FS em meio biológico, reduzindo a sua atividade fotodinâmica. Diante disso, este estudo teve o objetivo avaliar a ação fotodinâmica da Hy, FcZn e seus derivados hidrossolúveis (hipericina-glucamina - HyG, ftalocianina de zinco tetracarboxilada - FcZnTc e ftalocianina de zinco tetracarboxi-N-metilglucamina - FcZnTcG), para inativar as bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli, tanto em cultura planctônica como em biofilme. Como a aPDT apresenta também a vantagem de seletividade, foi proposto que as condições para fotoinativação destas bactérias provocassem o mínimo de dano às células hospedeiras. Estudos físico-químicos dos novos FSs mostraram menor agregação dos FSs derivados em meio aquoso que seus compostos de origem, bem como um ligeiro aumento no coeficiente de atividade fotodinâmica. Além disso, a hidrofilicidade dos FSs aumentou a acumulação intracelular dos mesmos nas bactérias de estudo S. aureus e E. coli, tanto na forma de células planctônicas quanto em biofilme. Os ensaios de acumulação intracelular dos FSs determinaram os parâmetros de fotoinativação seletiva dos microrganismos, tanto em células planctônicas como em biofilme. Todos os FSs, com exceção de FcZn, foram capazes de promover a seletividade de S. aureus e E. coli na forma planctônica. Entretanto, devido a maior complexidade morfológica de E. coli, os parâmetros de fotoinativação utilizados para inibir esta bactéria foram cerca de duas vezes maiores que para inativar a mesma concentração celular de S. aureus. Dentre todos os FSs, a FcZnTcG apresentou as melhores condições de seletividade tanto para E. coli quanto para S. aureus, uma vez que inibiu aproximadamente 100% destes microrganismos e no máximo 15% de células epiteliais (Vero). A obtenção das condições de seletividade para os biofilmes bacterianos foi mais difícil, pois a acumulação dos FSs por S. aureus e E. coli foi menor, tornando-se assim necessário aumentar os parâmetros de fotoinativação, ou seja, concentração do FS, tempo de incubação e dose de luz, que consequentemente inibiram mais as células epiteliais. Apesar disso, HyG e FcZnTcG foram capazes de promover a seletividade do biofilme de S. aureus em todas as etapas de formação. Entretanto, a seletividade do biofilme de E. coli foi alcançada apenas nas etapas de adesão reversível e irreversível e somente por FcZnTcG. Isso pode ser justificado pela maior concentração de EPS sintetizado por E. coli que por S. aureus, dificultando a acumulação dos FSs nas últimas etapas do biofilme de E. coli (biofilme maduro e dispersão). Portanto, os resultados desse estudo permitem sugerir que a hidrofilicidade é uma característica importante para os FSs fotoinativarem seletivamente os microrganismos S. aureus e E. coli, mesmo na forma de biofilme. Além disso, foi observado que a ação de aPDT no EPS do biofilme bacteriano desempenha um papel fundamental para inibição tanto de S. aureus quanto de E. coli. / The appearance of a large variety of antimicrobial-resistant pathogenic microorganisms has led to increased rates of disease and mortality caused by infections that were easily treated in the past. It has become clear that the biofilm-grown cells increase the bacteria resistance to antibiotics. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) is a promising alternative way to fight microbial infections, especially the biofilm ones. This technique, basically, involves the synergistic combination of a photosensitizer, molecular oxygen and visible light of an appropriate wavelength to produce highly reactive oxygen species that lead to the oxidation of several cell components and to cell inactivation. The main advantage of the technique is that, given the existence of multiple targets, there is no development of resistance. The hidrophobicity of photosensitizers (PSs) like hypericin (Hy) and zinc phthalocyanine (ZnPc), reduces their photodynamic activity once they form aggregates in biological media. For this reason, was evaluated the effectivenes of Hy, ZnPc and its water-soluble derivatives (glucamine-hypericin-HyG, zinc tetracarboxylated phthalocyanine-ZnTcPc and zinc tetracarboxy-N-metylglucamine phthalocyanine-ZnTcGPc) to photoinactivate S. aureus and E. coli with minimal damage to a model of host cells. Physicochemical studies showed that hidrophilic PSs suffer less aggregation in aqueous media, as well as present a slight increase in photodynamic activity compared to Hy and ZnPC. Furthermore, the hydrophilicity of PSs increased the PS intracellular accumulation in bacteria, either in planktonic culture or biofilms. The accumulation study allowed to determine the parameters of selective photoinactivation of microorganisms. Due the morphologic complexity of E. coli the photodynamic parameters (incubation time, PS concentration and light dose) were twice that used against S. aureus. As a consequence, some more epithelial cells were affected by the process. Despite that, only the ZnPc could not promote the selective inactivation for planktonic cells. By the other hand, HyG and FcZnTcG were able to seletively photoinactivate the biofilm of S. aureus in all its formation stages. However, the selective inactivation of E. coli biofilm was achieved only in the reversible and irreversible adhesion and just for FcZnTcG. This fact can be explained by the higher concentration of exopolysaccharide (1,9 \'mü\'g/mL) synthesized by E. coli compared with S. aureus, making difficult the accumulation of the PSs in the last stages of the E. coli biofilm formation (mature biofilm and dispersion). So, we can suggest that hidrophilicity is an important characteristic for the PSs, improving the selective photoinactivation of S. aureus and E. coli, even as biofilm. Moreover, the effectiveness of aPDT agains EPS plays a key role for inhibition of bacterial biofilms.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) caracteriza-se por um conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que ocorre após a administração de compostos fotossensibilizantes, que ficam retidos preferencialmente nos tecidos alterados, ao que se segue a irradiação com luz visível, ativando esses fotossensibilizadores (FS) por meio da absorção da luz. Nesta modalidade terapêutica, ocorrem mecanismos de transferência de energia entre o FS e o oxigênio molecular presente nos tecidos, gerando espécies reativas de oxigênio capazes de levar as células à morte. A TFD tem uma de suas principais aplicações no tratamento do câncer de pele, e este trabalho tem por objetivo otimizar tal aplicação utilizando a luz intensa pulsada (LIP) como sistema de irradiação. Na literatura, estudos demonstram a eficiência da aplicação de LIP na área dermatológica e estética na remoção de pelos, tratamento de lesões vasculares, acnes e no fotorejuvenescimento da pele, através de efeitos fotoquímicos e térmicos, mas não há relatos sobre aplicações terapêuticas para o câncer de pele. A aplicação da LIP em TFD leva a diferentes tipos de vantagens destacando-se a possibilidade de diminuição do tempo de tratamento, com consequente redução da dor durante o procedimento. Além disso a possibilidade de aplicação de misturas de FSs que absorvam em diferentes comprimentos de onda, promovendo a ativação simultânea de diferentes bandas de absorção que pode levar a potencialização do efeito da TFD. A ideia da irradiação com LIP é permitir a possibilidade de excitar diferentes bandas do FS simultaneamente, bem como reduzir os níveis de saturação do oxigênio dos tecidos devido a longos períodos de irradiação, minimizando também possíveis efeitos térmicos ocasionados pela irradiação prolongada. Neste trabalho, estudou-se a TFD com um equipamento comercial de LIP (Intense Pulse Light, HKS801) utilizando dois precursores do FS endógeno Protoporfirina (PpIX), 5-ácido aminolevulínico (ALA) e aminolevulinato de metila (M-ALA) e os FSs Photodithazine (PDZ) e Indocianina verde (ICV), em modelo de pele normal de suínos. As diferenças relativas à aplicação tópica de ALA e M-ALA por meio de creme e através da aplicação em sistema de injeção de alta pressão sem agulhas (SAFE INJECT) foram avaliadas. O sistema de injeção também foi utilizado para disponibilização dos FSs na pele. O estudo in vitro mostrou que a LIP interagiu com todos os FSs e levou à multiativação de suas bandas. Com relação aos estudos in vivo observou-se diferentes aspectos do uso da LIP para TFD. A avaliação de fluorescência mostrou que a distribuição por injeção foi mais homogênea, sugerindo a possibilidade de protocolos de TFD menos demorados. A análise termográfica mostrou que não ocorre aquecimento relevante do tecido nas aplicações de LIP em aplicações de TFD no protocolo utilizado. A avaliação histológicas das condições entre 24 e 48 horas permitiu observar as diferentes fases do processo cicatricial em função do tempo decorrido. O estudo possibilitou maior entendimento sobre os efeitos da LIP em tecido biológico, especialmente em associação à TFD. Também foi estabelecido, pela primeira vez, um modelo de protocolo para investigação do uso da LIP em modelo animal para TFD em pele, que pode ser extrapolado em futuros estudos para tratamentos oncológicos e dermatológicos. Consideradas as possibilidades oferecidas e a pronta disponibilidade do dispositivo para irradiação, a TFD com LIP torna-se viável técnica e comercialmente para uso clínico. / Photodynamic Therapy (PDT) is mainly composed of physical, chemical, and biological processes that occur after administration of photosensitizing compounds, which are selectively held in abnormal tissues. After visible light irradiation, those photosensitizers (PS) are activated by light absorption. During treatment, energy transfer mechanisms take place between PS and molecular oxygen that is available in tissues, promoting the generation of reactive oxygen species that bring cells to death. One of this technique´s main applications is skin cancer treatment, and this study aims to optimize such a PDT application by using intense pulsed light (IPL) as irradiation system. Literature shows IPL efficacy on dermatological aesthetic procedures, such as hair removal, treatment of vascular lesion, acne and skin photorejuvenation, promoted by photochemical and thermal effects. However, skin cancer treatment was never reported. Using IPL for PDT may bring advantages such as reducing the treatment sessions, which reduces pain during procedures, and the ability to use PS blends that will absorb in different regions of wavelengths, resulting in simultaneous activation of different absorption bands and improving PDT effect. Shorter irradiation may reduce oxygen depletion due to long irradiation periods, and major thermal effects. In this study, PDT was performed using an IPL commercial device (Intense Pulse Light, HKS801) with the application of two PpIX precursors (ALA and MAL) and the exogenous PS Photodithazine (PDZ) and Indocyanine Green (ICG) on porcine health skin model. Administration of the PS or PpIX precursors were investigated both by vehiculation via cream and by high pressure, needle-free injection (SAFE INJECT). The results obtained in this study showed that the damage induced by PDT using the needle-free injection is more expressive than for cream vehiculation. The in vitro study showed that IPL interacted with all PS and promoted absorption bands multi-activation. The in vivo studies showed different aspects of using IPL for PDT. Fluorescence investigation showed that the distribution by the needle-free injection was more homogeneous, suggesting that shorter PDT protocols are possible. Thermography imaging showed that no relevant heating was observed for IPL applications of PDT during the protocols of choice. Histological analysis of conditions between 24 and 48 hours allowed observing the different stages of the healing process as a function of time. This study provided deeper understanding of IPL effects in biological tissues, and particularly when associated to PDT. In addition, for the first time, an investigation protocol for the use of IPL-PDT in porcine healthy skin was designed, which can be extrapolated for future studies on cancer and skin lesions. Given the possibilities and the prompt availability of the irradiation device, IPL-PDT is readily available technically and commercially for clinical use.

A imobilização de fotossensibilizadores (FS) em materiais nanométricos tem se mostrado uma excelente alternativa ao seu emprego na forma molecular para terapia fotodinâmica (PDT). O presente trabalho descreve uma série de estratégias sintéticas desenvolvidas para a imobilização de FS em nanoesferas de sílica contendo núcleos magnéticos, bem como o estudo das propriedades foto-químicas, foto-físicas e morfológicas dos nanomateriais obtidos. Os FS utilizados foram o azul de metileno, tionina, azure A, protoporfirina IX, hematoporfirina IX e clorofilina. As metodologias de imobilização empregadas envolveram a adição do FS durante o crescimento da camada de sílica ou a ligação do FS na superfície do nanomaterial já formado. Em alguns casos foi necessário modificar previamente o FS com organossilanos. Os núcleos magnéticos foram preparados por co-precipitação de sais de ferro(II) e ferro(III) em meio básico e o revestimento com sílica foi realizado utilizando-se tetraetilortossilicato em uma microemulsão. Os núcleos magnéticos revestidos com uma camada de sílica mantiveram o comportamento superparamagnético. Para a tionina e o azul de metileno não foi detectada geração de oxigênio singlete após a imobilização. Para o azure A, protoporfirina IX e clorofilina imobilizados, a geração de oxigênio singlete foi detectada e caracterizada por métodos químicos e físicos. O material contendo clorofilina mostrou-se bastante promissor e foi empregado em estudos preliminares com células HeLa, levando à morte celular após irradiação, o que comprova o potencial para PDT. O comportamento do fotossensibilizador imobilizado e a possível proteção extra fornecida pela camada de sílica foram estudados pela supressão de fluorescência com íons brometo e supressão da geração de oxigênio singlete com albumina de soro bovino. Hematoporfirina IX é mais afetada na forma livre do que imobilizada em nanoesferas de sílica, o que indica que o FS imobilizado é capaz de gerar oxigênio singlete e está mais protegido de interferentes. / The immobilization of photosensitizers (PS) in nanometric materials is an excellent alternative to their use in molecular forms for photodynamic therapy (PDT). The present work describes a series of synthetic strategies for the immobilization of PS on silica nanospheres containing magnetic nucleous, as well as the studies of the photochemical, photophysical and morphological properties of the obtained materials. The studied PS were methylene blue, thionin, azure A, protoporphyrin IX, hematoporphyrin IX and chlorophyllin. The immobilization methodologies involve the addition of PS during the growth of the silica shell or the attachment of PS to the material surface. Often, a previous modification of the PS with organosilanes was necessary. The magnetic cores were prepared by co-precipitation of iron(II) and iron(III) salts in basic media and the coating with silica was performed by a microemulsion using TEOS. After coating with silica, the magnetic nanomaterial maintained the superparamagnetic behavior. The generation of singlet oxygen by thionin and methylene blue was not detect after immobilization. The generation of singlet oxygen by immobilized azure A, protoporphyrin IX and chlorophyllin was detected and characterized by chemical and physical methods. The material containing chlorophyllin is promising for PDT and was applied in preliminary studies with HeLa cells, causing cell death after irradiation. The behavior of the immobilized PS and the possible extra protection given by the silica shell were investigated by fluorescence quenching with bromide ions and by suppression of singlet oxygen generation with bovine serum albumin. Hematoporphyrin IX was more affected in the free form than immobilized in silica nanospheres, which indicates that the immobilized FS still generates singlet oxygen and is more protected against interfering species

A leishmaniose pertence à classe de doenças infecciosas e é causada por parasitas do gênero Leishmania. Essa enfermidade se manifesta nas formas visceral ou cutânea e o tratamento de ambas consiste em quimioterapia utilizando fármacos à base de antimônio. A aplicação desses medicamentos, no entanto, apresenta diversas desvantagens, como o surgimento de efeitos colaterais severos e a disseminação de parasitas resistentes aos fármacos convencionais. Dessa forma, há uma grande necessidade de se desenvolver novos medicamentos, bem como, novas técnicas de tratamento e diagnostico. Neste trabalho foram sintetizados novos fotossensibilizadores derivados da riboflavina (vitamina B2) com potencial aplicação no tratamento de leishmaniose cutânea (através de terapia fotodinâmica) e foram sintetizados novos complexos de Ru (II) com potencial uso como sensores luminescentes de antimônio. Os derivados da riboflavina foram obtidos utilizando a vitamina B2 como material de partida e as transformações químicas estudadas fizeram uso de reações de acilação das hidroxilas da cadeia ribitil e de alquilações do nitrogênio 3 do sistema de anéis isoaloxazina. Essas modificações estruturais permitiram a construção de uma biblioteca de fotossensibilizadores que contém partes hidrofílicas, hidrofóbicas, anfifílicas e iônicas, que possibilitaram estudos da relação estrutura atividade. Com a otimização dessas rotas sintéticas foram obtidos dois derivados flavínicos-catiônicos inéditos na literatura com rendimentos de até 68%. Foi mostrado que as transformações químicas estudadas não afetaram significantemente as propriedades fotofísicas dos derivados flavínicos, sendo todos eles fluorescentes e capazes de fotossensibilizar a produção de oxigênio singlete com rendimento quântico semelhante ao da riboflavina (Φ&#916. ≈ 0,5). Por outro lado, as modificações estruturais na riboflavina alteraram as propriedades físico-químicas em termos de solubilidade e coeficiente de partição. Os derivados sintetizados foram testados contra promastigotas de Leishmania major utilizando LED azul (470 nm). Os fotossensibilizadores apresentaram baixa toxicicidade no escuro (CE50 (concentração efetiva 50%)> 100 µM para todos os compostos) e todos os derivados testados apresentaram maior fototoxicidade (CE50 de até 5 µM) que a riboflavina (CE50 de 50 µM). Foi observado que a fototoxicidade dos derivados da riboflavina está fortemente associada à lipofilicidade do fotossensibilizador. Um complexo de Ru (II) que responde à presença de antimônio foi preparado a partir do bis-complexo Ru(bpz)2Cl2 e do ligante derivado da fenantrolina contendo o grupo bitiofeno (bitiofeno-imidazo-fen). Esse complexo apresenta potencial na construção de sensores luminescentes de antimônio. Foi mostrado que o novo complexo sintetizado [Ru(bpz)2(bitiofeno-imidazo-fen)2+] apresenta baixa luminescência na região do vermelho devido à auto-supressão causada pelo grupo bitiofeno. No entanto, estudos preliminares mostraram que a adição de SbCl3 ou tartarato de antimônio ao meio intensifica significativamente a emissão nessa região do espectro. Devido à formação do complexo Sb-bitiofeno, ocorre o aumento percentual da espécie eletronicamente excitada e a mesma é auto-suprimida com menos eficiência. / The leishmaniases belong to a group of infectious diseases caused by a parasite of the genus Leishmania. This disease manifests as the visceral or the cutaneous forms and the treatment of both types is based on chemotherapies with antimony drugs. The application of these drugs, however, presents drawbacks like several side effects and dissemination of parasites resistant to this conventional treatment. Thus, there is a growing need to develop new drugs, as well as new modalities of treatment and diagnosis. In this work, novel photosensitizers derived from riboflavin (vitamin B2) with potential application in the treatment of cutaneous leishmaniasis (by photodynamic therapy) were synthesized. Also, novel Ru (II) complexes with potential usage as luminescent sensors of antimony were synthesized. The riboflavin derivatives were obtained by using vitamin B2 as the starting material, and the chemical transformations were based on acylation of the hydroxyl groups from the ribityl side chain and alkylation of nitrogen 3 of the isoalloxazine ring system.These structural modifications yielded a library of photosensitizers containing hydrophilic, hydrophobic, amphiphilic or ionic moieties, which provide molecules for a study of the structure-activity relationship. By optimizing these synthetic routes, two novel cationic riboflavin derivatives were obtained in good yield (up to 68%). It has been shown that the chemical modifications performed have not significantly affected the photophysical properties of the riboflavin derivatives. All compounds are fluorescent and able to photosensitize singlet oxygen in yields similar to riboflavin itself (Φ&#916 ≈ 0,5). On the other hand, these structural modifications varied the physic-chemical properties related to solubility and partition coefficient of the derivatives. The obtained derivatives were tested against promastigotes of Leishmania major using blue LED (470 nm). The photosensitizers displayed low dark toxicity (EC50 (Effective Concentration 50%) > 100 µM for all the studied compounds) and all derivatives showed greater phototoxicity (EC50 up to 5µM) when compared to riboflavin (EC50 = 50µM). It was observed that the phototoxicity of the riboflavin derivatives is strongly associated with the lipophilicity of photosensitizer. A Ru (II) complex that responds in the presence of antimony was prepared from Ru(bpz)2Cl2 and a phenanthroline ligand containing a bithiophene group (bithiophen-imidazo-phen). This complex can be potentially applied in the construction of luminescent sensors of antimony. It has been demonstrated that the novel complex [Ru(bpz)2(bitiofeno-imidazo-fen)2+] displays low red luminescence due to the self-quenching promoted by the bithiophen moiety. However, preliminary studies have evidenced that, upon addition of SbCl3 or antimony tartrate to the media, the emission intensifies in the red region of the spectrum. Due to the formation of the chelate Sb-bithiophene, the elf-quenching of the electronic excited species occurs less efficiently.

Mitocôndrias desempenham um papel central na homeostase celular. Estas organelas se diferem das demais não só por suas múltiplas funções, mas por terem seu próprio genoma, distinto do genoma nuclear. Estas organelas também participam de mecanismos de morte celular de forma central nos três mecanismos mais conhecidos: apoptose, necrose e autofagia. O mtDNA está localizado na face interna da membrana mitocondrial, onde são geradas grandes quantidades de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs). Em consequência, o mtDNA acumula modificações oxidativas, mesmo em condições normais de metabolismo. Entretanto as respostas celulares ao acúmulo de lesões no mtDNA ainda não são claras. Para investigarmos se lesões oxidativas no mtDNA causam morte celular, propomos um modelo no qual oxigênio singlete é gerado especificamente na mitocôndria, pela ação de fotossensibilizadores com diferentes localizações celulares (azul de metileno, AM, e cristal violeta, CV, citosólicos; Ro 19-8022, Ro, citosólico e nuclear). Mostramos, por microscopia confocal, que os corantes tem a localização esperada em células HeLa. Além disso, observamos que o AM gera oxigênio singlete proporcionalmente a concentração do corante e dose de fotoativação. Mostramos que células tratadas com os corantes diminuem a velocidade de duplicação 24 h após o tratamento, que resulta em morte celular. Para AM e Ro, estes efeitos foram proporcionais à concentração de corante e da dose de fotoativação. Por outro lado, CV apresentou uma alta toxicidade mesmo no escuro. Mostramos que as células tratadas com AM não apresentam fragmentação internucleossômica de DNA, típica de apoptose após 24 h e não apresentam quebras de fita e formação de sítios abásicos logo após o tratamento. Finalmente mostramos que células com depleção do número de cópias de mtDNA são menos sensíveis ao tratamento com AM e igualmente sensíveis ao tratamento com Ro que células HeLa normais, indicando que lesões oxidativas ao mtDNA determinam a sensibilidade celular ao AM. / Mitochondria play a central role in cell homeostasis. They differ from other subcellular structures not only due to their many functions but also because they have their own genome. Moreover, mitochondria also play a central role in cell death, in apoptosis, necrosis as well as autophagy. The mitochondrial DNA sits at the inner side of the inner mitochondrial membrane, where most of reactive oxygen species are generated, and in fact, mtDNA accumulates oxidative damage under normal physiological conditions. However, cellular responses to mtDNA damage are not clearly understood. In order to ascertain whether mtDNA damage induces cell death, we established a cellular model in which oxidative stress is induced exclusively in mitochondria, by using two photosensitizers that localize in the cytosol (methylene blue, MB and crystal violet, CV) and comparing to another one with diffuse distribution (Ro 19-8022, Ro). These molecules generate singlet oxygen locally upon photoactivation. Using confocal fluorescence microscopy we confirmed the cellular localization of the dyes, and found that. MB generates singlet oxygen in cells in a dose- and light-dependent fashion. Treatment with the dyes induced dose-dependent cell proliferation inhibition and cell death. The cytotoxic effects of MB and Ro were completely dependent on light-activation whereas CV induced cell death in the dark. We found that under these conditions, MB treatment did not induce internucleosomal DNA fragmentation or non-nucleosomic fragmentation, as we did not observe comet formation. These results indicate absence of nuclear DNA damage. On the other hand, cells depleted of mtDNA showed decreased sensitivity to MB but not to RO, indicating that mtDNA damage plays a key role in inducing cell death under these experimental conditions.