Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Estudou-se a conjugação de micro/nanotubos de L,L-difenilalanina (MNTs-FF) com dois tipos de fluoróforo: hipericina (Hyp) e ftalocianinas de zinco (ZnPc), visando aplicação na terapia fotodinâmica. Foram feitas investigações sobre conjugados contendo hipericina organizados em diferentes arranjos cristalinos, uma fase hexagonal (P61) e outra ortorrômbica (P22121). Os resultados obtidos evidenciam uma maior eficiência na geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) quando a hipericina está conjugada com MNTs-FF, sendo essa eficácia observada em ambas as fases, porém com melhor resultado para a fase hexagonal. Como mecanismo, foi proposto que a organização induzida pelas estruturas peptídicas e a disponibilidade de um ambiente hidrofóbico na interface de Hyp/peptídeo são fundamentais para incrementar a geração de ROS. Para os conjugados MNTs-FF com ftalocianinas de zinco, foram analisadas as propriedades morfológicas e estruturais. Com a variação dos grupos protetores dos derivados do glicerol presentes nas regiões periféricas das ZnPcs, a morfologia tubular usualmente observada em MNTs-FF muda drasticamente e passa a ser caracterizada por hastes micrométricas. Analisando sua superfície em estudos de alta resolução por AFM, foi perceptível a formação de camadas de fotossensibilizadores e um incremento substancial de rugosidade. Mesmo com a mudança na morfologia do material, a simetria cristalográfica P61, tradicionalmente encontrada em MNTs-FF não-conjugados, é mantida. Ensaios de toxicidade foram realizados em células tumorais mamárias (MCF-7), revelando que a morte celular é maior quando as ZnPcs estão conjugadas com MNTs-FF. Estudos de citometria identificaram que a principal via de morte celular é necrose, com eficiência de cerca 80% para os conjugados MNTs-FF/ZnPc. Esses achados mostram que essa conjugação aumenta a eficiência na geração de ROS dos fotossensibilizadores (Fs) utilizados nesse trabalho, indicando potencial aplicação desses materiais na terapia fotodinâmica. / It was studied the conjugation of L,L-diphenylalanine micro/nanotubes (MNTs-FF) with two types of fluorophore: hypericin (Hyp) and zinc phthalocyanines (ZnPc), order application in photodynamic therapy. It was made investigations on conjugates containing hypericin organized into different crystalline symmetries, a hexagonal phase (P61) and an orthorhombic phase (P22121). The results obtained here are evidence for higher efficiency in the generation of reactive oxygen species (ROS) when hypericin appears conjugated to MNTs-FF. This improvement is observed for MNT-FFs organized into both phases; however, efficiency is still higher for self-assemblies exhibiting hexagonal symmetry. As a mechanism, it was proposed that organization induced by peptide structures and availability of a hydrophobic environment in the vicinities of Hyp/peptide interfaces are crucial for boosting the generation of ROS. In conjugates formed between MNTs-FF and ZcPcs, structural and morphological properties were analyzed in detail. It was found that, by varying glycerol moieties in the periphery of ZnPcs, the tubular morphology usually observed in MNTs-FF changes dramatically and is then characterized by micrometer-long sticks with faceted surfaces. High-resolution AFM imaging showed the formation of layers of photosensitizers and substantial increment on the surface roughness. In despite these drastic morphological and surface changes, the crystalline arrangement of peptides within the complexes remained into the hexagonal P61 phase usually found in bare MNTs-FF. Cytotoxocity assays performed on tumoral mammary cells (MCF-7) indicated that cell death upon light irradiation is higher when ZnpCs is conjugated to MNTs-FF. Cytometry assays identified that the main mechanism leading to cell death is necrosis, with effectiveness of about 80% for MNTs-FF/ZnPc. These findings show that this conjugation enhances efficiency in ROS generation by the photosinthesizers used in this work, indicating the potential of these materials for photodynamic therapy.

Orientador: Prof. Dr. Anderson Orzari Ribeiro / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2017. / No presente trabalho apresentamos a sintese e caracterizacao do fotossensibilizador hipericina e alguns de seus sais hipericinato, bem como o estudo de sua atividade fotodinamica in vitro em celulas de adenocarcinoma mamario humano. A hipericina sintetizada foi caracterizada por espectroscopia 1H RMN, espectrometria de massas e espectroscopia no infravermelho. As propriedades fotofisicas e fotoquimicas da hipericina e dos hipericinatos foram determinadas por analises dos espectros de absorcao na regiao do UV-Vis, espectros de excitacao e emissao, coeficiente de absortividade molar (¿Ã) e capacidade de geracao de especies reativas de oxigenio atraves da degradacao do DPBF (1,3-difenilbenzofurano). Para os estudos in vitro utilizou-se a linhagem de adenocarcinoma mamario humano (MCF-7) avaliando a toxicidade e fototoxicidade da hipericina e hipericinatos, localizacao celular, capacidade mutagenica e genotoxica, capacidade clonogenica, tempo de captacao celular e identificacao de via de morte celular. Os resultados apresentam indicativos de que os hipericinatos possuem eficiencia relativa superior ao da hipericina na producao de oxigenio singlete, bem como uma menor taxa de agregacao em meio biologico. Ainda, nos ensaios in vitro, foi verificado que a atividade fotodinamica foi maior para os hipericinatos em comparacao com a hipericina, demonstrando que as modificacoes moleculares no composto promovem alteracoes na sua interacao com a linhagem celular estudada. / In this study we present the synthesis and characterization of photosensitizers like hypericin and hypericinates and its in vitro photodynamic ativity in human mammary adenocarcinoma cells. The synthesized hypericin was characterized by 1H NMR spectroscopy, mass spectrometry and infrared spectroscopy. The hypericinates were characterized by analysis of absorption spectra in the UV-vis region, excitation and emission spectra, molar absorptivity (å) and reactive oxygen species generation capacity through the degradation of DPBF (1,3-diphenylbenzofuran). For in vitro studies, human mammary adenocarcinoma (MCF-7) lineage was used to evaluate the toxicity and phototoxicity of hypericin and hypericinates, as well as their cell colocalization, mutagenic and genotoxic capacity, clonogenic capacity, time of cellular uptake and path of cell death identification. The results indicated that hypericinates have higher relative efficiency in the production of singlet oxygen than hypericin and lower rate of aggregation in biological medium. Furthermore, in in vitro assays, it was verified that the effectiveness of the photodynamic activity was higher for the hypericinates than hypericin, demonstrating that the molecular modifications in the hypericin macrocycle promotes changes in their interaction with cell line studied.

Submitted by Patricia Rocha de Araújo (patriciarocha39@hotmail.com) on 2018-10-15T01:56:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Patricia Rocha out 2018.pdf: 3514360 bytes, checksum: 9b0fea77694a33ed0ae69da788c5a4a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Irani Coito (irani@fcfar.unesp.br) on 2018-10-16T20:37:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 araujo_pr_me_arafcf.pdf: 3514379 bytes, checksum: dffaf731be630bbca5063c79b406b6ae (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T20:37:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 araujo_pr_me_arafcf.pdf: 3514379 bytes, checksum: dffaf731be630bbca5063c79b406b6ae (MD5) Previous issue date: 2018-09-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A candidíase vulvovaginal (CVV) é uma doença causada por espécies do gênero Candida spp. no trato genital inferior feminino que afeta um grande número de mulheres em todo mundo. Porém o uso sistêmico de fármacos causa muitas reações adversas e as formulações tópicas possuem um baixo tempo de retenção na mucosa vaginal devido à diluição dos sistemas na cavidade vaginal. Esse estudo propõe uma terapia antifúngica alternativa empregando sistemas precursores de cristais líquidos mucoadesivos (SPCLM) para a liberação de hipericina (HIP), um potente fotossensibilizador isolado de plantas do gênero Hipericum com e sem o emprego da terapia fotodinâmica (TFD). O sistema visa aumentar o tempo de permanência da formulação, bem como reduzir o número de aplicações e a quantidade de fármaco empregada. O emprego da TFD, por sua vez, se faz como uma forma de diminuir a resistência pelos microrganismos. Observou-se a formação de sistemas isotrópicos no sistema constituído por 30% da fase oleosa constituída por ácido oleico e colesterol na razão de 7:1, 40% de Procetyl AWS como tensoativo e 30% de uma dispersão de poloxamer à 16% empregando as técnicas de microscopia de luz polarizada e espalhamento de raios-X a baixo ângulo. Após a introdução de três diferentes concentrações de fluido vaginal simulado FVS (30, 50 e 100%), as formulações resultantes passaram a apresentar anisotropia e picos característicos de fase lamelar. Análises das propriedades mecânicas, reológicas e mucoadesivas das formulações indicaram que a organização e a mucoadesão dos sistemas aumentaram à medida que a quantidade de FVS aumentou. Os ensaios de validação da metodologia analítica para quantificação de HIP indicaram que o método é aceitável segundo agências regulatórias. Os testes de liberação in vitro demonstraram perfil de liberação sustentada da HIP provavelmente devido à sua alta afinidade pelos componentes da fase oleosa dos sistemas de liberação. Além disso, os SPCLM causaram aumento da retenção e baixa permeação da HIP em mucosa suína. Ensaios microbiológicos indicaram que a HIP é um agente eficaz para inativação das leveduras de Candida albicas com emprego da TFD, porém os SPCLM com HIP não potencializaram a ação antifúngica deste composto, possivelmente devido ao longo período necessário para sua liberação. Os testes de citotoxicidade indicaram que todas as formulações apresentam baixa toxicidade, porém os sistemas com hipericina incorporada apresentaram maior toxicidade para células tumorais L292. Ensaios in vivo do sistema em modelo de CVV são necessários para comprovar a viabilidade do sistema desenvolvido. / Vulvovaginal candidosis (VVC) is a disease induced by Candida strains in the female genital tract that affects a great number of women worldwide. However, systemic drugs cause many adverse reactions. Also, currently employed topical dosage forms present low retention times due to their dilution in vaginal fluids. This study proposes an alternative antifungal therapy through the development of liquid crystalline precursor systems (LCPS) for hypericin release, a potent photosensitizer isolated from Hipericum plants with and without photodynamic inactivation (PDI). The developed system aims to increase the residence time of the formulations, as well as decrease the number of applications and the amount of drug. Photodynamic therapy was used to reduce microorganism resistance. Polarized light microscopy and Small-Angle X-Ray Scattering confirmed the formation of an isotropic system composed of 30% of oil phase containing oleic acid and cholesterol in (ratio of 7:1). After addition of three different concentrations of simulated vaginal fluid -SVF (30, 50 and 100%), the resultant formulations presented anisotropy and characteristic peaks of lamellar phases. Mechanical, rheological and mucoadhesive assays indicated the formation of long-range ordering systems as the amount of SVF increased. Drug validation assays indicated that the method is aceptable for hypericin quantification according to regulatory agencies. In vitro drug release assays exhibited a sustained release profile probably due to the high affinity between HIP and the oily phase components. In addition, the LCPS lead to poor permeability and enhanced retention of HIP in the porcine mucosa. Microbiological assays pointed out that HIP effectively inactivated Candida albicans yeasts with PTD, however the HIP loaded LCPS did not potentiate the antifungal activity of HIP, probably due to the long period for HIP release. Cytotoxic tests indicated that all formulations presented low toxicity, however the HIP loaded presented higher toxicity to L292 tumor cells. In vivo assays should be performed to confirm the viability of the developed system. / 001

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma técnica para tratamento de câncer que usa um fotossensibilizador (FS) na presença de luz e oxigênio molecular gerando espécies altamente reativas de oxigênio que levam as células tumorais à morte. Porém a hidrofobicidade de alguns FSs podem induzir a agregação em sistemas biológicos, com redução da sua atividade fotodinâmica. A incorporação de FSs em sistemas nanocarreadores pode ser uma alternativa para superar este problema. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar dois FSs hidrofóbicos (Hipericina e Tetra-carboxiftalocianinade zinco) encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) para um potencial uso em terapia fotodinâmica. Os FSs incorporados em nanopartículas lipídicas sólidas foram preparados utilizando a técnica de ultra-sonicação e a caracterização físico-química foi realizada. O tamanho médio das nanopartículas de hipericina e tetra-carboxiftalocianinade zinco foram de 153 e 245 nm respectivamente, índice de polidispersão de 0,28 para Hy-NLS e 0,29 para FtZnT-NLS. Uma das vantagens dos sistemas de encapsulação utilizando NLS é o alto valor de eficiência de encapsulação (EE%) e neste estudo foram obtidos valores de eficiência de encapsulação superior a 80% para a Hy-NLS e FtZnT-NLS. De modo a obter a eficiência fotodinâmica da Hy e FtZnT antes e depois do encapsulamento em NLS, as constantes de velocidade de foto-decomposição utilizando dois agentes captadores de 1O2 (1,3 Difenilisobenzofurano e ácido úrico) foram determinadas. As constantes de velocidade de foto-decomposição tiveram aumento significativo após o encapsulamento que ocorreu provavelmente devido a um aumento no tempo de vida do estado triplete causado pelo aumento da solubilidade. Hy-NLS e FtZnT-NLS apresentaram um aumento acima de 30% e 60% respectivamente na acumulação intracelular e uma melhoria na fototoxicidade correlacionado com o aumento da acumulação intracelular. Todas essas vantagens sugerem que hipericina e a tetra-carboxiftalocianinade zincoencapsuladas em nanopartículas lipídicas sólidas tem potencial para serem utilizadas em terapia fotodinâmica. / Photodynamic therapy (PDT) is a technique for treating cancer using a photosensitizer (PS) in the presence of light and molecular oxygen generating highly reactive oxygen species that lead to tumor cell death. The hydrophobicity of some photosensitizers can induce aggregation in biological systems, reducing its photodynamic activity. The incorporation of PSs in nanocarriers can be an alternative to overcome this problem. The aim of this work was to prepare and characterize two hydrophobic photosensitizers (Hypericin and Zinc tetra-carboxylicphthalocyanine) encapsulated in solid lipid nanoparticles (SLN) for potential use in photodynamic therapy. The PSs incorporated into solid lipid nanoparticles were prepared using the ultrasonication technique, and physico-chemical characterization was performed. The average size of the nanoparticles with hypericin and zinc tetra-carboxylicphthalocyanine was 153 and 245 nm respectively, the polydispersivity index of 0.28 to Hy-SLN and 0.29 to FtZnT-SLN. One of the advantages of encapsulation systems using SLN is the high value of encapsulation efficiency (EE %). In this study were obtained values of encapsulation efficiency greater than 80% for the Hy-SLN and FtZnT-SLN. In order to obtain the photodynamic efficiency of Hy and FtZnT before and after encapsulation in SLN, rate constants using photo-decomposition of two scavengers of 1O2 agents (1,3-Diphenylisobenzofuran and uric acid) were determined. The rate constants of photo-decomposition had significant increase after encapsulation which occurred probably due to an increase in the lifetime of the triplet state caused by the increased solubility. Hy-SLN and FtZnT-SLN showed an increase above 30% and 60% respectively in the intracellular accumulation and an improvement in phototoxicity correlated with increased intracellular accumulation. So, all these advantages suggest that hypericin and zinc tetra-carboxylicphthalocyanine encapsulated in solid lipid nanoparticles have potential to be used in photodynamic therapy.

S'ha avaluat mitjançant estudis in vitro la viabilitat de la teràpia fotodinàmica antifúngica per al tractament clínic d'infeccions causades per les espècies fúngiques patògenes Candida albicans, Candida parapsilosis, Candida krusei i Trichophyton mentagrophytes. L'objectiu és optimitzar aquesta tècnica per proporcionar una alternativa als fàrmacs antifúngics utilitzats en els tractaments clàssics actuals i eradicar així les micosis superficials. S'ha avaluat la capacitat citotòxica de tres fotosensibilitzadors amb propietats fotoquímiques diferents, la hipericina, la 5,10,15,20-tetraquis(N-metil-4-piridil)-21H,23H-porfina i el clorur de 3,7-Bis(etilamino)-2,8-dimetilfenotiacina-5-io, induint tots la inactivació cel.lular sobre les diferents espècies fúngiques. Per avaluar si la la tècnica produeix danys significatius sobre les cèl.lules epidèrmiques humanes s'han realitzat estudis sobre queratinòcits i fibroblasts humans. S'han avaluat els mecanismes d'acció dels tres fotosensibilitzadors mitjançant estudis espectroscòpics i cinètics de formació i desaparició dels seus estats excitats i oxigen singlet. En el cas de l'hipericina també s'han descrit els intermedis que es formen en irradiar, caracteritzant l'accessibilitat dels triplets a l'oxigen. / Se ha evaluado mediante estudios in vitro la viabilidad de la terapia fotodinámica antifúngica para el tratamiento clínico de infecciones causadas por las especies fúngicas patógenas Candida albicans, Candida parapsilosis, Candida krusei y Trichophyton mentagrophytes. El objetivo es optimizar esta técnica para proporcionar una alternativa a los fármacos antifúngicos usados en los tratamientos clásicos actuales y erradicar así las micosis superficiales. Se ha evaluado la capacidad citotóxica de tres fotosensibilizadores con propiedades fotoquímicas distintas, la hipericina, la 5,10,15,20-tetraquis(N-metil-4-piridil)-21H,23H-porfina y el cloruro de 3,7-Bis(etilamino)-2,8-dimetilfenotiacina-5-io, induciendo todos la inactivación celular sobre las distintas especies fúngicas. Para evaluar si la la técnica produce daños significativos sobre las células epidérmicas humanas se han realizado estudios sobre queratinocitos y fibroblastos humanos. Se han evaluado los mecanismos de acción de los tres fotosensibilizadores mediante estudios espectroscópicos y cinéticos de formación y desaparición de sus estados excitados y oxígeno singlete. En el caso de la hipericina también se han descrito los intermedios que se forman al irradiar, caracterizándose la accesibilidad de los tripletes al oxígeno. / Has been evaluated by in vitro viability studies of photodynamic therapy for clinical fungal infections caused by pathogenic fungal species Candida albicans, Candida parapsilosis, Candida krusei and Trichophyton mentagrophytes. The goal is to optimize this technique to provide an alternative to the antifungal drugs used in current classical treatments and thus eliminate superficial mycoses. We assessed the cytotoxic capacity of three photosensitizers with different photochemical properties, the hypericin, 5,10,15,20-tetrakis(N-methyl-4-pyridyl)-21H,23H-porphine and 3,7-Bis(ethylamino)-2,8-dimethylphenothiazin-5-ium chloride, inducing all cell inactivation on different fungal species. To assess if the technique produces significant damage to human epidermal cells, studies with human fibroblasts and keratinocytes were carried. We evaluated the mechanisms of action of the three photosensitisers by spectroscopic and kinetic studies of formation and disappearance of excited states and singlet oxygen. In the case of hypericin have also been described intermediates formed by irradiating, characterized accessibility of triplet oxygen.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma técnica para tratamento de câncer que usa um fotossensibilizador (FS) na presença de luz e oxigênio molecular gerando espécies altamente reativas de oxigênio que levam as células tumorais à morte. Porém a hidrofobicidade de alguns FSs podem induzir a agregação em sistemas biológicos, com redução da sua atividade fotodinâmica. A incorporação de FSs em sistemas nanocarreadores pode ser uma alternativa para superar este problema. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar dois FSs hidrofóbicos (Hipericina e Tetra-carboxiftalocianinade zinco) encapsulados em nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) para um potencial uso em terapia fotodinâmica. Os FSs incorporados em nanopartículas lipídicas sólidas foram preparados utilizando a técnica de ultra-sonicação e a caracterização físico-química foi realizada. O tamanho médio das nanopartículas de hipericina e tetra-carboxiftalocianinade zinco foram de 153 e 245 nm respectivamente, índice de polidispersão de 0,28 para Hy-NLS e 0,29 para FtZnT-NLS. Uma das vantagens dos sistemas de encapsulação utilizando NLS é o alto valor de eficiência de encapsulação (EE%) e neste estudo foram obtidos valores de eficiência de encapsulação superior a 80% para a Hy-NLS e FtZnT-NLS. De modo a obter a eficiência fotodinâmica da Hy e FtZnT antes e depois do encapsulamento em NLS, as constantes de velocidade de foto-decomposição utilizando dois agentes captadores de 1O2 (1,3 Difenilisobenzofurano e ácido úrico) foram determinadas. As constantes de velocidade de foto-decomposição tiveram aumento significativo após o encapsulamento que ocorreu provavelmente devido a um aumento no tempo de vida do estado triplete causado pelo aumento da solubilidade. Hy-NLS e FtZnT-NLS apresentaram um aumento acima de 30% e 60% respectivamente na acumulação intracelular e uma melhoria na fototoxicidade correlacionado com o aumento da acumulação intracelular. Todas essas vantagens sugerem que hipericina e a tetra-carboxiftalocianinade zincoencapsuladas em nanopartículas lipídicas sólidas tem potencial para serem utilizadas em terapia fotodinâmica. / Photodynamic therapy (PDT) is a technique for treating cancer using a photosensitizer (PS) in the presence of light and molecular oxygen generating highly reactive oxygen species that lead to tumor cell death. The hydrophobicity of some photosensitizers can induce aggregation in biological systems, reducing its photodynamic activity. The incorporation of PSs in nanocarriers can be an alternative to overcome this problem. The aim of this work was to prepare and characterize two hydrophobic photosensitizers (Hypericin and Zinc tetra-carboxylicphthalocyanine) encapsulated in solid lipid nanoparticles (SLN) for potential use in photodynamic therapy. The PSs incorporated into solid lipid nanoparticles were prepared using the ultrasonication technique, and physico-chemical characterization was performed. The average size of the nanoparticles with hypericin and zinc tetra-carboxylicphthalocyanine was 153 and 245 nm respectively, the polydispersivity index of 0.28 to Hy-SLN and 0.29 to FtZnT-SLN. One of the advantages of encapsulation systems using SLN is the high value of encapsulation efficiency (EE %). In this study were obtained values of encapsulation efficiency greater than 80% for the Hy-SLN and FtZnT-SLN. In order to obtain the photodynamic efficiency of Hy and FtZnT before and after encapsulation in SLN, rate constants using photo-decomposition of two scavengers of 1O2 agents (1,3-Diphenylisobenzofuran and uric acid) were determined. The rate constants of photo-decomposition had significant increase after encapsulation which occurred probably due to an increase in the lifetime of the triplet state caused by the increased solubility. Hy-SLN and FtZnT-SLN showed an increase above 30% and 60% respectively in the intracellular accumulation and an improvement in phototoxicity correlated with increased intracellular accumulation. So, all these advantages suggest that hypericin and zinc tetra-carboxylicphthalocyanine encapsulated in solid lipid nanoparticles have potential to be used in photodynamic therapy.