A ação combinada da Terapia Fotodinâmica (TFD) e da Hipertermia (HPT), projetadas para trabalhar sinergicamente, pode levar a uma considerável regressão de tumores neoplásicos após mínimas doses de dissipação de calor e/ou fotossensitização luminosa. Nesse estudo foi proposto, inicialmente, a formação do complexo de inclusão entre o fármaco fotossensibilizante, ftalocianina de zinco (ZnPc) e a cucurbiturila (CB[7]), de modo a aumentar a solubilidade do fármaco e minimizar sua agregação. Além disso, foi proposto nanoencapsular o complexo em lipossomas, tornando-os bicompatíveis. O complexo de inclusão CB[7]:ZnPc foi preparado pelo método de co-evaporação complementado por liofilização e caracterizado por Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1H), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) e Difração de Raios-X (XDR). As formulações lipossomais foram preparadas pelo método de hidratação do filme lipídico e caracterizadas com relação ao tamanho das vesículas, potencial Zeta, índice de polidispersão e estabilidade. Nos estudos biológicos, utilizando a linhagem neoplásica B16-F10, foi feita uma comparação entre o complexo livre e encapsulado em lipossoma, a fim de estudar o lipossoma como um veículo de liberação de fármacos. Além desse estudo, foi avaliada a toxicidade do lipossoma contendo o complexo de inclusão e o fluido magnético (CB:ZnPc-MLp) na presença de luz e campo magnético. Esse resultado nos mostra que a aplicação da luz e do campo magnético em conjunto, consegue ser mais eficaz do que os mesmos aplicados separadamente, comprovando o efeito sinérgico. / The combined action of photodynamic therapy (PDT) and hyperthermia (HPT), designed to work synergistically, may lead to a significant regression of neoplasic tumors after minimum doses of heat dissipation and / or light photosensitization. In this study was provided initially, the formation of an inclusion complex between the drug photosensitizer, zinc phthalocyanine (ZnPc) and cucurbit[7]uril (CB [7]) in order to increase the solubility of the drug and minimize aggregation. Furthermore, it was also proposed nanoencapsular liposome complex, making them biocompatible. The inclusion complex CB [7]: ZnPc was prepared by co-evaporation method complemented by lyophilization and characterized by nuclear magnetic resonance (1H-NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XDR). Liposomal formulations were prepared by lipid film hydration and characterized with respect to vesicle size, zeta potential, polydispersity and stability. In the biological studies, using neoplasic cell line B16-F10, a comparison was made between the free complex and the complex encapsulated in liposome in order to study the liposome as a carrier for drug delivery. In this study, we evaluated the toxicity of the liposome containing the inclusion complex and the magnetic fluid (CB: ZnPc-MLP) in the presence of magnetic field and light. This result shows that the application of light and magnetic field in combination are able to be more effective than the same applied separately, demonstrating the synergistic effect.

O uso da elevação da temperatura local como recurso adjuvante no combate ao câncer tem sido explorado intensamente nas últimas décadas. A hipertermia, como é chamada essa elevação de temperatura local, apresenta seu maior potencial clínico quando combinada com a quimioterapia e/ou radioterapia, sendo capaz de promover benefícios terap êuticos significativos. Apesar dos resultados positivos, a hipertermia, até o momento, não se estabeleceu como terapia padrão, devido a limitações no controle da deposição de energia e no monitoramento da distribuição de temperatura em tempo real. Neste trabalho, discutem-se características fundamentais da eficiência da hipertermia no tratamento de tumores cerebrais e de bexiga. O projeto foi todo ele desenvolvido em colaboração com o grupo de hipertermia do Department of Radiation Oncology da Duke University. Com relação à hipertermia aplicada ao cérebro, primeiramente apresenta-se o procedimento de desenvolvimento e teste de eficiência de um mini-aplicador de micro-onda dedicado ao aquecimento do cérebro de camundongos. Após estes, avaliou-se a capacidade de disponibilização termo-estimulada da doxorrubicina a modelos tumorais de glioblastoma. O método utilizado para monitoramento da liberação e distribuição da doxorrubicina foi a microscopia confocal de fluorescência intravital. O estudo do impacto da hipertermia sob a distribuição da formulação de doxorrubicina encapsulada em lipossomos termosensíveis demonstrou que a elevação moderada de temperatura promove alterações significativas na permeabilidade da barreira hematoencefálica, além de promover aumento do acúmulo total de droga e aumento no grau de penetração. Para a hipertermia aplicada à bexiga, apresenta-se um estudo de viabilidade de aquecimento para uma metodologia alternativa ao dispositivo de uso clínico padrão (_Synergo_), denominada magneto-hipertermia. Os ensaios com a magneto-hipertermia apontam que o uso de nanopartículas magnéticas sob influência de um campo magnético alternado (40 kHz) é capaz de elevar a temperatura do lúmen da bexiga a 42_C de forma localizada, não promovendo efeitos significativos de aquecimento a tecidos do entorno. / The use of local heating to achieve adjuvant response in cancer treatment has been widely explored in the last decades. The thermal therapy has a well-known clinical bene_t when combined to chemotherapy and/or radiotherapy. Despite all positive results, the use of thermal therapy has not yet been established as standard treatment, mainly due to the limitation on the control of energy deposition and real-time temperature mapping. This thesis discuss some of the fundamentals of the application of hyperthermia to treat bladder and brain tumors. All experiments were performed in collaboration with the Department of Radiation Oncology of Duke University. As regards brain experiments, we developed and built a microwave antenna dedicated to locally heating the mouse brain. After that, we assessed the ability of thermo release and thermo delivery of doxorubicin to glioblastoma tumor models. Intravital confocal fluorescence microscopy was used to monitor the drug release and distribution into brain tissue as a whole. Our findings indicated that a mild elevation in brain temperature (42_C) modulates the permeability of the blood-brain barrier and promotes an increase on both total drug accumulation and drug penetration. Concerning bladder hyperthermia, we investigated the feasibility of magnetic-hyperthermia as an alternative heating source to the standard clinical device (_Synergo_). The magnetic-hyperthermia results indicate that the amount of heat dissipation by the magnetic nanoparticles, under the influence of alternating magnetic field (40KHz), was able to raise the temperature in the bladder lumen to 42_C and did not promote any significant heating effects on surrounding tissues.

Sabe-se que o aumento na temperatura do tecido tumoral pode aumentar a eficiência de técnicas convencionais de combate ao câncer (radioterapia e quimioterapia). Além disso, a variação de temperatura em tumores pode ser uma forma de tratamento alternativo à cirurgia, feito por meio do fornecimento de calor direcionado às células cancerosas e preservando o tecido sadio. Para maior eficácia e segurança no emprego de técnicas que utilizam fornecimento de calor ao tecido biológico, é necessário o monitoramento da temperatura tecidual para garantir que a morte celular por ablação térmica seja limitada ao tecido alvo, minimizando os danos aos tecidos adjacentes. A imagem fotoacústica é uma técnica baseada no efeito fotoacústico, o qual consiste na absorção de radiação eletromagnética pelo tecido e, devido à expansão termoelástica, na geração de ondas acústicas. A amplitude da onda de pressão gerada pelo efeito fotoacústico possui dependência com a temperatura do meio pelo parâmetro de Grueneisen, que depende das propriedades mecânicas do material. Portanto, mudanças na amplitude do sinal fotoacústico carregam informações a respeito da variação na temperatura do material. Neste trabalho, a dependência da amplitude do sinal fotoacústico com a temperatura foi estudada em um material simulador de tecido biológico (phantom) em condições similares a de tratamentos por hipertermia Nesse caso, imagens fotoacústicas foram adquiridas para cada grau de temperatura em uma faixa de 36 até 41 ºC durante o procedimento de aquecimento por banho térmico. Mudanças na amplitude e fase do sinal fotoacústico foram avaliadas através da aplicação de algoritmos de speckle tracking. Para estimar a variação na amplitude do sinal também foram utilizados e avaliados diferentes métodos de comparação. Os resultados são apresentados por imagens fotoacústicas termais produzidas pela aplicação de um fator de calibração aos mapas de variação relativa da amplitude do sinal em função da temperatura do meio. Finalmente, avaliamos um experimento de hipertemia por ultrassom focalizado de alta intensidade (High Intensity Therapeutic Ultrasound - HITU) em uma amostra de músculo suíno. Nesse caso foram geradas imagens termais fotoacústicas e imagens termais produzidas pela mudança de fase do sinal pulso-eco de ultrassom. Os resultados sugerem uma maneira não invasiva de calcular a distribuição da variação de temperatura do meio que pode ser aplicada para monitoramento durante tratamentos que utilizam o fornecimento de calor ao tecido biológico. / Several studies have shown that elevating the temperature of tumoral tissue improves standard cancer treatments success rate (radiotherapy and chemotherapy). This procedure can also be a therapy to cancer by delivering heat and killing cancer cells while healthy tissues are preserved. For improved efficiency and security in heat applications, it is important to monitor tissue temperature during treatments. Photoacoustic (PA) pressure wave amplitude has a temperature dependence given by the sample mechanical properties (Gruenesein parameter). These changes in photoacoustic signal amplitude carry information about temperature variation in tissue. Therefore, PA has been proposed as an imaging technique to monitor temperature during hyperthermia. In this study, PA images were acquired for temperatures ranging from 36ºC to 41ºC using a tissue-mimicking phantom immersed in a temperature controlled thermal bath. Relative amplitude variation was calculated using speckle tracking algorithms using four different methods to estimate these variations in PA signal amplitude. The results are presented as PA-based thermal images, generated using a calibration factor to the percentage variations in the amplitude maps. Finally, PA-based and ultrasound-based thermal images were acquired during heating by high intensity focused ultrasound (High Intensity Therapeutic Ultrasound - HITU) in a porcine muscle. The results suggest a non-invasive way to monitor temperature during hyperthermia procedures.

O Câncer nas últimas décadas tem se tornado um evidente problema de saúde pública mundial. Os números de novos casos que surgem a cada ano e as altas taxas de mortalidade levam os pesquisadores a procurar formas de conter o avanço dessa doença. A principal forma de tratamento e que possui a maior incidência de cura é o uso de quimioterápicos, que são substâncias químicas utilizadas isoladas ou em combinação, com o objetivo de tratar as neoplasias malignas. Entretanto eles atuam sem especificidade, não destruindo seletivamente e exclusivamente as células tumorais o que causa graves efeitos colaterais aos pacientes. Com o intuito de aumentar a seletividade do tratamento, diminuir a toxicidade e aumentar o poder de cura o presente trabalho utiliza duas abordagens para o combate do câncer, a nanotecnologia (uso de sistemas de liberação de fármacos) e a hipertermia. Foram preparadas, caracterizadas e avaliadas quanto à atividade antitumoral in vitro nanocápsulas contendo o agente quimioterápico selol (composto semi-sintético provindo do óleo de girassol e que possui selênio na sua estrutura) e fluído magnético iônico (composto por nanopartículas magnéticas de maghemita, ?-Fe2O3. Ao total foram preparadas quatro diferentes formulações pelo método de nanoprecipitação descrito por Fessi com algumas modificações. As nanocápsulas apresentaram um tamanho de partícula máximo de 230,5 nm (± 4,5), com índice de polidispersividade < 0,267 (± 0,05) e potencial zeta que variou de -54,4 mV (± 3,4) a -28,6 mV (± 4,3). Foram realizadas análises da morfologia das nanocápsulas através de microscopia eletrônica de transmissão que confirmaram o tamanho nanométrico do sistema preparado. Todas as formulações demonstraram ser estáveis durante o tempo 3 meses quando armazenadas a temperatura de 4oC. Nos estudos celulares foram utilizadas as linhagens B16- F10 (melanoma murino) e OSCC (carcinoma epidermóide de boca humano), sendo que as mesmas mostraram diferentes comportamentos quando incubadas com as formulações em diferentes concentrações. Na linhagem B16-F10 foi observado um maior efeito de morte causado pelo selol (a viabilidade celular chegou a 52,5 % ± 8,4), já quando o campo magnético foi utilizado não foi possível observar um aumento da morte celular. No estudos com a linhagem OSCC, a mesma demonstrou resistência quando foi tratada com selol e na ausência de campo magnético, já quando o campo magnético foi utilizado a viabilidade celular chegou a 33,3% (± 0,3), indicando um forte efeito hipertêmico nesta linhagem. Mais estudos devem ser realizados para entendermos o efeito do sistema preparado perante diferentes linhagens celulares, no entanto podemos confirmar o sucesso no preparo do mesmo e a capacidade de causar morte de diferentes células neoplásicas, o que indica uma importante arma para atuar futuramente no combate do câncer. / In the latest decades, cancer has become a clear public health problem worldwide. The neoplastic diseases increase each year and high mortality rates lead researchers to develop new approaches able to contain the progress of this disease. The main treatment type which has the highest incidence of cure is based on chemotherapeutic agents used alone or in combination. However, they act without specificity and selectively destroying both tumor and normal cells causing serious side effects to patients. In order to enhance the selectivity of the treatment decreasing toxicity and increase the healing power, the present study employs two approaches to treat the cancer, nanotechnology (the use of drug delivery systems) and hyperthermia (magnetic fluid). Nanocapsules containing the chemotherapeutic agent selol (semi-synthetic compound coming from sunflower oil and that has selenium in its structure) and maghemite magnetic nanoparticles (?-Fe2O3) were prepared, characterized, and evaluated in respect with their in vitro antitumor activity. Four different formulations were prepared by the nanoprecipitation method described by Fessi et al. with some modifications. The nanocapsules presented a particle size up to 230.5 nm (±4.5) with polydispersity index of 0.267 (±0.05), and zeta potential ranged from - 54.4 mV (±3.4) to - 28.6 mV (±4.3). The transmission electron microscopy analysis of nanocapsules confirmed the nanometric size system prepared. All formulations proved to be stable during 3 months as stored at 4°C. The cell lines studied were B16-F10 (murine melanoma) and OSCC (oral squamous cell carcinoma). These cell lines showed different behavior after incubation at different formulation concentrations. For cytotoxicty study on B16-F10 cells, it was observed a strong effect caused by Selol (cell viability reached 52.5% ±8.4). On the other hand, there was no cytotoxic effect on B16-F10 cells (p > 0.05) under magnetic field application. OSCC cell line showed a resistance to treatment with selol and in the absence of AC magnetic field. However, after magnetic field activation the cell viability reached 33.3% (±0.3) indicating a strong hyperthermic effect on OSCC cells. Therefore, it has been confirmed nanocapsules containing selol and magnetic fluid are able to destroy B16-F10 or OSCC neoplastic cells indicating an important weapon for future work in the treatment against cancer.

As células dendríticas (DCs) são células apresentadoras de antígeno suscetíveis a muitos sinais de ativação, os quais induzem diferentes padrões de ativação e resposta de linfócitos T. Neste trabalho, estudamos os efeitos de dois sinais de perigo, a febre e o LPS, sobre o fenótipo e função de DCs. A exposição de DCs ao calor não afetou a expressão de CD80 e CD86, capacidade endocítica ou produção de citocinas, características que foram afetadas pelo LPS. Entretanto, DCs expostas ao calor apresentaram uma maior atividade aloestimuladora e maior expressão de CD40. Quando DCs ativadas com LPS foram também estimuladas pelo calor, nenhuma alteração fenotípica na superfície celular foi notada, mas as DCs induziram maior produção de IFN-<font face=\"symbol\">g por linfócitos T alogenêicos e favoreceram a proliferação de linfócitos T CD8+. Esses dados indicam que a febre pode favorecer uma resposta celular, através de sua ação sobre DCs ativadas, com provável participação do CD40. Além de seu significado fisiológico, esse fenômeno pode ter aplicação em estratégias imunoterapêuticas. / Dendritic cells (DCs) are the main antigen presenting cells and susceptible to many activation signals that will induce different patterns of DC activation and of T cell responses. In this work we studied the effects of two danger signals, fever and LPS, on DC phenotype and function. Exposure of immature monocyte-derived dendritic cells to heat did not affect CD80 and CD86 expression, their endocytic ability, or their cytokine production, characteristics that were affected by LPS. However, heat-exposed DCs presented a higher allo-stimulatory activity and enhanced CD40 expression. When LPS activated DCs were also stimulated by heat, no cell surface phenotypic change was noted but these cells induced a higher IFN-<font face=\"symbol\">g secretion by allogeneic T lymphocytes and favored the proliferation of CD8+ cells. These data indicate that fever may cause a bias toward cellular responses, through its action on activated DCs, probably through CD40. Besides its physiological meaning, this phenomenon may have applications in immunotherapeutic strategies.

Orientadores: Flávio Garcia, Kleber Roberto Pirota / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T22:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_CarlosSatoBaraldi_D.pdf: 19717682 bytes, checksum: 212154446eec9e3ee26eee15692adfec (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Durante este trabalho, estudamos a viabilidade de uma nova classe de partículas magnéticas otimizadas para a hipertermia magnética e que denominamos VIP (Vortex Iron oxide Particle). Estas partículas são compostas de óxidos de ferro (magnetita ou maghemita) e assumem a forma de nanoanéis ou nanotubos. Tal morfologia confere as partículas um comportamento magnético peculiar, fruto de seu estado magnético denominado vórtice. Graças a este estado magnético, estas partículas possuem uma resposta para hipertermia superior, se comparadas aos SPIONs (Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles) tradicionalmente usados para este fim, atendendo os pré-requisitos para aplicações biomédicas (baixas toxicidade e remanência). Os experimentos realizados no trabalho se focaram em duas linhas principais. Na primeira, avaliamos o desempenho das VIPs para hipertermia magnética em um ambiente in vitro. Neste experimento, avaliamos tanto a citotoxicidade das partículas quanto os mecanismos que promovem a morte celular. Estes resultados mostraram que as VIPs não são citotóxicas. Além disso, observamos também que o tamanho e a forma das partículas permitem que estas sejam internalizadas, promovendo um processo de hipertermia magnética muito eficiente. De fato, o experimento de hipertermia in vitro mostrou que as VIPs são capazes de alcançar um alto grau de seletividade, matando principalmente as células que internalizam as VIPs minimizando o aquecimento do meio celular e reduzindo assim o dano às células vizinhas. Na segunda linha, trabalhamos no desenvolvimento de uma VIP recoberta com material antiferromagnético (AFM), cujo desempenho para hipertermia magnética seria superior ao da própria VIP testada nos experimentos in vitro. Desenvolvemos um extenso estudo teórico fundamental, baseado em simulações micromagnéticas, que permitiram prever muitos dos fenômenos que seriam observados experimentalmente. No entanto os experimentos para a síntese da VIP@AFM não foram completamente finalizados, impossibilitando maiores conclusões sobre o sistema simulado. Sendo assim, acreditamos que os resultados alcançados no projeto promoveram o desenvolvimento de partículas magnéticas otimizadas para hipertermia magnética. Tanto por mostrar sua viabilidade, quando testados in vitro, quanto por promover o conceito da VIP@AFM como um próximo passo para o aprimoramento desta classe de partículas / Abstract: In this work, we studied the feasibility of a new class of magnetic particles named as Vortex Iron oxide Particle or VIP and specifically designed for magnetic hyperthermia. Those iron oxide (magnetite or magnetite) particles have a ring shape morphology that grants them a very specific magnetic configuration know as vortex state. This magnetic configuration would grant a superior hyperthermia response when compared to the traditional Superparamagnetic Iron Oxide Particle (SPION) without compromising biomedical requirements as low cytotoxicity and lack of magnetic remanence. The experiments presented on this work explored two main paths. The first one evaluated the VIP performance in vitro. We were able to assess both the cytotoxicity of the particle as to observe the killing mechanism. The results showed that the VIPs are not cytotoxic and that the size and shape of the particle may promote the internalization of those particles, resulting on a very efficient magnetic hyperthermia. With the in vivo experiment, we notice a high degree of selectivity, thanks to the cell internalization, that preserved the surrounding cells. In the second research path, we further developed the concept of a VIP, by creating a core-shell structure where the VIP would be coated by an antiferromagnetic (AFM) material and improving the magnetic hyperthermia response. However, the experiments for the development of the VIP@AFM were not completed. Although we were able to complete a study based on micromagnetic simulations, the experiments intending to fabricate the VIP@AFM were not fully successful, preventing any further conclusion about this system. In any case, we believe that the results achieved on this project represent an important contribution to the development of magnetic hyperthermia specific particles / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Italo Odone Mazali / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Corbi_FabianaCristinaAndrade_D.pdf: 10094232 bytes, checksum: 10529e501237e454e749493b87002f92 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Na busca de um material multifuncional, esta Tese propõe a síntese de uma nanoestrutura hierárquica caroço@casca, sendo o caroço de magnetita e a casca de sílica mesoporosa. Desta combinação surge uma plataforma magneto-porosa que, além das propriedades magnéticas, pode apresentar outras propriedades de acordo com a espécie incorporada na camada de sílica. As partículas do caroço magnético foram obtidas via síntese solvotérmica a partir de cloreto de ferro(III) controlando-se a fase cristalina e a morfologia. A casca de sílica mesoporosa foi obtida via método sol-gel a partir do tetraetilortossilicato (TEOS), sendo o brometo de cetiltrimetilamônio o agente direcionador na formação dos poros. A fase cristalina foi caracterizada por medidas de difração de raios X (XRD), espectroscopia no infravermelho (IR) e Raman, e termogravimetria (TGA/DTA). A morfologia e a nanoestruturação do sistema foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM), enquanto que as propriedades magnéticas foram determinadas por magnetometria de amostra vibrante (VSM), SQUID e hipertermia magnética. Em um primeiro momento, investigou-se a potencialidade do sistema no carregamento e liberação de fármacos utilizando-se um fármaco antibacteriano, a levofloxacina. Para a plataforma carregada com levofloxacina foram realizados ensaios de atividade antibacteriana, os quais demonstraram que o sistema apresenta atividade contra cepas Gram-positivas e Gram-negativas. Ensaios de citotoxicidade mostraram que tanto as partículas de magnetita quanto a plataforma magneto-porosa não são citotóxicas para células saudáveis (NIH/3T3) o que viabiliza sua aplicação biológica. O complexo luminescente diaquatris(tenoiltrifluoroacetonato)európio(III) foi incorporado à plataforma e o monitoramento do tempo de vida da emissão do complexo em função da temperatura revelou que o sistema funciona como uma sonda de temperatura, considerando-se que foi obtida uma variação linear de temperatura na faixa de interesse biológico (entre 36-45 °C). Nas medidas de hipertermia magnética a plataforma magneto-porosa elevou a temperatura da água em 8 °C. Aliando a este resultado à propriedade de sonda de temperatura, teríamos um termômetro que poderia ser utilizado in situ em procedimentos de terapia do câncer por aquecimento. Portanto, o conjunto de resultados obtidos revela que foi possível obter uma plataforma magneto-porosa multifuncional, e que diferentes ensaios podem ser realizados com o sistema visando diversas aplicações / Abstract: Due to the high versatility, the core@shell nanostructures represent a class of materials in the interface between chemistry and different areas, in which they find applications. Among them, the biomedical and pharmaceutical, catalysis and photoluminescence applications can be emphasized. Searching for a multifunctional material, this Thesis proposes the synthesis of a hierarchical nanostructure core@shell, being the core of magnetite and the shell of mesoporous silica. From this arrangement a magneto-porous platform is obtained, in which besides the magnetic property other properties can be achieved according to the species incorporated into the silica layer. The magnetic core was obtained by solvothermal synthesis from iron(III) chloride by controlling the crystalline phase and morphology. The shell of mesoporous silica was obtained by the sol-gel method from tetraethylorthosilicate (TEOS), being the cetyltrimethylammonium bromide the directing agent in the formation of pores. The crystalline phase was characterized by X-ray diffraction (XRD) measurements, infrared (IR) and Raman spectroscopies and thermogravimetry (TGA/DTA). The morphology and the nanostructure of the system were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), while the magnetic properties were determined by vibrating magnetometry sample (VSM), SQUID and magnetic hyperthermia. At first, we investigated the potential of the system in the loading and releasing of drugs using the antibiotic levofloxacin. Antibacterial assays have demonstrated that the system is active against Gram-positive and Gram-negative bacterial strains. Cytotoxicity assays showed that the particles of magnetite and the magneto-porous platform are not cytotoxic to healthy cells (NIH/3T3), which enables its biological application. The diaquatris(tenoyltrifluoroacetonate)europium(III) luminescent complex was incorporated into the platform and studies of monitoring lifetime of the emission of the complex as a function of temperature revealed that the system operates as a temperature probe, since a linear variation was observed in the temperature range of biological interest (between 36-45 °C). In magnetic hyperthermia measurements, in the presence of the magneto-porous platform the water temperature was elevated by 8 ° C. Combining this result to the property of temperature probe, we could have a thermometer that may possibly be used in situ in cancer therapy procedures by heating. Therefore, the set of results show that it is possible to obtain a magneto-porous multifunctional platform and different assays may be performed with the system aiming for diverse applications / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutora em Ciências

Orientador: Marcelo Knobel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T18:13:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OrozcoHenao_JuanManuel_M.pdf: 7687296 bytes, checksum: d9aecf2d118aed0c43ab747d0dcff34c (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Nanopartículas de magnetita com diâmetros entre 5nm e 19nm sintetizadas mediante um método de decomposição térmica são apresentadas. A caracterização estrutural é feita usando diferentes técnicas experimentais como a microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios-X e espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS) de onde são obtidos os tamanhos e a forma das nanopartículas. As propriedades magnéticas e de magneto-hipertermia das nanopartículas são estudadas para diferentes parâmetros de produção como concentração dos surfactantes, temperaturas de refluxo e atmostfera de crescimento. A dependência com a temperatura das propriedades magnéticas são analisadas dentro do marco do modelo usual do superparamagnetismo e o modelo de interação superparamagnética (ISP), de onde os parâmetros magnéticos dependentes do tamanho como anisotropia magnética (1.06x10^4 J/m^3 até 9.91x10^4 J/m^3), momento magnético por partícula (2618?B até 11500?B), temperatura de bloqueio (18K até mais de 300K) e energia de ineração dipolar magnética (0.55x10^-21 J até 5.5x10^-21 J) são inferidos. Os resultados de magneto-hipertermia foram obtidos mediante a medição da resposta térmica das nanopartículas de magnetita suspendidas em tolueno. Valores da taxa de absorção específica (SAR) são calculados experimental e teoricamente utilizando a teoria de resposta linear para um sistema superparamagnético não interagente. Valores de SAR entre 3.0W/g e 40.3W/g e a sua dependência com a frequência e o campo aplicado são apresentados. Como resultado interessante, a resposta de magneto-hipertermia para as nanopartículas de 19nm preparadas na presença de oxigênio e mais de 10 vezes maior do que nanopartículas similares mas obtidas na ausência da atmosfera de oxigênio. Também é destacada a possibilidade de prever a resposta de magneto-hipertermia num sistema de nanopartículas magnéticas mediante a obtenção dos parâmetros de caracterização magnetica e estrutural / Abstract: Magnetite nanoparticles with diameters between 5nm and 19nm synthesized by means of a thermal decomposition method are presented. Structural characterization is made by different experimental techniques such as transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction and Small Angle X-ray Scattering (SAXS) from where nanoparticles size and shape are obtained. Magnetic and magneto-hyperthermia properties of the nanoparticles are studied for different production parameters, such as surfactant concentrations, refluxing temperature and growth atmosphere. Temperature dependence of the magnetic properties are analyzed in the framework of the standard superparamagnetism model and the interacting superparamagnetic model (ISP), from where size dependent magnetic parameters for each sample such as anisotropy (1.06×10^4 J/m^3 to 9.91x10^4 J/m^3) magnetic moment per particle (2618?B to 11500?B), blocking temperature (18K to above 300K) and magnetic dipolar interaction energy on dried nanoparticle samples (0.55 × 10^?21 J to 5.5 × 10^?21 J) are inferred. Magneto-hyperthermia results are obtained by measuring the thermal response of magnetite nanoparticles dissolved in toluene. Specific absorption rate (SAR) values are theoretically and experimentally calculated by means of a linear response theory approach of a non-interacting superparamagnetic system. SAR values between 5.8W/g and 40.3W/g are reported; interestingly, the magneto-hyperthermia response for 19nm nanoparticles prepared in presence of an oxygen atmosphere is more than 10 times larger than similar particles obtained in absence of oxygen atmosphere. Also it is important to highlight the possibility to obtain the magneto-hyperthermia behavior of a magnetic nanoparticles system by knowing a priori its structural and magnetic characterization parameters / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1247647/2013 / CAPES

Estudos com tratamento hipertérmico de tumores utilizando nanopartículas metálicas têm sido realizados durante as últimas décadas e mostram resultados bons quanto à remissão de tumores, por vezes chegando à cura completa. O mesmo acontece em relação aos tratamentos baseados em ação fotodinâmica de fotossensibilizadores. Tratamentos aliando a terapia hipertérmica com nanopartículas de ouro e a terapia fotodinâmica com diversos fotossensibilizadores tem efeito sinérgico e apresenta excelente potencial terapêutico, em que pese serem necessários mais estudos para que uma nova terapia conjunta possa ser implementada. A proposta deste trabalho foi investigar esse efeito sinérgico utilizando nanobastões de ouro complexados com fotossensibilizadores. Após a síntese dos nanobastões pelo método de seeding, a eficácia do tratamento fotodinâmico e da terapia hipertérmica, separadamente, foi investigada. A metodologia do recobrimento dos nanobastões por fotossensibilizador, em um primeiro momento, não logrou êxito com a porfirina, porém com a ftalocianina tetracarboxilada se mostrou mais eficaz. A taxa de fotodegradação da ftalocianina em solução foi investigada como parâmetro para a eficiência em geração de oxigênio singlete. Após centrifugação e lavagem das nanopartículas, no entanto, evidenciou-se por espectrofotometria que o fotossensibilizador não permaneceu aderido aos nanobastões. Em um segundo momento, optamos por recobrir os nanobastões por porfirinas tetrassulfonadas, com ou sem grupamentos metil-glucamina. Após o processo de recobrimento, essas ftalocianinas formaram complexos iônicos com o CTAB que recobre os nanobastões. Os complexos nanobastões-ftalocianinas foram analisados por microscopia eletrônica de transmissão e as taxas de geração de oxigênio singlete e de radical hidroxil foram investigadas. Além disso, foram utilizadas para testes in vivo e in vitro com células de melanoma melanótico (B16F10) ou amelanótico (B16G4F). As células tumorais em cultura ou os tumores em camundongos C57BL6 foram irradiados com luz em 635 nm e os tumores foram observados por 15 dias após o tratamento. Houve evidente aumento na geração de oxigênio singlete por ambos fotossensibilizadores, e maior geração de radicais livres por parte do fotossensibilizador metilglucaminado. O oposto ocorre com o fotossensibilizador sem metilglucamina. Houve, também, moderada citotoxicidade no escuro quando células foram incubadas com nanopartículas recobertas por ftalocianinas ou não. Quando ativados pela luz, os complexos ftalocianinas-nanobastões desencadearam um aumento de 5ºC no meio de cultura das células, e a morte celular observada foi extensa (91% para a linhagem B16G4F e 95% para a linhagem B16F10). Tanto os resultados in vitro quanto os in vivo indicam que as propriedades das ftalocianinas testadas são melhoradas significativamente quando elas estão complexadas aos nanobastões. Este é um estudo pioneiro por utilizar duas porfirinas tetrassulfonadas específicas e por utilizar o mesmo comprimento de onda para a ativação dos fotossensibilizadores e nanobastões. / Studies with hyperthermic tumor ablation using metallic nanoparticles have been performed on the last decades, and show promising results on tumor remission, sometimes achieving the complete cancer elimination. The same occurs regarding on treatments based on photodynamic activity of photosensitizer compounds. Studies indicate that those therapeutic interventions - hyperthermic therapy using gold nanorods and photodynamic activity with many photosensitizers - together can present a synergistic effect, and offer a great therapeutic potential, although more investigation needs to be performed before such approach could be implemented. We proposed to investigate the effect of the attachment of photosensitizers onto the surface of gold nanorods (well-characterized devices for hyperthermia generation). After nanorods synthesis through a seed-mediated method, the PDT and hyperthermia\'s efficacy was assessed separately. The method used for covering the gold nanorods with photosensitizers did not permit, in a first approach, the attachment of porphyrins onto the nanoparticles surface, but the attachment of tetrasulfonated phthalocyanines was more successful. The phthalocyanine\'s degradation rate was assessed as an indirect parameter of singlet oxygen generation. After centrifuging and washing the nanoparticles, we saw that the photosensitizers do not keep attached to the nanorods. On a second approach, we chose to recover the nanorods with two zinc phthalocyanines - with or without methyl-glucamine groups. After the recovering process, the phthalocyanines formed ionic complexes with the CTAB that is previously recovering the nanoparticles. The nanorod-phthalocyanines complexes were analyzed by TEM, and their singlet oxygen and hydroxyl radical generation yield were assessed. Furthermore, they were tested in vitro in melanoticB16F10 and amelanotic B16G4F melanoma cells, and in vivo. The tumor cells (in vitro) and the tumor tissue (in vivo) with nanoparticles were irradiated with laser (at 635 nm), and the tumor growth in mice was observed for 15 days after the laser irradiation. It is evident the increase in the singlet oxygen generation, and higher HPF activation for the glucaminated Pc, but the inverse for the other photosensitizer. It seems like there is a type I to type II switch on the action mechanism of the latter Pc. A mild cytoxocity was observed with the nanorods conjugated with photosensitizer in the dark, but when they are activated by light (and taken into account a 5ºC rise in the temperature because of the surface plasmon resonance from the gold nanorods), the cell killing is intense (91% for B16G4F cell line, and 95% for B16F10 cell line). Both in vitro and in vivo results indicate that the photodynamic properties of the phthalocyanines tested are enhanced when they are attached onto the nanorods surface. This is a novel study because we used two tetrasulfonated phthalocyanines and because we used the same wavelength to activate both the nanorods and the photosensitizers.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-09-18T21:14:48Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO REVISÃO FINAL.pdf: 1776163 bytes, checksum: 9cc893b53fed44267523efd8f741e790 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Rejected by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com), reason: Há problema na citação, a qual foi registrada assim: Oliveira, Relton Romeis de - Desenvolvimento, caracterização e estudo de liberação in vitro por magnetohipertermia de paclitaxel em nanopartículas lipídicas sólidas magnéticas - 2013 - 62 f. - Dissertação - Programa de Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas (FF) - Universidade Federal de Goiás - Goiânia, 2013. Deve-se seguir a NBR 6023. Ex.: ALCÂNTARA, Guizelle Aparecida de. Caracterização farmacognostica e atividade antimicrobiana da folha e casca do caule da myrciarostratadc.(myrtaceae). 2012. 41 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Farmacêuticas) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2012. Ou seja, terá que alterar o que aparece nesse campo já registrado automático pelo programa, como: pontuação o sobrenome todo em maiúsculo, etc. on 2014-09-19T13:22:35Z (GMT) / Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-09-19T19:22:41Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO REVISÃO FINAL.pdf: 1776163 bytes, checksum: 9cc893b53fed44267523efd8f741e790 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-19T19:33:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO REVISÃO FINAL.pdf: 1776163 bytes, checksum: 9cc893b53fed44267523efd8f741e790 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-19T19:33:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO REVISÃO FINAL.pdf: 1776163 bytes, checksum: 9cc893b53fed44267523efd8f741e790 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work describes the development and characterization of magnetic solid lipid nanoparticles (SLNMP) containing paclitaxel for magnetohyperthermia applications. Magnetic nanoparticles were prepared by coprecipitation of Fe(II) and Fe(III) salts in an alkaline medium. SLNMP containing paclitaxel were prepared by emulsification – solvent diffusion. Characterization of the nanostructured system included morphology analysis, average diameter and size distribution, encapsulation efficiency for paclitaxel, stability and magnetic properties of magnetometry and magnetohyperthermia. Magnetic SLNMP containing paclitaxel exhibited an average diameter of 200nm with a polydispersity index of 0,189; which was confirmed by Atomic Force Microscopy. Stability studies conducted with lyophilized samples showed a decrease of approximately 15% in the amount of encapsulated paclitaxel in 30 days. Magnetometry data confirmed the superparamagnetic behavior of the nanocarriers and magnetohyperthermia effect was demonstrated by an increase of 25°C of the temperature of the nanocarrier. A three fold increase in the drug release rate was obtained when the temperature was raised from 25 to 43°C in the in vitro release assay. This indicated that temperature increase acts as a trigger mechanism for drug release, allowing the preparation of nanostructured controlled drug delivery systems controlled by magnetohyperthermia. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de nanopartículas lipídicas sólidas magnéticas contendo paclitaxel para aplicação em magnetohipertermia. Nanopartículas magnéticas foram obtidas pelo método de coprecipitação de sais de Fe(II) e Fe(III) em meio alcalino. Nanopartículas lipídicas sólidas magnéticas contendo paclitaxel foram preparadas pelo método de emulsificação-difusão de solvente. O sistema nanoestruturado foi caracterizado quanto à morfologia, diâmetro médio e distribuição de tamanho, eficiência de encapsulação do paclitaxel, estabilidade e propriedades magnéticas de magnetometria e magnetohipertermia. As nanopartículas lipídicas sólidas magnéticas contendo paclitaxel apresentaram diâmetro médio de aproximadamente 200nm com índice de polidispersão de 0,189 e 67% de eficiência de encapsulação do PTX. O estudo de estabilidade realizado em amostras liofilizadas mostrou redução de aproximadamente 15% do paclitaxel encapsulado no período de 30 dias. Pelo estudo de magnetometria os nanocarreadores apresentaram curva de magnetização condizente com material em regime perparamagnético e o efeito de magnetohipertermia foi verificado pelo aumento da temperatura de aproximadamente 25ºC do nanocarreador.A taxa de liberação do paclitaxel foi aumentada em 3 vezes quando a temperatura foi elevada de 25ºC para 43ºC no ensaio de liberação in vitro indicando que o aquecimento dos nanocarreadores pode representar um mecanismo desencadeador do processo de liberação do fármaco, possibilitando a obtenção de sistemas de liberação controlada por magnetohipertermia.