Orientador: Prof. Dr. Fernando Carlos Giacomelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2015. / O presente estudo se insere na emergente area da nanomedicina, tendo como base a ciencia de coloides e interfaces, e teve como objetivo inicial a sintese de nanoparticulas polimericas usando diferentes copolimeros para se obter sistemas nanoestruturados com diferentes caracteristicas no que se refere a dimensao, carga superficial e estrutura interna. Os dados experimentais de espalhamento de luz e imagem mostraram que foi possivel obter sistemas polimericos nanoestruturados de diferentes tamanhos e carga superficial utilizando o protocolo de nanoprecipitacao. Haja vista a diferenca estrutural dos polimeros utilizados, as nanoparticulas produzidas sao estruturalmente diferentes do ponto de vista de tamanho de nucleo hidrofobico e coroa hidrofilica. Tambem foi possivel elucidar a influencia destes parametros estruturais na captura e internalizacao celular das entidades. Os resultados sugerem que a espessura da coroa hidrofilica de polioxietileno (PEO), que tem o papel fundamental de estabilizar as nanoestruturas produzidas, e decisiva no processo. Na medida em que foram utilizados copolimeros em bloco de longa cadeia hidrofilica, percebeu-se uma reducao semi-quantitativa e quantitativa na internalizacao celular das entidades. A carga superficial tambem possui importante papel no processo que, porem, e ofuscado pelo fator dimensao da coroa, onde para nanoparticulas de elevado potencial-¿ê (~ - 40 mV), que e o caso de NPs de PLGA, a internalizacao celular nao apresentou diferenca estatisticamente significativa em comparacao com outros sistemas. Por outro lado, NPs apresentando cadeias estabilizantes de PEO mais curtas (Mw ~ 2000 g.mol-1) foram mais eficientemente internalizadas, apesar de seu potencial-¿ê negativo (~ -20 mV). Para NPs com o mesmo tamanho de cadeia estabilizante de PEO, os dados experimentais sugerem que NPs formadas por um bloco hidrofobico de policaprolactona (PCL) sao internalizadas de maneira mais eficiente em comparacao com NPs formadas por um bloco hidrofobico de poli acido latico (PLA). Este ultimo efeito foi atribuido a maior hidrofobicidade do bloco de PCL, o que vai de encontro com o modelo teorico da molhabilidade, apesar dos resultados de SPR mostrar adsorcao a membrana mimetica somente das NPs a base de PLA. / Herein, the cellular uptake of naked PLGA and PLA- and PCL-based block copolymer nanoparticles (NPs) have been evaluated. The nanoparticles were produced containing the same amount of loaded fluorescent cumarina-6 (0.5 % wprobe/wpolymer) by using the so-called nanoprecipitation protocol. This procedure yielded nano-sized objects with distinct structural features dependent on the length of the hydrophobic and hydrophilic blocks and volume ratio. They were further detailed characterized by scattering techniques and atomic force microscopy. The cellular uptake of selected nanoparticles has been evaluated by laser confocal scanning microscopy and flow cytometry analysis. The cellular uptake events were examined in relation to size, surface charge, hydrophobic core nature and hydrophilic chain length of the produced NPs. The experimental results indicated that cellular uptake was considerably enhanced as the length of the hydrophilic PEO-stabilizing shell reduces. Additionally, it has been also evidenced that a high negative surface charge restricts cellular uptake and that, on the other hand, nanoparticles comprising a hydrophobic core of higher degree of hydrophobicity (PEO-b-PCL) are more efficiently internalized as compared to PEO-b-PLA NPs. In summary, there should be a compromise regarding protein fouling and cellular uptake as resistance to non-specific protein adsorption and enhanced cellular uptake are respectively directly and inversely related to the length of the PEO stabilizing shell.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Carlos Giacomelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2017. / O uso de nanopartículas poliméricas vem progressivamente se intensificando nos últimos anos, principalmente em que pese a aplicações na área biomédica. Neste cenário, o foco principal reside na utilização de polímeros biodegradáveis para fabricação de sistemas nanocarregadores de agentes ativos. Particularmente no campo da nanomedicina, a habilidade de se controlar a dimensão de nanopartículas, bem como se entender o perfil de liberação de pequenas moléculas encapsuladas é essencial. Levando-se em conta estas considerações, o objetivo deste trabalho foi fabricar nanopartículas poliméricas biodegradáveis de PCL e PLGA carregadas com a sonda cumarina-6 e analisar as diversas variáveis de formulação a fim de se entender a influência das características estruturais das nanopartículas e a sua relação com o teor encapsulado, eficiência de encapsulação, perfil de liberação e captura celular dos sistemas nanoestruturados. Os sistemas coloidais produzidos foram caracterizados por meio de técnicas de espalhamento de luz dinâmico (DLS), estático (SLS) e eletroforético (ELS) e espectroscopia de fluorescência. A caracterização estrutural detalhada das formulações produzidas sugere que a densidade das partículas, independente das variáveis de formulação, é substancialmente menor do que a densidade dos polímeros sólidos, implicando que as cadeias poliméricas que formam as nanopartículas estão pouco compactadas e por consequência, os sistemas supramoleculares são substancialmente hidratados (os cálculos mostram conteúdos de água formando os agregados entre 72% e 95% volume/volume). As medidas de espectroscopia de fluorescência evidenciaram que é possível produzir sistemas nanocarregadores onde a eficiência de encapsulação atinge valores maiores do que 50%, entretanto, independente das variáveis de formulação, o teor encapsulado nunca ultrapassa 0,4% massa/massa. Acreditamos que os baixos teores de sonda encapsulada estejam essencialmente relacionados a densidade das partículas e a característica de elevada hidratação. As investigações também demonstram que a liberação da sonda encapsulada é essencialmente governada pelo movimento de difusão. Consequentemente, a biodegradabilidade dos poliésteres utilizados na produção dos coloides pode ter efeito apenas na excreção do material polimérico de ambientes biológicos, mas não parece ter efeito no processo de liberação controlada de princípios ativos encapsulados. Por final, foram feitas análises de microscopia de fluorescência e citometria de fluxo para avaliar a influência dos parâmetros estruturais na captura e internalização celular dos sistemas poliméricos nanoestruturados. Os dados mostram que nanopartículas produzidas a partir de tetraidrofurano (THF), portanto maiores parecem ser internalizadas de maneira mais eficiente pelo menos na região de tamanhos investigada. Os dados também mostram serem inconclusivas as influências da hidrofobicidade e carga superficial dos sistemas. / The uses of polymeric nanoparticles came intensifying for a period of time, and are being applicable in the biomedical area. In this scenario, the focus is use biodegradable polymers to production of nanocarrier systems of active agents. Particularly in the field of nanomedicine, the ability to control the size of nanoparticles, as well as understanding the release profile of small-encapsulated molecules, is essential. Taking into account these considerations, the objective of this work was to manufacture biodegradable polymeric nanoparticles of PCL and PLGA loaded with the coumarin-6 probe and to analyze the various formulation variables in order to understand the influence of a structural characteristics of nanoparticles, and their relation with the encapsulated content, encapsulation efficiency, release profile and cellular capture of nanostructured systems. The colloidal systems were produced to characterizing by dynamic light scattering (DLS), static (SLS) and electrophoretic (ELS) techniques and fluorescence spectroscopy. The detailed structural characterization of formulations suggested that density of particles, regardless of a formulation variable, is substantially lower than the density of the solid polymers, implying that polymer chains forming the nanoparticles are poorly compacted and consequently the supramolecular systems are substantially hydrated (the calculations show water contents forming the aggregates between 72% and 95% v/v). The fluorescence spectroscopy measurements showed that it is possible to produce nanocarrier systems where the encapsulation efficiency reaches values higher than 50%, however, regardless of the formulation variables; the encapsulated content never exceeds 0.4% w/w. We believe that the low levels of encapsulated probe are essentially related to particle density and the characteristic of high hydration. The investigations also demonstrate that the release of a encapsulated probe is essentially governed by the diffusion movement. According to biodegradability of polyesters used in the production of colloids may have effect only in the excretion of polymer material from biological environment, but does not appear to have an effect on the controlled release process of encapsulated active principles. Finally, fluorescence microscopy and flow cytometer analyzes the performances to evaluate the influence of structural parameters on capture and cellular internalization of nanostructured polymer systems. The data shows that nanoparticles produced from tetrahydrofuran (THF), therefore larger, appear to be internalized more efficient at least in the region of investigation sizes. The data also shows that the influences of the hydrophobicity and surface charge of the systems was inconclusive.