Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Chitosan is a functional material which offers unique characteristics as biocompatibility, biodegradability, atoxic, physiological inertness, antibacterial, chelating heavy metal ions, properties of gel formation, and hydrophilicity, and remarkable affinity for proteins. This study aimed to investigate the use of chitosan and additives, such as gold nanoparticles and photosensitizers, as alternative to inactivate microorganisms treatments. Chitosan of different brands were tested and characterized according to their structural properties in order to assess whether there are significant differences between the brands. The pH range of the acid solubilization of chitosan was varied and analyzed from tests of cell viability study of the antimicrobial properties of chitosan. The range of pH studies where there is no interference from acid in the results is at pH 5.0 and 6.5. Aggregation properties of chitosan and its interaction with bacteria were analyzed in the presence of gold nanoparticles, which became evident that the proposed method is simple, fast, effective and does not compromise the antimicrobial activity of chitosan. These experiments also showed a probable competition between colloidal gold and bacteria interaction with chitosan, but were also found a strong interaction between these materials. Other tests were performed with photosensitizers by assessing the interaction and possible synergism between materials improving the photoinactivation of microorganisms, but not verified or an intensification of the properties of the dyes and there was no effect of antimicrobial activity by chitosan. / A quitosana é um material funcional que oferece características únicas: biocompatibilidade, biodegradabilidade, atoxicidade, inércia fisiológica, propriedades antibacterianas, quelante de íons metálicos pesados, propriedades de formação de géis e hidrofilicidade, e notável afinidade com proteínas. Este trabalho teve como objetivo a investigação da utilização da quitosana e aditivos, tais como, fotossensitizadores e nanopartículas de ouro, como tratamentos alternativos para a inativação de micro-organismos. Quitosana de marcas comerciais diferentes foram testadas e caracterizadas segundo suas propriedades estruturais no intuito de avaliar se há diferenças significativas entre as marcas. A faixa de pH do ácido de solubilização da quitosana foi variada e analisada a partir de testes de viabilidade celular para estudo das propriedades antimicrobianas da quitosana. A faixa de estudos de pH onde não há interferência do meio ácido nos resultados é entre os pHs 5,0 e 6,5. Propriedades agregantes da quitosana e sua interação com bactérias foram analisadas na presença de nanopartículas de ouro, em que ficou evidente que a metodologia proposta é rápida, simples, eficaz e não compromete a atividade antimicrobiana da quitosana. Estes experimentos também mostraram uma provável competição entre ouro coloidal e bactérias em interagir com a quitosana, porém também foi constatada uma forte interação entre os materiais. Outros ensaios foram realizados com fotossensitizadores buscando avaliar a interação e possível sinergismo entre os materiais melhorando a fotoinativação de micro-organismos, mas não foi verificada uma intensificação das propriedades e em um dos corantes não houve efeito de atividade antimicrobiana pela quitosana. / Mestre em Química

Espécies de fungos dos gêneros Candida e Trichophyton e Cryptococcus neoformans são os mais importantes agentes causadores de micoses em humanos. A seleção de linhagens tolerantes aos fungicidas atualmente utilizados torna extremamente necessário o desenvolvimento de novas estratégias para o controle desses patógenos. A inativação fotodinâmica (IF) de fungos baseia-se na utilização de um fotossensibilizador (FS) que se acumula preferencialmente nas células-alvo e que pode ser ativado por exposições à luz visível. A ativação do FS induz a formação de espécies reativas de oxigênio que matam a célula fúngica. O uso de FS para o tratamento de micoses é uma aplicação recente e promissora da IF de fungos. No presente estudo, foram avaliados os efeitos dos tratamentos fotodinâmicos (TF) com os FS fenotiazínicos azul de metileno (MB), azul de toluidina (TBO), novo azul de metileno (NMBN), o derivado pentacíclico do azul de metileno S137 e com uma cloroalumínio ftalocianina em nanoemulsão (ClAlPc/NE) nas leveduras Candida albicans, C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis, C. tropicalis, Cryptococcus neoformans e nos microconídios dos dermatófitos Trichophyton mentagrophytes e T. rubrum. Os efeitos dos TF com os diferentes FS fenotiazínicos também foram avaliados na linhagem celular L929 de camundongo. Inicialmente, a eficácia dos TF foi avaliada pela determinação da concentração inibitória mínima (CIM) de cada FS para cada dose de luz. Adicionalmente, nas condições otimizadas, também foram determinados os efeitos dos TF na sobrevivência das diferentes espécies de fungos. Os MICs variaram tanto entre FS como entre espécies e diminuíram com o aumento da dose de luz. Entre os FS fenotiazínicos, para a maioria dos tratamentos (espécies e doses de luz), o NMBN e o S137 apresentaram os menores MICs. Os MICs para o NMBN e para o S137 foram <= 2,5 ?M para todas as espécies de Candida, para doses >= 20 J cm-2. MICs para a ClAlPc/NE foram tão baixos quanto 0,01 ?M para algumas das espécies de Candida. O TF com NMBN e S137 resultaram em redução de pelo menos 3 logs na sobrevivência de todas as espécies de Candida e de Trichophyton. O TF com ClAlPc/NE resultou em redução de até 4 logs na sobrevivência de C. albicans e C. tropicalis e de até 6 logs na sobrevivência de células melanizadas de C. neoformans. A internalização da ClAlPc foi confirmada por microscopia confocal de fluorescência e a quantidade incorporada pelas células foi dependente da concentração do FS. As toxicidades relativas entre os diferentes FS para as células de mamífero foram semelhantes às observadas em fungos, por exemplo maior toxicidade e fototoxicidade do NMBN e do S137 comparada às do MB e TBO / Fungal species of the genera Candida and Trichophyton and Cryptococcus neoformans are the main responsible for mycoses in humans. The selection of fungal strains resistant to currently used fungicides makes the development of alternative fungus-control techniques highly desirable. Fungal photodinamic inactivation (PI) is based on the use of a visible light-activate photosensitiser (PS) that preferentially accumulates in the cell of the target microorganism. The activation of the PS starts photochemical processes that produce a series of reactive oxygen species (ROS) that kill the fungal cell. The use of PS to treat mycoses is a novel and promising application of PI. In the present study, the effects of the photodynamic treatments (PDT) with the phenothiazinium PS methylene blue (MB), toluidine blue O (TBO), new methylene blue N (NMBN), the novel pentacyclic photosensitiser S137 and with a chloroaluminum phthalocyanine nanoemulsion (ClAlPc/NE) on the yeasts Candida albicans, C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis, C. tropicalis and Cryptococcus neoformans and on microconidia of the dermatophytes Trichophyton mentagrophytes and T. rubrum were evaluated. The effects of the PDT with the phenothiazinium PS were also evaluated on the mouse fibroblast cell line L929. The efficacies of the PDT were evaluated initially by determining the minimal inhibitory concentration (MIC) of each PS for each light dose. Additionally, for the optimized conditions, the effects of the PDT on the survival of the different fungal species were also determined. MICs varied both among PS and species and decreased with light dose increase. Among the phenothiazinium PS, for most treatments (species and light doses), NMBN and S137 showed the lowest MICs. MICs for NMBN and S137 were <= 2.5 ?M for all the Candida species to light doses >= 20 J cm-2. MICs for ClAlPc/NE were as low as 0.01 ?M for some of the Candida species. PDT with NMBN and S137 resulted in a reduction of at least 3 logs in the survival of all Candida and Trichphyton species. PDT with ClAlPc/NE resulted in reductions up to 4 logs in the survival of C. albicans and C. tropicalis and up to 6 logs in the survival of C. neoformans melanized cells. Internalization of ClAlPc by C. neoformans was confirmed by confocal fluorescence microscopy, and the degree of uptake was dependent on PS concentration. The relative toxicities among the different PS to mammalian cell were similar to the antifungal data, i.e. greater toxicity and phototoxicity with NMBN and S137 compared to MB and TBO.

A nanotecnologia tem sido aplicada para o desenvolvimento de materiais para diversas aplicações inclusive na inativação de patógenos. As nanopartículas de sílica (npSi) destacam-se pela alta área superficial, facilidade na alteração da superfície para aumento da eficiência adsortiva, penetrabilidade e toxicidade para bactérias gram-negativas sendo biocompatíveis para células de mamíferos e mais foto-estáveis que a maioria dos compostos orgânicos. Devido as suas vantagens, as npSi podem ser usadas para veicular fotossensibilizadores (FSs) uma vez que permitem sua utilização em solução aquosa em que os FSs geralmente são insolúveis. Além disso, o uso de FSs em vez de antibióticos, permite a inativação microbiológica pela Terapia Fotodinâmica sem que as bactérias adquiram resistência por mecanismos genéticos. Esse processo ocorre pela interação entre um FS, luz e oxigênio molecular produzindo oxigênio singleto que é extremamente reativo danificando estruturas celulares. O objetivo desse estudo foi otimizar a fotoinativação dinâmica de E .coli utilizando Azul de Metileno (AM) e Azul de Toluidina O (ATO) veiculados por npSi. As npSi foram preparadas pela metodologia sol-gel, caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e submetidas à adsorção de AM e ATO em sua superfície. A presença de AM e ATO na superfície das npSi foram analisadas por espectroscopia no infravermelho; espectroscopia de fluorescência por raio-X e análise termogravimétrica. O planejamento experimental, iniciado pelo fatorial 23 e modelado ao composto central em busca das condições ótimas foi adotado pela primeira vez nessa aplicabilidade, visando a fotoinativação de E. coli empregando AM e ATO em solução e em seguida com npSi. AM e ATO veiculados por npSi permitem a fotoinativação em concentrações mais baixas de FS (20 e 51% respectivamente), causando desestruturação da integridade bacteriana demonstrada por MEV. Os resultados sugerem que a veiculação de AM e ATO por npSi é extremamente efetiva para a fotoinativação dinâmica de E. coli e que o planejamento composto central pode levar à completa inativação das bactérias. / Nanotechnology has been applied to the development of materials for several apllications inclusive inactivation of pathogens. The silica nanoparticles (npSi) are distinguished by high surface area, ease of change the surface in order to increase the adsorption efficiency, penetrability and toxicity in gram-negative bacteria being biocompatible with mammalian cells and more photo-stable than most the organic compounds. Due to its advantages, npSi can be used to carry photosensitizers (PSs) since they allow its use in aquous solution in which PSs are frequently insoluble. Furthermore, the use of PSs instead of antibiotics, allows the microbiological inactivation by Photodynamic Therapy without bacteria to develop resistance by genetic mechanisms. This process occurs by the interaction among a PS, light and molecular oxygen producing singlet oxygen, which is extremely reactive, causing damage to cellular structures. The aim of this study was to optimize the photoinactivation of E. coli using Methylene Blue (MB) and Toluidine Blue O (TBO) carried by npSi using the central composite design. The npSi were prepared by sol-gel method, characterized by scanning electron microscopy (SEM) and subjected to adsorption of MB and TBO on its surface. The presence of FSs on the surface of npSi were analyzed by infrared spectroscopy, fluorescence X-ray spectroscopy and thermogravimetric analysis. The experimental design, initiated by the factorial 23 and modeled by the central composite in search of the optimal conditions was adopted for the first-time for this applicability, aiming the E. coli photoinactivation employing MB and TBO in solution and then with npSi. MB and TBO carried by npSi allowed the photoinactivation in lower concentrations of PS (20 and 51% respectively), causing disruption of bacterial integrity demonstrated by SEM. The results suggest that MB and TBO carried by npSi are extremely effective for dynamic photoinactivation of E. coli and the central composite design can lead to complete inactivation of bacteria.

Fusarium é um grande gênero de fungos filamentosos amplamente distribuídos que são importantes patógenos de plantas, animais e humanos. As doenças causadas por Fusarium spp. geram grandes perdas econômicas na produção de frutas, legumes, cereais e de celulose. Em humanos, o controle da fusariose com apenas um antifúngico é ineficaz, apresentando uma elevada taxa de mortalidade, especialmente em pacientes imunocomprometidos. A maior resistência aos fungicidas utilizados atualmente tem estimulado o desenvolvimento de novas tecnologias mais eficazes para o controle de fungos patogênicos. Assim, é necessária a busca de alternativas para o controle de microrganismos em ambas as áreas, clínica e agrícola. A inativação fotodinâmica antimicrobiano (IFA) é uma promissora plataforma antifúngica alternativa que pode ser utilizada para controlar o inóculo de fungos em mamíferos e no meio ambiente. A IFA baseia-se na utilização de um fotossensibilizador (FS) que se acumula na célula fúngica alvo. A exposição do FS à luz com um comprimento de onda apropriado, inicia um processo fotoquímico que produz espécies reativas de oxigênio (EROs), principalmente o oxigênio singleto, causando um dano oxidativo não especifico levando a morte da célula fúngica, sem dano significativo às células do hospedeiro. Em comparação com os fungicidas utilizados atualmente, a multiplicidade dos danos causados pelas EROs, reduzem a chance de selecionar microrganismos tolerantes. No presente trabalho, avaliamos o efeito da IFA com a combinação de luz vermelhas com fluências de 10 e 15 J cm-2 e cinco FS fenotiazínicos, azul de metileno (MB), azul de toluidina O (TBO), novo azul de metileno N fórmula sem zinco (NMBN), novo azul de metileno N formula com zinco (NMBN Zn) e um novo fenotiazínico pentacíclico S137, em microconídios não germinados e 4 h-germinados de Fusarium oxysporum, F. moniliforme e F. solani. A IFA com NMBN Zn resultou em uma redução de aproximadamente 5-logs na sobrevivência dos microconídios não germinados (quiescentes) e 4 h-germinados (metabolicamente ativos) das três espécies de Fusarium quando expostas a luz na fluência de 15 J cm-2. A lavagem dos microconídios não germinados e 4 h-germinados para retirar o excesso de FS antes da exposição à luz reduziu, porém não impediu a morte provocada pela IFA. A IFA com todos os FS e fluência aumentou a permeabilidade da membrana celular dos microconídios nas três espécies de Fusarium. O dano oxidativo causado pelas EROs produzidos durante o processo fotoquímico da IFA foi avaliado nos lipídios, proteínas e DNA dos microconídios das espécies de Fusarium. Foi observado um aumento da peroxidação lipídica em microconídios das três espécies de Fusarium após a IFA com NMBN Zn e S137. Observamos o aumento na carbonilação de proteínas em microconídios de F. oxysporum após IFA subletal com todos os FS. O aumento no dano do DNA em microconídios não germinados e 4 h-germinados foi observado apenas para o S137 na fluência de 0, 10 e 15 J cm-2. Nossos estudos expandem a compreensão da inativação fotodinâmica de fungos filamentosos / Fusarium is a large genus of filamentous fungi widely distributed wich are important pathogens of plants, animals and humans. Crop diseases caused by Fusarium generate great economic losses in the production of fruit, vegetables, cereals, and cellulose. In humans the control of progression of fusariosis by single-agent antifungal therapy is problematic, leading to a high mortality rate, especially with immunocompromised patients. The increased tolerance to currently used fungicides has stimulated the development of novel and effective technologies to control pathogenic fungi. Thus, the search for alternatives to control microorganisms is necessary in both, clinical and agricultural areas. Antimicrobial photodynamic treatment (APDT) is a promising alternative antifungal platform that can be used to control fungi both in mammalian hosts and in the environment. APDT is based on the use of a photosensitizer (PS) that accumulates in the target fungal cell. The exposure of the PS to light of an appropriate wavelength starts a photochemical process that produces reactive oxygen species (ROS), especially singlet oxygen, leading to non-specific oxidative damage causing the death of the fungal cell without significant harm to the host cells. In comparison with currently used fungicides, the multiple and variable targets of ROS reduce the chance of selecting tolerant microorganisms. In the present study, we evaluated the effect of APDT with the combination of red light with fluence of 10 and 15 J cm-2, and five phenotiazinium photosensitizer, methylene blue (MB), toluidine blue O (TBO), new methylene blue N zinc free form (NMBN), new methylene blue N zinc chloride double salt (NMBN Zn) and a novel pentacyclic phenothiazinium S137, on ungerminated and germinated microconidia of Fusarium oxysporum, F. moniliforme and F. solani. APDT with NMBN Zn resulted in a reduction of approximately 5 logs in the survival of the quiescent ungerminated microconidia and metabolically active germinated microconidia of the three Fusarium species when the light fluence of 15 J cm-2 was applied. Washing out the PS from both ungerminated and germinated microconidia before light exposure reduced but did not prevent the killing effect of APDT. APDT with all the PS and fluences increased cell membrane permeability for the three Fusarium species. The oxidative damage caused by ROS produced during the photochemical process of APDT, was evaluated in the lipids, proteins and DNA present in the microconidia. Increases in lipid peroxidation in microconidia of the three Fusarium species were observed only after APDT with NMBN Zn and S137. Proteins oxidative damage was observed by the increase in protein carbonylation in microconidia of the F. oxysporum after APDT with all PS. The increases in DNA damage from both ungerminated and germinated microconidia was observed only for S137 at fluence of 0, 10 and 15 J cm-2. Our study expands the understanding of photodynamic inactivation in filamentous fungi

Submitted by MARIA ÂNGELA LACERDA RANGEL ESPER null (angela_esper@hotmail.com) on 2016-04-13T16:41:11Z No. of bitstreams: 1 TESE FINAL ANGELA 2016.pdf: 1673462 bytes, checksum: 45fa78583c51eb4cc460fab26a8a4fc5 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-04-14T20:50:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 esper_malr_dr_sjc.pdf: 1673462 bytes, checksum: 45fa78583c51eb4cc460fab26a8a4fc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-14T20:50:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 esper_malr_dr_sjc.pdf: 1673462 bytes, checksum: 45fa78583c51eb4cc460fab26a8a4fc5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / O trabalho in vitro avaliou a eficácia da inativação fotodinâmica (PDI) da eritrosina (E) e hematoporfirina IX (H), com 10 µM, utilizando LED azul, dose de 75 J/cm2 em células planctônicas e biofilme de S. mutans (UA 159). Suspensões padrões contendo 107 células/mL foram preparadas e submetidas a diferentes condições experimentais: a) hematoporfirina IX e LED (H+L+); b) eritrosina e LED (E+L+); c) apenas LED (F-L+); d) tratamento somente com hematoporfirina IX (H+L-); e) somente com eritrosina (E+L-); e f) grupo controle, sem tratamento com fotossensibilizador (F) e sem a utilização de LED (F-L-). As cepas foram semeadas em ágar MSBS para contagem de unidades formadoras de colônias (UFC/mL). Na segunda parte do trabalho foi realizado a PDI em biofilme de S. mutans sobre bráquetes metálicos e cerâmicos, com H a 10 µM e LED azul. Os resultados foram submetidos à análise de variância e teste de Tukey (p<0,05) e demonstraram que a E sob efeito do LED (E+L+) não foi eficaz na PDI de células planctônicas, nos parâmetros usados (p=0,3644). No entanto, a H promoveu redução de 6,78 log10 (p<0,0001), no grupo de tratamento (H+L+). A PDI com a associação da H e LED foi efetiva na redução de 100% de culturas planctônicas de S. mutans, porém o mesmo não foi observado na associação com a E, na dosimetria utilizada no experimento. A PDI no biofilme de S. mutans sobre bráquetes metálicos, com a H e LED não foi eficaz nos parâmetros utilizados (p=0,1023), no entanto, ocorreu diminuição significativa de 53% sobre bráquetes cerâmicos (p=0,004). A H IX modificada é promissora como agente fotossensibilizador a ser empregado na técnica de PDI em associação ao LED azul, sendo necessários outros ensaios, em novas concentrações e/ou dosimetrias para se conseguir a inativação bacteriana. / The in vitro study evaluated the efficacy of photodynamic inactivation (PDI) with erythrosine (E) and hematoporphyrin (H) 10 µM, using a blue light-emitting diode (LED), a fluence of 75 J/cm2 , on planktonic cultures and biofilm of S. mutans (UA 159). Suspensions containing 107 cells/mL were prepared and were tested under different experimental conditions: a) hematoporphyrin IX and LED (H+L+); b) erythrosine and LED irradiation (E+L+); c) only LED (P-L+); d) only hematoporphyrin IX (H+L-); e) only erythrosine (E+L-); and f) control group, no LED irradiation or photosensitizer (P) treatment (P-L-). After treatment, the strains were seeded onto MSBS agar in order to determine the number of colony-forming units (CFU/mL). The second part of this work consisted of the PDI of S. mutans biofilm on metal and ceramic brackets with the H 10 μM and blue LED. The results were submitted to analysis of variance and the Tukey test (p<0.05) and showed that E under the effect of LED proved to be ineffective in the PDI of planktonic cultures with the parameters used (p=0.3644). H, however, caused a reduction of 6.78 log10 (p<0.0001) in the treatment group (H+L+). PDI with H and LED exerted antimicrobial effect of 100% of the S. mutans strain studied, whereas the same was not observed in the association with E in the dosimetry used in this work. PDI on S. mutans biofilm on metal brackets, with H and LED was not effective with the parameters used (p=0.1023), however on ceramic brackets caused a significant reduction of 53% (p=0,004). Modified H IX is a promising photosensitizer to be used in the PDI technique in combination with blue LED. Therefore, new tests with new concentrations and/or dosimetry are needed to achieve bacterial inactivation.