A fosfatase alcalina é uma fosfomonohidrolase inespecífica, capaz de hidrolisar monoésteres de fosfato, pirofosfato, diésteres de fosfato, bem como catalisar reações de transfosforilação, e é denominada \"alcalina\" por sua habilidade de efetuar estas reações mais eficientemente em pH acima do neutro (pH 8-11). O objetivo deste trabalho foi padronizar uma metodologia para a obtenção de uma fração de membrana rica em fosfatase alcalina a partir de culturas de células osteoblásticas, provenientes de medula óssea de rato, sem a utilização de solventes orgânicos, colagenase ou outras proteases. O procedimento padronizado é simples e reprodutível, com a vantagem da considerável redução do tempo necessário para se obter esta fração de membrana, o que contribui para um menor efeito desnaturante sobre a enzima. A fosfatase alcalina é inserida à membrana plasmática por uma âncora GPI e foi solubilizada tanto com polidocanol (1%, p/v) quanto com PIPLC (0,2 U/mL), hidrolisando diversos substratos (PNFF, ATP, PPi, ADP, ?-glicerofosfato, glicose-1-fosfato, glicose-6-fosfato e frutose-6-fosfato) e sendo inibida por inibidores clássicos deste grupo de enzimas (levanisol, teofilina, ZnCl2, vanadato, fosfato e arsenato). Os efeitos de lipossomos constituídos por DPPC, DPPC:DPPS (9:1 e 8:2, razão molar) e DPPC:DODAB (9:1 e 8:2, razão molar) na habilidade tanto de inserção da enzima nos sistemas vesiculares, bem como de modulação da atividade da enzima reconstituída, também foram avaliados. A reconstituição da fosfatase alcalina nos lipossomos mistos constituídos de DPPC:DPPS (9:1), DPPC:DPPS (8:2) e DPPC:DODAB (8:2) proporcionou máxima incorporação da atividade PNFFase da enzima (cerca de 90%, 75% e 90%, respectivamente) após 4 horas, 5 horas e 40 minutos, respectivamente, de incubação dos diversos lipossomos com a proteína. No entanto, utilizando lipossomos de DPPC:DODAB (9:1), apenas cerca de 50% da atividade PNFFase da enzima foi incorporada aos sistemas mesmo após 5 horas de incubação. Para os lipossomos com carga positiva, uma maior proporção de DODAB nos sistemas de DPPC favoreceu a inserção da fosfatase alcalina aos sistemas após um curto período de incubação. Para os lipossomos com carga negativa, as diferentes proporções de DPPS utilizadas não exerceram grande influência tanto na velocidade de incorporação quanto na quantidade de enzima incorporada aos sistemas. Para todos os sistemas utilizados, o processo de incorporação é tempo dependente. A eletroforese dos proteolipossomos de DPPC revelou a presença de uma única banda protéica bem intensa, com massa molecular ao redor de 60 kDa (quando desnaturada), que apresentou atividade de fosfomonohidrolase em condição não-desnaturante, com massa molecular de 120 kDa. Assim, com esta estratégia, foi possível obter proteolipossomos ricos em fosfatase alcalina devido à inserção preferencial da âncora de GPI às bicamadas lipídicas, em detrimento das outras proteínas que não interagem favoravelmente com os sistemas vesiculares, comprovando que a metodologia de reconstituição padronizada pode ser usada eficientemente na obtenção de sistemas de proteolipossomos sem a necessidade de uma etapa de purificação prévia da enzima solubilizada, de modo a se obter um máximo de incorporação da enzima às vesículas com mínima perda em atividade. A reconstituição da enzima empregando-se células ghost resseladas foi obtida incubando-se volumes iguais de enzima (23 ?g/mL) e células ghost (0,22 mg/mL), por 2 horas, a 25ºC, com cerca de 40% da atividade PNFFase da fosfatase alcalina incorporada às vesículas. Para verificar o efeito do microambiente da membrana sobre a atividade da enzima reconstituída, foram determinados os parâmetros cinéticos de hidrólise para diferentes substratos (ATP, PPi e PNFF). Para todos os substratos, uma única classe de sítios de hidrólise foi observada, com valores de K0,5 que variaram de 0,14 a 2,7 mM. Excesso de PPi e ATP no meio reacional inibiu as atividades PPase e ATPase da enzima reconstituída, respectivamente, em todos os sistemas estudados. A hidrólise de PPi apresentou efeitos cooperativos positivos para todos os sistemas, enquanto que para a hidrólise de ATP, uma pequena cooperatividade positiva foi observada apenas para os sistemas constituídos de DPPC e contendo DPPS em sua composição. Assim, a enzima não perdeu a habilidade de hidrolisar nenhum dos substratos quando reconstituída nos diferentes sistemas vesiculares, e todos os dados obtidos reforçam a hipótese de que a composição lipídica do microambiente onde a fosfatase alcalina se encontra exerce grande influência na modulação tanto da atividade da enzima quanto da interação da mesma com os sistemas vesiculares. Assim, os resultados obtidos fornecem novas informações que poderão contribuir tanto para a compreensão dos mecanismos de interação da fosfatase alcalina com a membrana, quanto para estudos da função da enzima durante o processo de biomineralização. / Alkaline phosphatase is a multifunctional enzyme, capable of hydrolyzing phosphate monoesters, pyrophosphate, phosphodiesters, as well as catalyzing transphosphorylation reactions, and it is named \"alkaline\" due to its ability to perform these reactions more efficiently in pH above the neutral (pH 8-11). The aim of this work was to standardize a methodology to obtain a membrane fraction rich in alkaline phosphatase from osteoblastic cells cultures, originated from rat bone marrow, without the use of organic solvents, collagenase or others proteases. The standardized procedure is simple and easy to reproduce, with the advantage of considerable reduction in the time needed to obtain this membrane fraction, which contributes to a smaller denaturing effect on the enzyme. Alkaline phosphatase is a membrane-bound enzyme attached to the cell membrane via a GPI anchor and was solubilized with both polidocanol (1%, w/v) and PIPLC (0,2 U/mL), hydrolyzing several substrates (PNPP, ATP, PPi, ADP, beta-glycerophosphate, glucose-1-phosphate, glucose-6-phosphate and fructose-6-phosphate) and being inhibited by some classical inhibitors of this group of enzymes (levamisole, theophylline, ZnCl2, vanadate, phosphate and arsenate). The effect of liposomes constituted by DPPC, DPPC:DPPS (9:1 and 8:2, molar ratio) and DPPC:DODAB (9:1 and 8:2, molar ratio) on the enzyme insertion ability in the vesicular systems and activity modulation of the reconstituted enzyme were also evaluated. The alkaline phosphatase reconstitution in the mixed liposomes constituted by DPPC:DPPS (9:1), DPPC:DPPS (8:2) and DPPC:DODAB (8:2) presented maximum incorporation of the PNPPase enzyme activity (about 90%, 75% and 90%, respectively) after 4 hours, 5 hours and 40 minutes, respectively, of incubation of the several liposomes with the protein. However, using DPPC:DODAB (9:1) liposomes, only about 50% of the PNPPase enzyme activity was incorporated in the systems, even after 5 hours of incubation. For positive charged liposomes, a higher proportion of DODAB in the DPPC systems favored the alkaline phosphatase insertion into it after a short period of incubation. For negative charged liposomes, the different proportions of DPPS used did not have a big influence in both, incorporation velocity and quantity of incorporated enzyme into the systems. For all the systems used, the incorporation process is time dependent. SDS-PAGE of the DPPC proteoliposomes revealed only a single protein band, with molecular mass of about 60 kDa (when denaturated), which presented phosphomonohydrolase activity under non-denaturing conditions, with molecular mass of about 120 kDa. Thus, using this strategy, it was possible to obtain proteoliposomes rich in alkaline phosphatase due to the preferential insertion of the GPI anchor in the lipid bilayers, since the other proteins do not interact favorably with the vesicular systems. This proves that the standardized methodology for reconstitution can be used efficiently to obtain proteoliposomes systems without prior purification of the solubilized enzyme, with its maximum incorporation in the vesicles and a minimum loss of activity. The reconstitution of the enzyme using resealed ghost cells was obtained by incubating equal volumes of enzyme (23 microg/mL) and ghost cells (0,22 mg/mL), for 2 hours, at 25ºC, with about 40% of the alkaline phosphatase PNPPase activity being incorporated into the vesicles. To verify the effect of the membrane microenvironment on the activity of the reconstituted enzyme, the kinetic parameters for the hydrolysis of different substrates (ATP, PPi and PNPP) were determined. For all the substrates, only one class of hydrolysis sites was observed, with K0,5 values that varied from 0,14 to 2,7 mM. Excess of PPi and ATP in the reaction medium inhibited the PPase and ATPase activities of the reconstituted enzyme, respectively, in all systems studied. PPi hydrolysis presented positive cooperative effects for all systems, while for ATP hydrolysis a small positive cooperativity was observed only for the systems constituted by DPPC and containing DPPS in its composition. Thus, the enzyme did not lose the ability to hydrolyse any of the studied substrates when reconstituted in the different vesicular systems and all the data obtained strengthen the hypothesis that the lipid composition of the microenvironment where the alkaline phosphatase is located plays a great influence on the modulation of both enzyme activity and enzyme interaction with the vesicular systems. Thus, the results obtained provide new information that could contribute to the comprehension of the interaction mechanisms of the alkaline phosphatase with the membrane, as well as to studies of the enzyme function during the biomineralization process.

A mineralização do esqueleto começa dentro de vesículas matriz derivadas de células (MVs); então, os minerais se propagam para a matriz de colágeno extracelular. A fosfatase alcalina não específica de tecido (TNAP) degrada o pirofosfato inorgânico (PPi), um potente inibidor da mineralização, quee contribui com Pi (Fosfato) de ATP para iniciar a mineralização. Em comparação com a membrana plasmática, as MVs são ricas em Colesterol (Chol) (32%) e TNAP, mas como o Chol influencia a atividade da TNAP ainda não está claro. Nós reconstituímos TNAP em lipossomos de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), dimiristoilfosfocolina (DMPC) dioleoilfosfatidilcolina (DOPC) combinada com Chol ou seus derivados Colestenona (Achol) e Ergosterol (Ergo). Comparamos as propriedades cinéticas: Velocidade máxima de hidrólise (Vmax), constante de afinidade (k0,5), cooperatividade (n) e eficiência catalítica (kcat / k0,5) da TNAP para os substratos fisiológicos ATP e PPi, quando o TNAP é incorporada nestes diferentes microambientes lípidicos. O DPPC mais 36% de esteróis em lipossomos aumentaram a atividade catalítica do TNAP em relação ao ATP. A presença de Chol também aumentou a propagação de minerais em 3,4 vezes. A eficiência catalítica da TNAP em relação ao ATP foi quatro vezes menor nos proteolipossomos de DOPC, em comparação aos proteolipossomos do DPPC. Os proteolipossomos DOPC também aumentaram a biomineralização 2,8 vezes em comparação com os proteolipossomos de DPPC. O TNAP catalisou a hidrólise do ATP mais eficientemente no caso do proteolipossomo consistindo em DOPC com 36% de Chol. O mesmo comportamento surgiu com Achol e Ergo. A organização do lipídio e a estrutura do esterol influenciaram a tensão superficial (), a atividade fosfohidrolítica do TNAP na monocamada e a eficiência catalítica do TNAP nas bicamadas. Membranas na fase L (Achol) proporcionaram melhores parâmetros cinéticos em relação às membranas na fase Lo (Chol e Ergo). a presença de SM ou Chol: SM 90:10 (mol%), proteolipossomos DPPC não alterou os valores de eficiência catalítica, para a hidrólise do ATP. No entanto, estes proteolipossomos aumentaram a propagação mineral em cerca de 4,5 e 8 vezes, respectivamente, em comparação com DPPC puro. O aumento na eficiência catalítica para proteolipossomos contendo DMPC: SM 90:10 e DMPC: Chol: SM 80:10:10 (% molar) foi observado. Em conclusão, as propriedades físicas e a organização lateral de lipídios em proteolipossomas são cruciais para o controle. propagação mineral mediada pela atividade da TNAP durante a mineralização / Mineralization of the skeleton starts within cell-derived matrix vesicles (MVs); then, minerals propagate to the extracellular collagenous matrix. Tissuenonspecific alkaline phosphatase (TNAP) degrades inorganic pyrophosphate (PPi), a potent inhibitor of mineralization, and contributes Pi (Phosphate) from ATP to initiate mineralization. Compared to the plasma membrane, MVs are rich in Cholesterol (Chol) (32%) and TNAP, but how Chol influences TNAP activity remains unclear. We have reconstituted TNAP in liposomes of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dimyristoylphosphocholine (DMPC) dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) combined with Chol or its derivatives Cholestenone (Achol) and Ergosterol (Ergo). We compare the kinetic properties: maximum rate of hydrolysis (Vmax), affinity constant (k0,5), cooperativity (n) and catalytic efficiency (kcat / k0,5) of TNAP for the physiological substrates ATP and PPi, when TNAP is incorporated in these different microenvironments lipids. DPPC plus 36% sterols in liposome increased the catalytic activity of TNAP toward ATP. The presence of Chol also increased the propagation of minerals by 3.4-fold. The catalytic efficiency of TNAP toward ATP was fourfold lower in DOPC proteoliposomes as compared to DPPC proteoliposomes. DOPC proteoliposomes also increased biomineralization by 2.8-fold as compared to DPPC proteoliposomes. TNAP catalyzed the hydrolysis of ATP more efficiently in the case of the proteoliposome consisting of DOPC with 36% Chol. The same behavior emerged with Achol and Ergo. The organization of the lipid and the structure of the sterol influenced the surface tension (), the TNAP phosphohydrolytic activity in the monolayer, and the TNAP catalytic efficiency in the bilayers. Membranes in the L phase (Achol) provided better kinetic parameters as compared to membranes in the Lo phase (Chol and Ergo). The presence of SM or Chol:SM 90:10 (mol%), DPPC-proteoliposomes did not alter the catalytic efficiency values, for the ATP hydrolysis. However, these proteoliposomes increased the mineral propagation by about 4.5 and 8-fold, respectively, compared to neat DPPC. The increase in catalytic efficiency for proteoliposomes containing DMPC:SM 90:10 and DMPC:Chol:SM 80:10:10 (mol%) was observed. In conclusion, the physical properties and the lateral organization of lipids in proteoliposomes are crucial to control mineral propagation mediated by TNAP activity during mineralization

A mucopolissacaridose tipo I (MPS I) é causada pela deficiência de alfa-L-iduronidase (IDUA), responsável pelo catabolismo de glicosaminoglicanos (GAGs), levando ao acúmulo multissistêmico de sulfato de heparano e dermatano. Este estudo tem por objetivo avaliar o potencial de sistemas lipídicos nanoestruturados como carreadores do plasmídeo do sistema CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência do gene IDUA/Idua para edição gênica em fibroblastos de pacientes e em modelo murino de MPS I. Foram produzidos lipossomas (DOTAP, DOPE e DSPE-PEG) e nanoemulsões (e TCM) por homogeneização à alta pressão e microfluidização. O DNA foi associado às formulações por adsorção, ou por encapsulamento dos complexos pré-formados DNA/DOTAP no núcleo oleoso da nanoemulsão. A eficiência de transfecção dos complexos foi avaliada em fibroblastos de pacientes MPS I e ocorreu um aumento significativo da atividade de IDUA em 2, 15 e 30 dias após os tratamentos, que promoveu uma redução na quantidade de lisossomos nos fibroblastos tratados. A caracterização físico-química de formulações produzidas por microfluidização complexadas a somente um plasmídeo ou juntamente com um oligonucleotídeo foi verificada e pode-se afirmar que a capacidade de complexação e transfecção depende diretamente do tipo celular e da relação de cargas, e não há implicações quanto ao tamanho das sequências de ácidos nucleicos. Camundongos MPS I receberam os complexos lipossomais por injeção hidrodinâmica e sua biodistribuição foi detectada principalmente no pulmão, coração e fígado. A atividade sérica de IDUA normal aumentou em cerca de 6% e foi mantida por seis meses. A atividade aumentada no pulmão, coração, fígado e rim após eutanásia promoveu redução dos GAGs na urina e nos mesmos tecidos, corroborando com as análises histológicas. Em um estudo em andamento, foi realizada uma investigação mais aprofundada do efeito do tratamento lipossomal na morfologia óssea, sistemas cardiovascular e respiratório, e funções cerebrais dos animais tratados. A análise ecocardiográfica demonstrou uma melhora na hipertrofia e contratilidade do coração, porém não houve melhora na espessura das válvulas. O diâmetro da aorta foi similar ao de animais normais, porém as quebras de elastina ficaram entre o grupo normal e o não tratado. A morfologia facial dos animais tratados foi intermediária, assim como a espessura do osso zigomático. Entretanto, o osso femoral demonstrou espessura comparável ao normal. Já a resistência pulmonar apresentou uma tendência de redução nos animais tratados em relação aos animais MPS I. O conjunto de resultados demonstra o potencial das nanoestruturas lipídicas co-complexadas com o plasmídeo CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência IDUA/Idua para terapia gênica da MPS I. / Mucopolysaccharidosis type I (MPS I) is caused by the deficiency of alpha-L-iduronidase (IDUA), responsible for the catabolism of glycosaminoglycans (GAGs), leading to multisystemic accumulation of heparan and dermatan sulfate. This study aims to evaluate the potential of lipid-based nanostructures as carriers of the CRISPR/Cas9 plasmid and a vector donor of the IDUA/Idua sequence for gene editing in patients’ fibroblasts and in a murine model of MPS I. Liposomes (DOTAP, DOPE, and DSPE-PEG) and nanoemulsions (also MCT) were produced through high-pressure homogenization or microfluidization. DNA was associated with liposomes and nanoemulsions by adsorption or by encapsulation of DNA/DOTAP preformed complexes in the oil core of nanoemulsions. The transfection efficiency of complexes was evaluated in fibroblasts from MPS I patients and a significant increase in IDUA activity was demonstrated at 2, 15, and 30 days after treatments. It was also possible to observe a significant reduction in lysosomal amount in treated fibroblasts. The physicochemical characterization of liposomes and nanoemulsions produced through microfluidization complexed with a single plasmid or along with an oligonucleotide has been verified and it can be stated that the complexing and transfection capacity of the complexes depends directly on the cell type and the charge ratio, and there are no implications of the size of the nucleic acid sequences. MPS I mice received the liposomal complexes by hydrodynamic injection and their immediate biodistribution was detected mainly in the lung, heart, and liver. An increase of about 6% in normal serum IDUA activity was maintained for six months, in addition to increased lung, heart, liver, and kidney activity after euthanasia. The enhanced enzymatic activity promoted a significant GAGs reduction in urine and in the same tissues, corroborating with histological analysis. In an ongoing study, a deeper investigation was carried out on the effect of liposomal treatment on bone morphology, cardiovascular and respiratory systems, and brain function. The echocardiographic analysis showed an improvement in the parameters of hypertrophy and contractility of the heart, but there was no improvement in heart valves. Aorta diameter was similar to that of normal animals, but elastin breaks were between the normal and untreated groups. Facial morphology of treated animals was intermediate, as well as the analysis of zygomatic bone thickness. However, femoral bone showed thickness comparable to normal animals. Lung resistance, on the other hand, showed a tendency to reduction in treated animals when compared to MPS I. The set of results demonstrates the potential of the co-complexed lipid nanostructures with the CRISPR/Cas9 plasmid and a donor vector of the IDUA/Idua sequence for MPS I gene therapy.

A mineralização do esqueleto começa dentro de vesículas matriz derivadas de células (MVs); então, os minerais se propagam para a matriz de colágeno extracelular. A fosfatase alcalina não específica de tecido (TNAP) degrada o pirofosfato inorgânico (PPi), um potente inibidor da mineralização, quee contribui com Pi (Fosfato) de ATP para iniciar a mineralização. Em comparação com a membrana plasmática, as MVs são ricas em Colesterol (Chol) (32%) e TNAP, mas como o Chol influencia a atividade da TNAP ainda não está claro. Nós reconstituímos TNAP em lipossomos de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), dimiristoilfosfocolina (DMPC) dioleoilfosfatidilcolina (DOPC) combinada com Chol ou seus derivados Colestenona (Achol) e Ergosterol (Ergo). Comparamos as propriedades cinéticas: Velocidade máxima de hidrólise (Vmax), constante de afinidade (k0,5), cooperatividade (n) e eficiência catalítica (kcat / k0,5) da TNAP para os substratos fisiológicos ATP e PPi, quando o TNAP é incorporada nestes diferentes microambientes lípidicos. O DPPC mais 36% de esteróis em lipossomos aumentaram a atividade catalítica do TNAP em relação ao ATP. A presença de Chol também aumentou a propagação de minerais em 3,4 vezes. A eficiência catalítica da TNAP em relação ao ATP foi quatro vezes menor nos proteolipossomos de DOPC, em comparação aos proteolipossomos do DPPC. Os proteolipossomos DOPC também aumentaram a biomineralização 2,8 vezes em comparação com os proteolipossomos de DPPC. O TNAP catalisou a hidrólise do ATP mais eficientemente no caso do proteolipossomo consistindo em DOPC com 36% de Chol. O mesmo comportamento surgiu com Achol e Ergo. A organização do lipídio e a estrutura do esterol influenciaram a tensão superficial (), a atividade fosfohidrolítica do TNAP na monocamada e a eficiência catalítica do TNAP nas bicamadas. Membranas na fase L (Achol) proporcionaram melhores parâmetros cinéticos em relação às membranas na fase Lo (Chol e Ergo). a presença de SM ou Chol: SM 90:10 (mol%), proteolipossomos DPPC não alterou os valores de eficiência catalítica, para a hidrólise do ATP. No entanto, estes proteolipossomos aumentaram a propagação mineral em cerca de 4,5 e 8 vezes, respectivamente, em comparação com DPPC puro. O aumento na eficiência catalítica para proteolipossomos contendo DMPC: SM 90:10 e DMPC: Chol: SM 80:10:10 (% molar) foi observado. Em conclusão, as propriedades físicas e a organização lateral de lipídios em proteolipossomas são cruciais para o controle. propagação mineral mediada pela atividade da TNAP durante a mineralização / Mineralization of the skeleton starts within cell-derived matrix vesicles (MVs); then, minerals propagate to the extracellular collagenous matrix. Tissuenonspecific alkaline phosphatase (TNAP) degrades inorganic pyrophosphate (PPi), a potent inhibitor of mineralization, and contributes Pi (Phosphate) from ATP to initiate mineralization. Compared to the plasma membrane, MVs are rich in Cholesterol (Chol) (32%) and TNAP, but how Chol influences TNAP activity remains unclear. We have reconstituted TNAP in liposomes of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dimyristoylphosphocholine (DMPC) dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) combined with Chol or its derivatives Cholestenone (Achol) and Ergosterol (Ergo). We compare the kinetic properties: maximum rate of hydrolysis (Vmax), affinity constant (k0,5), cooperativity (n) and catalytic efficiency (kcat / k0,5) of TNAP for the physiological substrates ATP and PPi, when TNAP is incorporated in these different microenvironments lipids. DPPC plus 36% sterols in liposome increased the catalytic activity of TNAP toward ATP. The presence of Chol also increased the propagation of minerals by 3.4-fold. The catalytic efficiency of TNAP toward ATP was fourfold lower in DOPC proteoliposomes as compared to DPPC proteoliposomes. DOPC proteoliposomes also increased biomineralization by 2.8-fold as compared to DPPC proteoliposomes. TNAP catalyzed the hydrolysis of ATP more efficiently in the case of the proteoliposome consisting of DOPC with 36% Chol. The same behavior emerged with Achol and Ergo. The organization of the lipid and the structure of the sterol influenced the surface tension (), the TNAP phosphohydrolytic activity in the monolayer, and the TNAP catalytic efficiency in the bilayers. Membranes in the L phase (Achol) provided better kinetic parameters as compared to membranes in the Lo phase (Chol and Ergo). The presence of SM or Chol:SM 90:10 (mol%), DPPC-proteoliposomes did not alter the catalytic efficiency values, for the ATP hydrolysis. However, these proteoliposomes increased the mineral propagation by about 4.5 and 8-fold, respectively, compared to neat DPPC. The increase in catalytic efficiency for proteoliposomes containing DMPC:SM 90:10 and DMPC:Chol:SM 80:10:10 (mol%) was observed. In conclusion, the physical properties and the lateral organization of lipids in proteoliposomes are crucial to control mineral propagation mediated by TNAP activity during mineralization

A extensão relativa da dissociação iônica (α) de micelas de cloreto de hexadecildimetilamônio (CTACI), brometo de hexadecildimetilamônio (CTAB), vesículas de cloreto de dioctacecildimetilamônio (DODAC) e brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB) foram determinadas usando um método de dediazonização. O método de dediazonização consiste na determinação de produtos resultantes da lenta decomposição espontânea de tetrafluorborato de 2,4,6-trimetilbenzenodiazônio, seguida pela reação rápida do cátion fenílico com nucleófilos presentes no meio. Foi demostrado que este método determina a composição relativa da pseudofase aquosa interagregado. Os valores de α obtidos para CTACI e CTAB foram, respectivamente, 0,29 e 0,26, em excelente concordância com valores previamente publicados. O coeficiente de troca iônica para brometo/cloreto, determinado através do mesmo método, foi de 2,65, coincidindo com dados publicados. Estes valores confirmam o uso deste método para se obter tanto grau de dissociação iônica relativo como coeficientes de seletividade. O método foi também aplicado para a determinação do grau de dissociação iônica externo (αe e interno (αi) de vesículas de DODAC e DODAB. Para vesículas de DODAB sonicadas por tip obteve-se αe de 0,20; para vesículas de DODAC sonicadas em banho αe foi 0,20; para vesículas de DODAC sonicadas por tip αe foi 0,25 e para vesículas de DODAC grandes αe foi 0,11. Foi também determinado, pela primeira vez, o valor de 0,07 para o αi de vesículas grandes de DODAC. O conjunto de valores obtidos para αi e αe permitiram a análise quantitativa da catálise pelo compartimento aquoso interno e externo de vesículas sem a utilização de α como parâmetro ajustável. Foi modelado com sucesso a decomposição espontânea do íon 6-nitrobenzisoxazol-3-carboxilato e a hidrólise alcalina do ácido 5,5\'-ditiobis(2-nitrobenzóico). Este trabalho é a primeira análise quantitativa de reações modificadas por vesículas nos dois compartimentos usando dados independentes para dissociação iônica das superfícies vesiculares. / The relative extents of ion dissociation (α) from micelles of hexadecyltrimethylammonium (CTA) chloride (CTACl) and bromide (CTAB) and vesicles of dioctadecyldimethylammonium (DODA) chloride (DODAC) and bromide (DODAB) were determined using a dediazoniation method. The dediazoniation method consists in the determination of the products resulting from the slow spontaneous decomposition of 2,4,6-trimethylbenzene diazonium tetrafluoroborate, followed by fast reaction of the resulting phenyl cation with neighboring nucleophiles. This method was shown to determine the relative composition of the interaggregate aqueous pseudophase and, consequently, the degree of ion dissociation of the aggregate. The values of α obtained for CTACl and CTAB were, respectively, 0.29 and 0.26, in excellent agreement with previously published values. The ion exchange selectivity coefficient for bromide/chloride exchange, determined using the same method was 2.65, coinciding with published data. These values lend confidence to the use of this method for obtaining both relative dissociation degrees and ion selectivity coefficients. The method was also applied for the determination of the external (αe)as well as the internal (αi) α of DODAC and DODAB vesicles. For tip-sonicated DODAB vesicles αe was 0.20, for bath-sonicated DODAC αe was 0.20, for tip-sonicated DODAC αe was 0.25 and for large DODAC vesicles a was 0.11. We also determined, for the ftrst time, the a value of 0.07 for αi of large vesicles. The set of values obtained for αi and αe permitted quantitative analysis of two reaetions in both the internal and external aqueous compartments of vesicles without recourse to ion dissociation adjustable parameters. We successfully modeled the spontaneous decomposition of 6-nitrobenzisoxazol-3-carboxylate and the alkaline hydrolysis of 5,5\'-dithiobis(2-nitrobenzoate). This work is the first quantitative analysis of vesicle-modified reactions in both vesicle compartments using independent data for ion dissociation from vesicle\'s surfaces.

Desequilíbrios no desenvolvimento da microbiota bucal podem gerar algumas patologias e, entre elas, está a cárie dental, uma doença crônica - contagiosa, de etiologia multifatorial, mas extremamente relacionada à bactéria Streptococcus mutans, que através de seu metabolismo fermentativo destrói estruturas mineralizadas do dente. Além disso, o aumento da resistência à antibioticoterapia, devido à existência do biofilme (também formado pelo S. mutans) e aos tratamentos bactericidas mal sucedidos, faz do desenvolvimento de técnicas antimicrobianas alternativas um importante foco nesta área de pesquisa. Assim, na busca de novas metodologias contra microrganismos, estudos usando a Terapia fotodinâmica (TFD) têm sido empregados para se obter a inativação de bactérias como o S. mutans. A TFD é uma modalidade terapêutica em que há a integração de uma luz visível, um corante e oxigênio que quando interagem, levam à produção de diferentes espécies reativas de oxigênio (ERO?s) que irão desencadear uma seqüência de eventos biológicos, resultando numa possível morte ou inativação celular, inclusive de microrganismos como o S. mutans. O objetivo deste trabalho foi avaliar a ação da TFD sobre a bactéria S. mutans em meio planctônico ou formando biofilme. Assim, a metodologia padronizada possibilitou o cultivo da bactéria em meio líquido (planctônico) ou na forma de biofilme, tornando-se possível a realização de testes com a aplicação da terapia fotodinâmica. Uma análise das curvas de crescimento possibilitou avaliar o metabolismo anaeróbico de S. mutans que consome açúcares fermentáveis (glicose, frutose, sacarose e maltose), mostrando-se hábil na produção de ácidos. Conforme proposto, um fotopolimerizador de resina odontológica foi empregado como fonte de luz na TFD. Esta luz é emitida em comprimentos de onda variáveis (possível graças à troca do filtro de luz do equipamento) que fotoativam os diferentes corantes empregados tais como: Rose bengal, a Protoporfirina IX (PPIX) e a Zinco ftalocianina. Estes agentes fotossensíveis, depois de irradiados, produzem espécies reativas de oxigênio, principalmente o oxigênio singlete, que leva à inativação bacteriana observada nos experimentos realizados. Em contrapartida, as concentrações de luz e corantes empregados na inativação bacteriana apresentaram valores de baixa toxicidade para culturas de fibroblastos. Além disso, a grande diferença entre as concentrações de corante que causa a morte da bactéria na presença e na ausência de luz, indica que os compostos produzidos pela fotoativação são os responsáveis pela morte bacteriana em meio planctônico. Quanto ao biofilme formado por S. mutans, é possível promover uma diminuição da sua formação tanto com a TFD quanto com o emprego de flúor. Células irradiadas imediatamente após a adição do corante foram semelhantemente inativadas após TFD, podendo ser desconsiderada uma incubação prévia para que agente fotossensível fosse homogeneamente distribuído. Aparentemente a TFD não acarretou em mudanças na atividade ATPase total extraída da membrana da bactéria. Os experimentos para a determinação da localização dos corantes na célula ou para a avaliação de sua capacidade acidogênica não foram conclusivos em relação à possibilidade das espécies reativas estarem causando danos à parede, membrana plasmática ou ainda em alguma biomolécula citoplasmática da bactéria. Em adição, os estudos da peroxidação lipídica, de análise do DNA e de proteínas de stress após a TFD não trouxeram nenhuma informação adicional conclusiva sobre o alvo específico das ERO?s que causam a inativação bacteriana. Esta metodologia, apesar de ainda não poder ser aplicada na clínica, poderá complementar as técnicas antimicrobianas convencionais, por ser uma metodologia simples, de fácil emprego e baixo custo, podendo inclusive ser associada à possibilidade do uso de diferentes agentes fotossensíveis e adequada às necessidades da prática odontológica. / Unbalance in the development of the mouth macrobiota can originate some pathologies, dental cavity being among them - a chronic disease - contagious, of multifactorial etiology, but extremely related to the Streptococcus mutans bacteria, which, through its fermentative metabolism, destroys tooth mineralized structures. Besides that, the increase in resistance to antibiotic therapy, due to the existence of biofilm (also formed by S. Mutans) and to non successful bactericide treatments, makes alternative antimicrobial techniques development an important focus in this research area. So, in search of new methodologies against microorganisms studies using the Photodynamic Therapy (TFD) have been employed to achieve inactivation of bacteria such as S. mutans. TFD is a therapeutical modality in which there is an integration of a visible light, a dye and oxygen and, when they interact, there is the production of different reactive oxygen species (ERO?s) which will lead to a sequence of biological events, resulting in a possible cellular death or inactivation, including microorganisms such as S. mutans. The aim of this work was to evaluate the action of TFD on S. mutans bacteria in planktonic medium of forming biofilm. So, the standardized methodology allowed the cultivation of bacteria in liquid media (planktonic) or in the biofilm form, making it possible to do tests with the application of the photodynamic therapy. The analysis of the growth curves allowed the evaluation of the anaerobic metabolism of S. mutans, which consumes fermentable sugars (glucose, fructose, sucrose and maltose), and is apt in acid production. According to what is was proposed, a odontological resin photopolymerizer was used as light source in TFD. This light is sent in variable wave lengths (made possible thanks to the change of the light filter in the equipment) which photoactivate the different dyes used, such as Rose Bengal, Protoporfirine IX (PPIX) and the Zinc Phtalocyanine. These photosensitive agents, after being irradiated, produce reactive oxygen species, specially the singlet oxygen, which leads to the bacterial inactivation observed in the experiments done. Nonetheless, the light concentrations and dyes used in the bacterial inactivation have shown low toxicity values for fibroblasts cultures. Besides that, the high difference between the dye concentrations which causes the death of bacteria in the presence and absence of light indicates that the compounds produced by the photoactivation are the responsible for the bacterial death in planktonic media. As for the biofilm formed by S. mutans, it is possible to have a decrease in its formation with TFD as much as with the use of fluoride. Cells irradiated immediately after the dye addition were similarly inactivated after TFD, so a previous incubation for the homogeneous distribution of the photosensitive agent can be discarded. Apparently, the TFD did not cause changes in the total APTase activity extracted from bacteria membrane. The experiments for the determination of dye location in the cell or for the evaluation of its acidogenic capacity were not conclusive in relation to the possibility of reactive species to be causing damage to the wall, plasmatic membrane or still in some cytoplasmatic biomolecule of the bacteria. In addition, the studies of lipidic peroxidation, DNA analysis and stress proteins after TFD did not bring any conclusive additional information about the specific target of ERO?s that cause bacterial inactivation. This methodology, although can?t be applied in clinic yet, can complement the conventional antimicrobial techniques, being a simple methodology, of easy used and low cost, which can also possibly be associated to the use of different photosensitive agents and adjusted to the needs of odontological practice.

Orientador: Ronei Miotto / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014

Neste trabalho foram analisadas sob o ponto de vista físico-químico, as interações entre DNA e lipossomos catiônicos de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB). Foram utilizados os seguintes modelos: 1) 2\'-desoxiadenosina 5\'-monofosfato (DMP), um modelo de unidade monomérica do polímero que é o DNA; 2) DNAs de bacteriófagos T2, T4, T5, T7 e λ; 3) vesículas pequenas de DODAB preparadas por sonicação; 4) vesículas grandes de DODAB preparadas por aquecimento (56 ºC/30 minutos) ou vaporização clorofórmica. A interação entre 2\'-desoxiadenosina 5\'-monofosfato (DMP) e lipossomos de DODAB resultou em adsorção máxima de DMP ao lipossomo catiônico com uma proporção molar DODAB : DMP de 2:1 e mobilidade eletroforética (ME) mínima mas positiva dos lipossomos. Em força iônica de 5 mM, a adsorção máxima de DMP sobre os lipossomos aproxima-se de zero, mostrando que a formação do complexo DODAB/DMP é essencialmente dirigida pela atração eletrostática. A adição de nucleotídeo na faixa de milimolar (0,4 - 1,5 mM) induz a um aumento de turbidez da dispersão de lipossomos (DODAB 0,08 mM) em função do tempo. Ocorrem velocidades de floculação muito maiores que as obtidas por adição de NaCl (40 120 mM). O nucleotídeo comporta-se como um ânion hidrofóbico com uma afinidade pela membrana muito maior que a exibida por um ânion simples como o cloreto. DMP induz ruptura dos lipossomos contendo [14C]sacarose, sugerindo que a interação DMP/bicamada não é superficial. Embora a interação preserve a carga positiva do liposomo, a integridade lipossomal não é preservada. Na adsorção máxima, a inserção de DMP na bicamada é a explicação mais razoável para manutenção da carga positiva da vesícula, proporção molar DODAB : DMP de 2:1 e extravasamento de conteúdo interno lipossomal. A interação DODAB/DNA também é dirigida por atração eletrostática entre o DNA e a bicamada catiônica. Marcadores incorporados ao DNA ou a sítios da bicamada são deslocados para a água devido à interação. Sob condições de excesso de DODAB, na situação de adsorção máxima de DODAB sobre DNA, existem cerca de 70 moléculas de DODAB por nucleotídeo de DNA e esta proporção não depende do tipo de DNA. A interação DODAB/DNA leva à formação de glóbulos visíveis por microscopia óptica de campo escuro e ocorrência de uma dependência linear entre turbidez e 1/λ2, onde λ é o comprimento de onda da luz incidente. Na condição de adsorção máxima de DODAB, a formação de complexos globulares DODAB/DNA causa perda de hipocromismo da dupla fita de DNA conforme detectado por efeitos de temperatura sobre absorbância em 260 nm de misturas DNA/DODAB. Em suma, a interação de DODAB/DNA não é superficial: o lipossomo perde sua integridade e o DNA perde sua estrutura em dupla hélice, tornando-se fita simples. A atração hidrofóbica entre bases nitrogenadas de DNA e cadeias hidrocarbônicas dos lipídios catiônicos tem papel importante na determinação da estrutura do complexo. / In this work, interactions between DNA and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) are evaluated from a physicochemical point of view. The following models were used: 1) 2\'-deoxyadenosine 5\'-monophosphate (DMP), a model of monomeric unity of polymer, the DNA; 2) DNAs of T2, T4, T5, T7 and λ bacteriophages; 3) small vesicles of DODAB prepared by sonication; 4) large vesicles of DODAB prepared by heating (56 ºC/30 minutes) or by chloroform vaporization. The interaction between 2\'deoxyadenosine 5\'-monophosphate (DMP) and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) in water is described. At maximal adsorption, the molar ratio DODAB/DMP is 2:1 and electrophoretic mobility for the liposomes attains a minimum at a positive value. At 5 mM ionic strength, maximal DMP adsorption on the liposome becomes close to zero, demonstrating that the electrostatic attraction essentially drives the DODAB/DMP complexation. Over the millimolar range of DMP concentrations (0.4-1.5 mM), upon nucleotide addition, turbidity of the liposome dispersion (0.08 mM DODAB) steeply increases as a function of time in contrast with the much smaller flocculation rates upon NaCl addition over a much higher range of NaCl concentrations (40-120 mM). The nucleotide behaves as a hydrophobic anion with an affinity for the membrane that is much higher than that exhibited by a simple anion as chloride. DMP-induced rupture of liposomes containing [14C]sacarose was evaluated from dialysis of DMP/liposomes mixtures. In water, DMP-induced leakage of radioactive liposomal contents suggests that the DMP/bilayer interaction is not superficial. Although the interaction preserves the positive liposome charge, it doesn\'t preserve its integrity. At maximal adsorption, DMP insertion in the cationic bilayer is the most reasonable explanation for the remaining positive charge on the vesicle, the 2:1 DODAB : DMP molar ratio, and leakage of internal contents from the liposome. The DODAB/DNA interaction is also driven by the electrostatic attraction between DNA and bilayer. Probes located on DNA or in the bilayer are displaced from their DNA or bilayer sites. Under conditions of DODAB excess, at maximal DODAB adsorption on DNA, there are ca. 70 DODAB molecules adsorbed per nucleotide on DNA, a molar proportion (MP) that does not depend on DNA type. The DODAB/DNA interaction led to formation of globules as visualized from dark-field optical microscopy and to occurrence of a linear dependence between turbidity for the mixture and 1/λ2, where λ is the wavelength of incident light. At maximal DODAB adsorption, the formation of DODAB/DNA globular complexes causes loss of doublestranded DNA hypochromism as detected from temperature effects on DNA absorbance at 260 nm in the presence or absence of DODAB. In summary, liposome loses its integrity and DNA loses its double helix becoming single-stranded. The hydrophobic attraction between nitrogenous bases on DNA and hydrocarbon chains on liposome bilayers plays an important role in determining structure of the complex.

Submitted by Nuzia Santos (nuzia@cpqrr.fiocruz.br) on 2012-08-22T13:27:09Z No. of bitstreams: 1 Tese_Lais Maroni Portugal.pdf: 2267253 bytes, checksum: 795ea3bb95d9876df036c514007c1d1c (MD5) / Made available in DSpace on 2012-08-22T13:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Lais Maroni Portugal.pdf: 2267253 bytes, checksum: 795ea3bb95d9876df036c514007c1d1c (MD5) / FAPEMIG: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CPqRR/FIOCRUZ: Centro de Pesquisas René Rachou/Fundação Oswaldo Cruz CNPq: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Cisplatina (CDDP) é um dos agentes ativos citotóxicos mais comumente usados no tratamento da carcinomatose peritoneal. A inconveniência de seu uso clínico são os efeitos colaterais sistêmicos, como nefrotoxicidade e mielotoxicidade. Lipossomas pH-sensíveis de circulação prolongada contendo CDDP (SpHL-CDDP) foram desenvolvidos por nosso grupo de pesquisa com o objetivo de promover a liberação de CDDP mais próximo do tumor, bem como diminuir a toxicidade. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia antitumoral e toxicidade de SpHL-CDDP, após a administração intraperitoneal em camundongos portadores de tumor nas fases inicial ou avançada, com uma dose de 12 mg/Kg. A sobrevida foi monitorada e amostras de sangue foram coletadas para análises bioquímicas e hematológicas. Rins, fígado e baço foram removidos para exame histopatológico. As células tumorais foram avaliadas, segundo sua viabilidade e ciclo celular. Os resultados demonstraram que a sobrevida de animais tratados com SpHL-CDDP foi maior do que aqueles tratados com CDDP livre. A morte celular causada pelo tratamento com SpHL-CDDP ocorreu através da indução de apoptose com a parada do ciclo celular na fase G0/G1. O tratamento de camundongos que apresentam câncer inicial com ambas as formulações provocou a supressão de granulócitos. Camundongos tratados com CDDP livre apresentaram também diminuição da contagem de plaquetas, o que sugere alta mielotoxicidade. No modelo de câncer avançado, o tratamento com SpHL-CDDP permitiu melhoria da resposta imune. Camundongos portadores de câncer em estágio inicial e tratados com CDDP livre ou SpHL-CDDP apresentaram menor índice de uréia/creatinina, em comparação ao grupo controle salina. Esses achados indicam que ambos os tratamentos foram capazes de reduzir o dano renal causado por carcinomatose peritoneal. A análise microscópica dos rins de camundongos tratados com SpHL-CDDP mostrou alteração morfológica discreta, enquanto necrose tubular foi observada para animais tratados com CDDP livre. Em relação à hepatotoxicidade, nenhuma alteração nos parâmetros de química clínica foi observada. Estes achados revelam que SpHL-CDDP pode melhorar a eficácia antitumoral e diminuir a toxicidade renal e da medula óssea. A dosagem de VEGF no líquido ascítico mostrou que ambas as formulações contendo CDDP, em ambos os estágios de tratamento, diminuíram a capacidade angiogênica do tumor de Ehrlich, apresentando efeito antitumoral. O estudo imunológico mostrou que o tratamento com CDDP livre ou SpHLCDDP apresenta um perfil modulado de resposta imune, com diminuição das citocinas próinflamatórias e de citocinas reguladoras. Portanto, estes resultados abrem a possibilidade de uso futuro de SpHL-CDDP para o tratamento da carcinomatose peritoneal / Cisplatin (CDDP) is one of the most active cytotoxic agents commonly used on treatment of peritoneal carcinomatosis. The inconvenience of its clinical use is systemic side effects, such as nephrotoxicity and myelotoxicity. Long-circulating and pH-sensitive liposomes containing CDDP (SpHL-CDDP) were developed by our research group in order to promote the release of CDDP near the tumor as well decrease of its toxicity. The aim of this study was to evaluate the antitumor efficacy and toxicity of SpHL-CDDP after intraperitoneal administration in initial or disseminated tumor bearing mice, at a dose of 12 mg/Kg. The survival was monitored and blood samples were collected for biochemical and hematological analysis. Kidney, liver and spleen were removed to histopathological examination. Tumor cells were evaluated according to their viability and cell cycle. The survival of animals treated with SpHCDDP was higher than those treated with free CDDP. The cell death caused by treatment with SpHL-CDDP occurred through induction of apoptosis with a cell cycle arrest at G0/G1 phase. The treatment of mice presenting initial cancer with both formulations provoked a suppression of granulocytes. Mice treated with free CDDP showed also a decrease of platelets count, which suggests a high myelotoxicity. Mice affected by cancer at an early stage and treated with free CDDP or SpHL-CDDP showed lower urea/creatinine index as compared to the saline control group. These findings indicate that both treatments were able to reduce the renal damage caused by peritoneal carcinomatosis. Microscopic analysis of kidneys from mice treated with SpHL-CDDP showed a discrete morphological alteration, while tubular necrosis was observed for free CDDP treated mice. Concerning hepatotoxicity, no alteration in clinical chemistry parameters was observed. These findings reveal that SpHL-CDDP can improve the antitumor efficacy and decrease renal and bone marrow toxicity. VEGF levels in ascitic fluid showed that both formulations containing CDDP administered in both development stages, decreased angiogenic capacity of Ehrlich tumor, showing their antitumor effect. The immunological study showed that treatment with free CDDP or SpHL-CDDP presents an immune response modulated profile, with reduction of pro-inflammatory and regulatory cytokines. Overall, the results presented in this thesis indicate a promising future application of SpHL-CDDP to peritoneal carcinomatosis treatment.

A mucopolissacaridose tipo I (MPS I) é causada pela deficiência de alfa-L-iduronidase (IDUA), responsável pelo catabolismo de glicosaminoglicanos (GAGs), levando ao acúmulo multissistêmico de sulfato de heparano e dermatano. Este estudo tem por objetivo avaliar o potencial de sistemas lipídicos nanoestruturados como carreadores do plasmídeo do sistema CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência do gene IDUA/Idua para edição gênica em fibroblastos de pacientes e em modelo murino de MPS I. Foram produzidos lipossomas (DOTAP, DOPE e DSPE-PEG) e nanoemulsões (e TCM) por homogeneização à alta pressão e microfluidização. O DNA foi associado às formulações por adsorção, ou por encapsulamento dos complexos pré-formados DNA/DOTAP no núcleo oleoso da nanoemulsão. A eficiência de transfecção dos complexos foi avaliada em fibroblastos de pacientes MPS I e ocorreu um aumento significativo da atividade de IDUA em 2, 15 e 30 dias após os tratamentos, que promoveu uma redução na quantidade de lisossomos nos fibroblastos tratados. A caracterização físico-química de formulações produzidas por microfluidização complexadas a somente um plasmídeo ou juntamente com um oligonucleotídeo foi verificada e pode-se afirmar que a capacidade de complexação e transfecção depende diretamente do tipo celular e da relação de cargas, e não há implicações quanto ao tamanho das sequências de ácidos nucleicos. Camundongos MPS I receberam os complexos lipossomais por injeção hidrodinâmica e sua biodistribuição foi detectada principalmente no pulmão, coração e fígado. A atividade sérica de IDUA normal aumentou em cerca de 6% e foi mantida por seis meses. A atividade aumentada no pulmão, coração, fígado e rim após eutanásia promoveu redução dos GAGs na urina e nos mesmos tecidos, corroborando com as análises histológicas. Em um estudo em andamento, foi realizada uma investigação mais aprofundada do efeito do tratamento lipossomal na morfologia óssea, sistemas cardiovascular e respiratório, e funções cerebrais dos animais tratados. A análise ecocardiográfica demonstrou uma melhora na hipertrofia e contratilidade do coração, porém não houve melhora na espessura das válvulas. O diâmetro da aorta foi similar ao de animais normais, porém as quebras de elastina ficaram entre o grupo normal e o não tratado. A morfologia facial dos animais tratados foi intermediária, assim como a espessura do osso zigomático. Entretanto, o osso femoral demonstrou espessura comparável ao normal. Já a resistência pulmonar apresentou uma tendência de redução nos animais tratados em relação aos animais MPS I. O conjunto de resultados demonstra o potencial das nanoestruturas lipídicas co-complexadas com o plasmídeo CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência IDUA/Idua para terapia gênica da MPS I. / Mucopolysaccharidosis type I (MPS I) is caused by the deficiency of alpha-L-iduronidase (IDUA), responsible for the catabolism of glycosaminoglycans (GAGs), leading to multisystemic accumulation of heparan and dermatan sulfate. This study aims to evaluate the potential of lipid-based nanostructures as carriers of the CRISPR/Cas9 plasmid and a vector donor of the IDUA/Idua sequence for gene editing in patients’ fibroblasts and in a murine model of MPS I. Liposomes (DOTAP, DOPE, and DSPE-PEG) and nanoemulsions (also MCT) were produced through high-pressure homogenization or microfluidization. DNA was associated with liposomes and nanoemulsions by adsorption or by encapsulation of DNA/DOTAP preformed complexes in the oil core of nanoemulsions. The transfection efficiency of complexes was evaluated in fibroblasts from MPS I patients and a significant increase in IDUA activity was demonstrated at 2, 15, and 30 days after treatments. It was also possible to observe a significant reduction in lysosomal amount in treated fibroblasts. The physicochemical characterization of liposomes and nanoemulsions produced through microfluidization complexed with a single plasmid or along with an oligonucleotide has been verified and it can be stated that the complexing and transfection capacity of the complexes depends directly on the cell type and the charge ratio, and there are no implications of the size of the nucleic acid sequences. MPS I mice received the liposomal complexes by hydrodynamic injection and their immediate biodistribution was detected mainly in the lung, heart, and liver. An increase of about 6% in normal serum IDUA activity was maintained for six months, in addition to increased lung, heart, liver, and kidney activity after euthanasia. The enhanced enzymatic activity promoted a significant GAGs reduction in urine and in the same tissues, corroborating with histological analysis. In an ongoing study, a deeper investigation was carried out on the effect of liposomal treatment on bone morphology, cardiovascular and respiratory systems, and brain function. The echocardiographic analysis showed an improvement in the parameters of hypertrophy and contractility of the heart, but there was no improvement in heart valves. Aorta diameter was similar to that of normal animals, but elastin breaks were between the normal and untreated groups. Facial morphology of treated animals was intermediate, as well as the analysis of zygomatic bone thickness. However, femoral bone showed thickness comparable to normal animals. Lung resistance, on the other hand, showed a tendency to reduction in treated animals when compared to MPS I. The set of results demonstrates the potential of the co-complexed lipid nanostructures with the CRISPR/Cas9 plasmid and a donor vector of the IDUA/Idua sequence for MPS I gene therapy.