The shortcomings of current antidepressant agents prompts the design of novel multimodal antidepressants and the identification of new antidepressant targets, especially those located at sub-cellular level. Such antidepressants should possess improved response rates as well as safety profiles. Methylene blue (MB) is reported to possess diverse pharmacological actions and is attracting increasing attention for the treatment of a variety of disorders including Alzheimer’s disease, bipolar disorder, anxiety and depression. MB acts on both monoamine oxidase (MAO) and the nitric oxide (NO)-cGMP pathway, and possesses antidepressant activity in rodents. The principal goal of this study was to design a close structural analogue of MB and to evaluate the effects of these structural changes on MAO inhibition, a well-known antidepressant target. Furthermore, MAO inhibition is also responsible for cardiovascular toxicity in clinically used MAOI inhibitors. For this purpose we investigated the antidepressant properties of the synthetic MB analogue (ethyl-thioniniumchloride; ETC) as well as azure B, the major metabolite of MB, in the forced swim test (FST). ETC was synthesized with a high degree of purity from diethyl-p-phenylenediamine with 6% yield. ETC was firstly evaluated as a potential inhibitor of recombinant human MAO-A and MAO-B. Azure B and ETC were evaluated over a dosage range of 4-30 mg/kg for antidepressant-like activity in the acute FST in rats, and the results were compared to those obtained with saline, imipramine (15 mg/kg) and MB (15 mg/kg) treated rats. Locomotor activity was evaluated to ensure that changes in swim motivation are based on antidepressant response and not due to an indirect effect of the drug on locomotor activity. The results document that ETC inhibits MAO-A and MAO-B with IC50 values of 0.51 μM and 0.592 μM, respectively. Furthermore, ETC inhibits MAO-A and MAO-B reversibly, while the mode of inhibition is most likely competitive. In the acute FST, azure B and ETC were more effective than imipramine and MB in reversing immobility, without inducing locomotor effects. Azure B and ETC increased swimming behaviour during acute treatment, which is indicative of enhanced serotonergic neurotransmission. Azure B and ETC did not affect noradrenergicmediated climbing behaviour. These results suggest that azure B may be a contributor to the antidepressant effect of MB, and acts via increasing serotonergic transmission. Secondly, small structural changes made to MB do not abolish its antidepressant effect even though ETC is a less potent MAO-A inhibitor than MB. / MSc (Pharmaceutical Chemistry), North-West University, Potchefstroom Campus, 2014

The adsorption of methylene blue onto two types of commercial activated carbons, a mesoporous type (Norit CA1) and microporous type (207C) was analysed. Powdered TiO2 was mixed with the carbon and added to the dye solution to determine the influence of the photocatalyst during the adsorption process. Equilibrium and kinetics experiments were done with and without any addition of photocatalytic titanium dioxide (TiO2). Changes in capacity, heterogeneity, and heat of adsorption were detected and related to changes in the quantity of TiO2 added by evaluating the equilibrium parameter from 13 isotherm models. The influence of TiO2 on the adsorption kinetics of the dye was correlated using simplified kinetic-type model as well as mass transfer parameters. Using a formal design of experiments approach responses such as the removal of the dye, variation of pH, external mass transfer rate (KF) and intraparticle rate constant (Ki) were evaluated. Results indicated that TiO2 increased the uptake of methylene blue onto CA1, increased Ki and CA1-TiO2 interactions had electrostatic nature. In contrast, TiO2 was seen to inhibit the equilibrium adsorption for 207C by reducing its capacity. The 207C-TiO2 interaction was attributed to a specific adsorption of TiO2 on the coconut-based adsorbent, as zeta potential and pH measurements seemed to suggest. The regeneration of activated carbon using UV-C/TiO2 heterogeneous photocatalysis in a novel bell photocatalytic reactor, and in a standard-type coiled-tube photoreactor was also studied. Initially, response surface methodology was applied to finding the optimum conditions for the mineralization of methylene blue in both reactors using methylene blue as model compound and TiO2 as photocatalyst performing direct photocatalytic decolourization. Methylene blue concentration, TiO2 concentration and pH were the variables under study. Complete mineralization of the dye was achieved in the coiled-tube reactor using 3.07 mg/L of methylene blue at pH 6.5 with 0.4149 g/L TiO2. The regeneration experiments in the coiled-tube photoreactor were done using One Variable at Time (OVAT) method. The effect of the mass of TiO2 was the only studied variable. The study indicated an increase in regeneration of CA1 and a decrease in the pH during the oxidation step at higher concentration of the photocatalyst. In the case of the regeneration of 207C, the addition of TiO2 lowered the regeneration and made the suspension more basic during the photocatalytic step. However these results were not statistically significant. Experiments using the bell photoreactor were performed applying the same response surface method used in direct photocatalytic decolourization (control). The variables under study were pH, concentration of dye-saturated carbon and TiO2 concentration. The regeneration percentage was the chosen response. Low regeneration percentages were achieved (maximum 63%), and significant differences (95% confidence interval) were found between the regeneration of the activated carbons, being higher in the case of powdered CA1 as compared with granular 207C.

O adenocarcinoma de ducto pancreático (PDAC) é a quarta causa de morte em decorrência de neoplasias nos países ocidentais. Atualmente, a cirurgia ressectiva é a única possibilidade de cura para a doença, porém, a recidiva tumoral acontece em menos de um ano após a intervenção cirúrgica, mesmo com a quimioterapia adjuvante. A terapia fotodinâmica (PDT) é uma alternativa promissora no tratamento do câncer. No entanto, pouco se sabe sobre o uso da PDT em tumores pancreáticos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da PDT com o azul de metileno (MB) como fotossensibilizador (MB-PDT) em induzir a morte de linhagens de PDAC humanas (AsPC-1, Panc-1, MIAPaCa-2 e BxPC-3) e estudar a contribuição de vias de necrose regulada nos efeitos citotóxicos da terapia sobre estes modelos. Os resultados obtidos mostraram que a MB-PDT foi capaz de induzir a morte massiva das células de PDAC. Além disso, eles indicaram que há dois perfis de susceptibilidade entre as quatro linhagens estudadas quando submetidas a MBPDT com 4,5 J/cm2 de energia e 6min de irradiação. De acordo com os dados apresentados, a diferença nas sensibilidades das linhagens à terapia não está associada à diferenças na capacidade de incorporação do MB ou na localização sub-celular do fotossensibilizador nas diferentes células, uma vez que a localização é, predominantemente, lisossomal em todas elas. Adicionalmente, mostrou-se que as linhagens menos susceptíveis ao tratamento, MIAPaCa-2 e Panc-1, apresentam níveis significativamente menores de RIPK3 e MLKL, dois dos componentes do necrossomo, essenciais para a execução da necroptose. Além disso, foi visto que a MB-PDT induz um aumento de fosforilação de MLKL em AsPC-1, demonstrando a ativação da necroptose após a terapia nestas células, mas não em MIAPaCa-2 (menos responsiva à terapia com 4,5 J/cm2 deenergia e 6min de tempo de irradiação). Ainda, a inibição da via de sinalização necroptótica diminuiu significativamente as porcentagens de morte das células mais susceptíveis (BxPC-3 e AsPC-1), não alterando a resposta de Panc-1 e MIAPaCa-2, corroborando a ativação e importância da necroptose para a citotoxicidade da MB-PDT. Finalmente, neste trabalho foi mostrado que o aumento do tempo de irradiação, mantendo-se a quantidade total de energia aplicada no tratamento, melhora a eficiência da MB-PDT em induzir a morte das células que apresentam limitações para executar a necroptose, sugerindo que mais de uma via de morte esteja sendo ativada após a terapia e que o tempo de irradiação atuaria modulando esta ativação. Complementarmente, foi mostrado que os tempos maiores de irradiação aumentam o estresse oxidativo intracelular que é acompanhado por uma diminuição significativa do conteúdo intracelular de glutationa reduzida (GSH), indicando, preliminarmente, que a ferroptose pode estar sendo acionada após os protocolos mais longos de irradiação. Coletivamente, os resultados apresentados neste trabalho confirmam a eficiência da MB-PDT no tratamento de diferentes linhagens de PDAC, indicando que a necroptose está sendo ativada e contribuindo para a citotoxicidade da terapia sobre as células que não apresentam resistência à esta via de morte. Ainda, eles demonstram que o aumento do tempo de irradiação pode transpor a barreira de resistência de algumas linhagens à terapia, provavelmente por induzir a ativação de outras vias de necrose regulada, mostrando a importância da otimização do protocolo de tratamento no aumento da eficiência da MB-PDT sobre os tumores de pâncreas. Finalmente, os resultados confirmam a MB-PDT como alternativa eficaz no tratamento do PDAC, apresentando um amplo espectro de atuação sobre subtipos tumorais resistentes à vias clássicas de morte celular, uma característica importante no contexto de uma terapia anti-cancer. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the fourth leading cause of death due to neoplasms in western countries. Currently, resective surgery is the only therapetical approach to cure this disease, but tumor´s recurrence occurs less than one year after the surgery, even with adjuvant chemotherapy. Photodynamic therapy (PDT) is a promising alternative for the cancer treatment. However, the efficacy of PDT to treat pancreatic tumors as well as the mechanisms involved in the induction of tumorigenic cell death remain unclear. For this purpose, in this study, we set out to evaluate the efficacy of PDT using methylene blue (MB) as a photosensitizer (MB-PDT), in inducing death of human PDAC derived cell lines (AsPC-1, Panc-1, MIAPaCa-2 and BxPC-3) and to deeper investigate the contribution of necroptosis to the cytotoxic effects of the therapy. We observed that MB-PDT was able to induce massive death of PDAC cells. Moreover, our results indicated that upon MB-PDT (4.5 J/cm2 energy and 6min of irradiation time), there were two susceptibility profiles among the four cell lines studied. Data also showed that this differential profile of cell response was neither associated with the differences in the MB incorporation capacity nor with the subcellular location of the photosensitizer, since the localization was predominantly lysosomal in all of tested cell lines. In addition, less susceptible cells, MIAPaCa-2 and Panc-1, showed significantly lower levels of RIPK3 and MLKL, two of the necrosome components, essential for triggering necroptosis. Furthermore, while MB-PDT (4.5 J/cm2 and 6min of irradiation) has been able to increase MLKL´s phosphorylation levels, an essential step in necroptosis induction, in AsPC-1cells, less responsive MIAPaCa-2 cells presented no variations on the phosphorylation state of this pseudokinase. Moreover, pharmacological inhibition of the necroptotic signaling pathway significantly decreased cell death percentages of the most susceptible cells (BxPC-3 andAsPC-1), without altering the response of Panc-1 and MIAPaCa-2, corroborating that activation of necroptosis was strongly involved in the cytotoxicity of MB-PDT. Finally, this work showed that increasing the irradiation time improved the efficacy of MB-PDT in killing cells which display limitations to perform necroptosis, suggesting that the irradiation time would be modulating the degree of oxidative stress generated and this stimuli would in turn, be responsible for triggering other regulated cell death pathways in a RIKP3 and MLKL independent way. Indeed, this increase in oxidative stress was accompanied by a significant decrease in GSH, a global indicatior of less antioxidant cell capacity, preliminarily pointing at the induction of ferroptosis by longer irradiation protocols. In summary, we demonstrated that MB-PDT is able to induce cell death in different PDAC cell lines and that different regulated cell death mechanisms are being activated upon MB-PDT induction. Furthermore, it was demonstrated that increased irradiation time may overcome the resistance barrier of some cell lines, probably inducing the activation of other regulated cell death pathways, showing the importance of optimizing the irradiation protocol in order to maximize the efficacy of the therapy. Finally, our observations point MB-PDT as an alternative and effective therapy for pancreatic cancer treatment, displaying a broad-spectrum action on tumors displaying different resistance mechanisms to classic cell death pathways, a desired property for improving an anticancer therapy.

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da Terapia Fotodinâmica Antimicrobiana (aPDT) com a utilização de azul de metileno a 0,01%, combinado ao laser de diodo, na viabilidade e na produção de polissacarídeos, de biofilmes de S. mutans. Biofilmes de cepas de S. mutans UA159 foram cultivados em discos de resina acrílica e expostos oito vezes por dia, durante 1 min, à solução de sacarose a 10%. Após 48 horas da formação do biofilme, as amostras foram distribuídas aleatoriamente em relação aos tratamentos (n=4): aplicação de solução salina a 0,9% (controle negativo), aplicação de 0,12% de digluconato de clorexidina (controle positivo), ou aplicação da terapia fotodinâmica antimicrobiana. Para aplicação da terapia fotodinâmica antimicrobiana, foi utilizado azul de metileno a 0,01%, combinado ao laser de diodo com comprimento de onda de 660 nm. Foram usados os seguintes parâmetros: área da secção transversal do feixe de laser 0,028 cm&sup2;, potência de 100 mW, energia de 9J, densidade de energia de 320J/cm&sup2;, durante 90s. Os tratamentos foram realizados duas vezes ao dia. Após 120 h, os biofilmes de S. mutans formados sobre cada disco de resina acrílica foram coletados, de modo a determinar o número de bactérias viáveis e a concentração do polissacarídeo extracelular insolúvel (PECI) e do polissacarídeo intracelular (PIC). A análise variância um critério (ANOVA) e o teste de Tukey revelaram que as contagens das bactérias nos biofilmes formados foram significativamente diferentes entre os tratamentos. A aPDT mostrou inibição do crescimento do biofilme, quando comparado ao grupo do NaCl (p<0,05). A concentração de PECI e PIC foi maior no biofilme exposto ao NaCl do que a encontrada nos outros grupos (p<0,05) e não foi observada diferença significativa entre os grupos digluconato de clorexidina e aPDT (p>0,05). De acordo com as condições experimentais do presente estudo, sugere-se que o tratamento realizado duas vezes ao dia com aPDT utilizando-se azul de metileno a 0,01%, combinado ao laser de diodo (&lambda; = 660 nm; 320 J/cm&sup2;; 100 mW; 90s; 9J), diminui a viabilidade do biofilme e afeta sua organização estrutural. / The aim of this study was to evaluate the effect of Antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT) using methylene blue 0.01% combined with diode laser on biofilm viability and polysaccharides produced by Streptococcus mutans. S. mutans UA 159 biofilms were grown on acrylic resin discs and exposed eight times/day for 1 min in a 10% sucrose solution. After the biofilms were allowed to grow for 48 h, they were treated two times/day according to the treatments (n=4): 0.9% saline solution (negative control), 0.12% chlorhexidine digluconato (positive control) or Antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT). For the application of Antimicrobial Photodynamic Therapy has been used methylene blue 0.01% in combination with the diode laser with 660 nm wavelength. The parameters adopted were: spot size of 0.028 cm&sup2;, fixed output power of 100 mW, energy density of 320 J/cm&sup2;, time exposure of 90 s and energy of 9 J. Treatments were performed twice daily. After 120 h of growth, the biofilm formed on each disc was collected to determine the number of viable bacteria, and concentration of the insoluble exopolysaccharide (IEPS) and intracellular polysaccharide (IPS). The analysis of variance one-way (ANOVA) and Tukey test revealed that the counts of bacteria in the biofilms formed differ significantly among the treatments and aPDT showed biofilm inhibition when compared to NaCl group (p<0.05). The concentration of IEPS and IPS was higher in biofilm exposed to NaCl than that found in the other groups (p<0.05) and no significant difference was observed among CHX and aPDT groups (p>0.05). According to experimental conditions of the present work, the results suggest that a twice-daily treatment with aPDT using methylene blue 0.01% in combination with the diode laser (&lambda;=660 nm, 320 J/cm&sup2;, 100 mW, 90 s; 9J) decreases biofilm viability and affects its structural organization.

A terapia fotodinâmica (PDT) é uma modalidade terapêutica utilizada para causar morte celular baseada no uso de fármacos fotossensibilizadores e aplicação de luz com comprimento de onda adequado. No processo fotodinâmico, a molécula do fotossensibilizador (FS) é excitada para o seu estado singleto como resultado da absorção da luz gerando estresse oxidativo em diversas estruturas celulares, dentre elas a mitocôndria. A geração do estresse oxidativo pode induzir a resposta de morte por via apoptótica. Esse estudo tem como objetivo avaliar o tipo de resposta de morte celular em formas promastigotas metacíclicas de Leishmania (L.) amazonensis submetidas à PDT utilizando o azul de metileno como FS. Para isso algumas condições como captação do FS pela célula, potência de irradiação (100 mW/ 250m W), concentração do FS (50, 100, 250 e 500 &mu;M) e tempo de irradiação (60 s /300 s) foram testadas para compreender a resposta do parasito a esse desafio leishmanicida. Após essas etapas foi investigada a viabilidade das promastigotas por meio da atividade mitocondrial utilizando o MTT ((brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolium). Em seguida, a exposição de fosfatidilserina, a permeabilidade de membrana e a alteração de potencial de membrana da mitocôndria foram avaliados para analisar a via de resposta de morte celular provocada pela ação fotodinâmica e as possíveis mudanças morfológicas e ultraestruturais que esse parasito pudesse apresentar. Os resultados obtidos pelos testes \"in vitro\" de viabilidade celular (MTT) das promastigotas demostra que a terapia consegue diminuir a atividade metabólica em até 80%, na condição de 50 &mu;M - 100 mW/300s. Foi possível concluir que promastigotas de L.(L.) amazonensis sofrem dano celular provocado pelo estresse oxidativo. A morte celular desse parasito é possivelmente por via apoptótica. A análise por microscopia eletrônica de transmissão indica danos celulares como encolhimento celular, arredondamento, vacuolização do meio intracelular, perda de integridade do flagelo e migração da cromatina nuclear para a periferia da membrana do núcleo do parasito. / The photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality used to cause cell death based on the substances with photosensitizing properties and application of a light with suitable wavelength. In the photodynamic process, photosensitizer (PS) molecule is excited to its singlet state as a result of light absorption generating oxidative stress on many cellular structures, among them the mitochondria. The oxidative stress may induce cell death by apoptosis. Thus, this study aims to evaluate the type of cell death in promastigotes forms of Leishmania amazonensis following PDT using the methylene blue as PS. For that certain conditions as PS uptake, power irradiation, PS concentration and irradiation time were tested to investigate the response of the parasite to this leishmanicidal challenge. After these steps, it has been investigated the viability of the promastigotes, the cell death response pathway caused by photodynamic challenge and the possible morphological and ultrastructural changes that this parasite could present. The results obtained by the in vitro cell viability tests (MTT) of promastigotes indicate that the therapy can reduce metabolic activity by up to 80%, in the condition of 50 &mu;M - 100 mW / 300s. It was concluded that L. amazonensis suffers cell damage caused by oxidative stress. The analysis by transmission electron microscopy indicated cell damage and cell shrinkage, rounding, vacuolization of the intracellular environment, scourge of integrity loss and migration of nuclear chromatin to the periphery of the membrane of the nucleus of the parasite.

O câncer de mama apresenta-se como um dos maiores problemas de saúde pública no mundo por ser, entre as mulheres, o primeiro em incidência e o segundo em número de óbitos. Este tipo de câncer apresenta alto grau de recorrência devido a falha no tratamento do tumor primário e o aparecimento de metástases da doença é a principal causa de mortalidade. As estratégias de tratamento nesse estágio não são específicas e comprometem a qualidade de vida das pacientes. A terapia fotodinâmica (PDT) aparece como uma alternativa terapêutica promissora. No entanto, a eficácia da PDT para o tratamento de tumores da mama, bem como os mecanismos que conduzem à morte celular permanecem obscuros. Para este propósito, neste estudo, nos propusemos a investigar mais profundamente os mecanismos moleculares envolvidos na morte celular induzida MB-PDT. Observou-se que a MB-PDT induz massiva morte celular em células tumorais preferencialmente. As células não-tumorigênicas foram significativamente mais resistentes à terapia em comparação com as células malignas. Análises morfológicas e bioquímicas das células em processo de morte apontou para mecanismos alternativos à apoptose clássica. A autofagia induzida por MB-PDT resultou em citoproteção ou citotoxicidade, dependendo do modelo de célula utilizado. No entanto, o comprometimento de uma destas vias não impediu o destino fatal das células tratadas com MB-PDT. Ao analisar os mecanismos de necrose regulada, observamos que a necroptose desempenhou um papel importante na morte celular induzida por MB-PDT. Adicionalmente, nossos resultados mostraram uma localização preferencial do MB nos lisossomos, o que nos levou a analisar o comprometimento destas organelas. Nós demonstramos por meio da atividade de catepsinas no citosol das células tratadas com MB-PDT, evidências de que a permeabilização da membrana lisossomal é outro mecanismo de necrose regulada responsável pelos efeitos citotóxicos da MB-PDT. Além de resistência à morte celular, as células tumorais também desenvolvem mecanismos de evasão do sistema imune. Neste estudo, também demonstramos que a MB-PDT tem o potencial de aumentar o número de células de linfócitos T CD4+. Por fim, também mostramos a eficácia da terapia em induzir morte celular seletiva às células tumorais em um modelo que recapitula a morfologia do epitélio glandular. Em resumo, demonstramos que vários mecanismos de morte celular são ativados por MB-PDT, uma vez que o comprometimento de uma via de morte celular não impediu o destino fatal das células tratadas com MB-PDT. No geral, os resultados obtidos nesta tese apontam a MB-PDT como uma terapia alternativa e eficaz para o tratamento do câncer de mama, exibindo uma ação de amplo espectro em células com diferentes mecanismos de resistência a vias de morte celular clássica, uma propriedade fundamental para uma terapia contra o câncer. Finalmente, as nossas observações destacam o potencial de MB-PDT como uma estratégia altamente eficaz para tratar o câncer de mama com segurança e possivelmente outros tipos de tumores. / Breast cancer is the main cause of mortality among women presenting high recurrence due to primary treatment failure. Photodynamic therapy (PDT) appears as a promising therapeutic alternative. However, the efficacy of PDT to treat breast tumors as well as the mechanisms that lead to tumorigenic cell death remain unclear. For this purpose, in this study, we set out to deeper investigate the molecular mechanisms involved in MB-PDT induced cell death. We observed that MB-PDT differentially induces massive cell death of tumor cells. Non-malignant cells were significantly more resistant to the therapy compared to malignant cells. Morphological and biochemical analysis of dying cells pointed to alternative mechanisms rather than classical apoptosis. MB-PDT-induced autophagy resulted in either cytoprotection or cytotoxicity depending on the cell model used. However, impairment of one of these pathways did not prevent the fatal destination of MB-PDT treated cells. When analyzing regulated necrosis mechanisms, we observed that necroptosis played an important role in MB-PDT-induced cell death. Additionaly, our results have shown preferential lysosomal MB localization. Furthermore, we have also presented evidences that the lysosome membrane permeabilization is another regulated necrosis mechanism responsible for MB-PDT cytotoxic effects. It is known that in addition to resistance to tumor cell killing therapies, malignant cells develop molecular mechanisms in order to evade the immune system. In this study, we have also been able to show that the MB-PDT has the potential to increase the number of T lymphocytes CD4+. Additionally, when using a physiological 3D culture model that recapitulates relevant features of normal and tumor breast tissue morphology, we found that MB-PDT differential action in killing tumor cell was even higher than what was detected in 2D cultures. In summary, we demonstrated that different cell death mechanisms are being activated upon MB-PDT induction, since impairment of only one cell death pathway did not prevent the fatal destination of MB-PDT treated cells. Overall, our observations point MB-PDT as an alternative and effective therapy for breast cancer treatment, displaying a broad-spectrum action on tumors with different resistance mechanisms to classic cell death pathways, a desired property for improving an anticancer therapy. Finally, our observations underscore the potential of MB-PDT as a highly efficient strategy to safely treat breast cancer and possibly other types of tumors.

O emprego da anestesia peridural em cães vem se tornando mais freqüente na prática clínica em comparação a anestesia geral. O aumento de publicações científicas a respeito da técnica comprova esta afirmação. No entanto, a literatura referente à dispersão de bloqueio anestésico em relação à dose, concentração e volume utilizados é conflitante. O objetivo deste estudo foi avaliar a dispersão da bupivacaína no espaço peridural, analisando os bloqueios sensitivo, motor e autonômico, bem como seu comportamento na medula de cães. Para tanto, foram utilizados 20 cães fêmeas com pesos de 9,9 ± 1,9 kg e comprimento de coluna de 53,4 ± 5,1 cm, sendo divididos em 4 grupos de 5 animais. O volume administrado por grupo foi de 0,2; 0,4; 0,6; e 0,8 mL/kg de uma solução padrão de bupivacaína 0,25% e azul de metileno. Após inserção de cateter na artéria femoral e no espaço peridural lombossacro, com os animais em estação e acordados, foram administrados diferentes volumes da solução padrão. As avaliações foram feitas ao final da administração em 2, 5, 10, 15, 20 e 30 minutos. Além de FC e PAM, a avaliação do bloqueio sensitivo foi feita por pinçamento dos dermátomos acima das vértebras, da cauda, interdígito, ânus e vulva dos animais. O bloqueio motor foi avaliado observando-se o tempo para ocorrência de ataxia e de incapacidade de sustentação do próprio peso e diminuição do tônus muscular dos membros pélvicos e cauda. O bloqueio autonômico foi avaliado através da diferença das temperaturas cutâneas ao longo da coluna entre a basal e as aferidas aos 15 minutos. Após 30 minutos os animais foram eutanasiados e feitas laminectomias seriadas com exposição da medula espinhal para análise da mancha produzida pelo azul de metileno na duramater. Como resultados, observaram-se diminuição da FC dos 5 minutos até os 30 e de PAM dos 20 aos 30 minutos. Com 0,2 mL/kg de bupivacaína 0,25% foram bloqueados em média 5 dermátomos, 0,4 mL/kg bloqueou 14,2 dermátomos e 0,6 mL/kg bloqueou em média 20,2 dermátomos, sendo estatisticamente diferentes. Já 0,8 mL/kg bloqueou 21 dermátomos e não diferiu de 0,6. Aos 5 minutos, em média, ocorreu ação anestésica significativamente mais intensa até os 20 minutos, sugerindo inicio e final de ação do fármaco. Quando comparadas as tendências de insensibilização e diminuição de tônus muscular da região caudal dos animais, observou-se uma ação mais intensa e duradoura do bloqueio motor em relação ao sensitivo. Os tempos para aparecimento de ataxia e incapacidade de sustentação do peso foram maiores quanto maior o volume administrado do anestésico, e, em todos os grupos, a temperatura cutânea ao longo da coluna vertebral aumentou aos 15 minutos de anestesia no sentido caudo-cranial. A mancha de azul de metileno foi crescente com o aumento de volume de 0,2 a 0,4 mL/kg e não dispersou mais com a aplicação de mais anestésico. Concluiu-se que quanto maior o volume de bupivacaína 0,25% administrada, mais cranial é o bloqueio sensitivo, até um limite de 0,6 mL/kg, e maior sua dispersão, até um limite de 0,4 mL/kg. Ou seja, entre esses 2 volumes quanto mais anestésico se administrar mais dermátomos serão bloqueados sem aumento de dispersão do mesmo no canal medular. A anestesia peridural com bupivacaína em cães causa bloqueio motor mais intenso e duradouro do que sensitivo em sua região caudal. Há aumento de temperatura cutânea no sentido caudo-cranial / The use of epidural anesthesia has grown in veterinary anesthesia in relation to the indiscriminate employment of general anesthesia, shown in the increasing number of scientific publications in the area. Nevertheless, the dose/volume/concentration relationship with rostral spread of anesthetic block is uncertain. The aim of the present study was to evaluate the spread of bupivacaine in the epidural space of dogs, assessing the sensitive, motor and autonomic blocks, as well as its diffusion in the spinal cord. Twenty mongrel dogs weighing 9.9 ± 1.9 kg and measuring 53.4 ± 5.1 cm in column length, were divided in 4 groups of 5 animals. A standard solution of 0.25% bupivacaine and methylene blue was injected epidurally at volumes of 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 mL/kg in the different experimental groups. After the insertion of one femoral and one epidural catheter in the lumbosacral space, the different volumes were administered as of waking and rising of dogs. The data were collected after injection at 2, 5, 10, 15, 20 and 30 minutes. Besides HR and MAP, sensitive block was evaluated by dermatome pinch as well as tail, interdigital membrane, anal and vulvar pinch. Motor block was determined by times of ataxia and incapability to withstand its own weight, and reduced muscular tonus of tail and pelvic limbs. Autonomic block was assessed comparing the basal skin temperature of the column and the temperature checked 15 minutes after anesthesia. After data collection, dogs were euthanized and the spinal cord exposed by serial laminectomies to inspect the appearance of methylene blue dye in the dura-mater. HR decreased from 5 to 30 minutes and MAP from 20 to 30 minutes. On average, 0.2 mL/kg of 0.25% bupivacaine blocked 5 dermatomes, 0.4 mL/kg blocked 14.2, and 0.6 mL/kg blocked on average 20.2 dermatomes, with statistical significance. However, 0.8 mL/kg blocked on average 21 dermatomes, not differing from the 0.6 mL/kg volume. Anesthetic block was observed to be constant between 5 and 20 minutes, and statistically less intense at 2 and 30 minutes, which suggests times of latency and duration of action of the drug, respectively. Comparing the decreased muscular tonus and insensitiveness tendencies, a more intense and longer motor block instead sensitive block was observed. The times to ataxia and sustentation were longer when the volume of local anesthetic was increased, and, in all groups, the skin temperature measured on the column was lower in the caudal than the cranial portion 15 minutes after anesthesia. Dye spread was longer with the volume increase from 0.2 to 0.4 mL/kg and did not change with larger volumes of bupivacaine. So, the higher the volume of 0.25% bupivacaine epidurally injected to dogs, the more cranial is the sensitive block (to the maximum of 0.6 mL/kg) and larger is the spinal spread (to the limit of 0.4 mL/kg). Therefore, between the volumes of 0.4 and 0.6 mL/kg, more dermatomes are blocked without the spread of the local anesthetic in the spinal canal. The epidural anesthesia in dogs with bupivacaine produces a more intense and longer motor block as compared to sensitive block in the caudal region of dogs, and increase skin temperatures in a caudal-rostral gradient

O adenocarcinoma de ducto pancreático (PDAC) é a quarta causa de morte em decorrência de neoplasias nos países ocidentais. Atualmente, a cirurgia ressectiva é a única possibilidade de cura para a doença, porém, a recidiva tumoral acontece em menos de um ano após a intervenção cirúrgica, mesmo com a quimioterapia adjuvante. A terapia fotodinâmica (PDT) é uma alternativa promissora no tratamento do câncer. No entanto, pouco se sabe sobre o uso da PDT em tumores pancreáticos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da PDT com o azul de metileno (MB) como fotossensibilizador (MB-PDT) em induzir a morte de linhagens de PDAC humanas (AsPC-1, Panc-1, MIAPaCa-2 e BxPC-3) e estudar a contribuição de vias de necrose regulada nos efeitos citotóxicos da terapia sobre estes modelos. Os resultados obtidos mostraram que a MB-PDT foi capaz de induzir a morte massiva das células de PDAC. Além disso, eles indicaram que há dois perfis de susceptibilidade entre as quatro linhagens estudadas quando submetidas a MBPDT com 4,5 J/cm2 de energia e 6min de irradiação. De acordo com os dados apresentados, a diferença nas sensibilidades das linhagens à terapia não está associada à diferenças na capacidade de incorporação do MB ou na localização sub-celular do fotossensibilizador nas diferentes células, uma vez que a localização é, predominantemente, lisossomal em todas elas. Adicionalmente, mostrou-se que as linhagens menos susceptíveis ao tratamento, MIAPaCa-2 e Panc-1, apresentam níveis significativamente menores de RIPK3 e MLKL, dois dos componentes do necrossomo, essenciais para a execução da necroptose. Além disso, foi visto que a MB-PDT induz um aumento de fosforilação de MLKL em AsPC-1, demonstrando a ativação da necroptose após a terapia nestas células, mas não em MIAPaCa-2 (menos responsiva à terapia com 4,5 J/cm2 deenergia e 6min de tempo de irradiação). Ainda, a inibição da via de sinalização necroptótica diminuiu significativamente as porcentagens de morte das células mais susceptíveis (BxPC-3 e AsPC-1), não alterando a resposta de Panc-1 e MIAPaCa-2, corroborando a ativação e importância da necroptose para a citotoxicidade da MB-PDT. Finalmente, neste trabalho foi mostrado que o aumento do tempo de irradiação, mantendo-se a quantidade total de energia aplicada no tratamento, melhora a eficiência da MB-PDT em induzir a morte das células que apresentam limitações para executar a necroptose, sugerindo que mais de uma via de morte esteja sendo ativada após a terapia e que o tempo de irradiação atuaria modulando esta ativação. Complementarmente, foi mostrado que os tempos maiores de irradiação aumentam o estresse oxidativo intracelular que é acompanhado por uma diminuição significativa do conteúdo intracelular de glutationa reduzida (GSH), indicando, preliminarmente, que a ferroptose pode estar sendo acionada após os protocolos mais longos de irradiação. Coletivamente, os resultados apresentados neste trabalho confirmam a eficiência da MB-PDT no tratamento de diferentes linhagens de PDAC, indicando que a necroptose está sendo ativada e contribuindo para a citotoxicidade da terapia sobre as células que não apresentam resistência à esta via de morte. Ainda, eles demonstram que o aumento do tempo de irradiação pode transpor a barreira de resistência de algumas linhagens à terapia, provavelmente por induzir a ativação de outras vias de necrose regulada, mostrando a importância da otimização do protocolo de tratamento no aumento da eficiência da MB-PDT sobre os tumores de pâncreas. Finalmente, os resultados confirmam a MB-PDT como alternativa eficaz no tratamento do PDAC, apresentando um amplo espectro de atuação sobre subtipos tumorais resistentes à vias clássicas de morte celular, uma característica importante no contexto de uma terapia anti-cancer. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the fourth leading cause of death due to neoplasms in western countries. Currently, resective surgery is the only therapetical approach to cure this disease, but tumor´s recurrence occurs less than one year after the surgery, even with adjuvant chemotherapy. Photodynamic therapy (PDT) is a promising alternative for the cancer treatment. However, the efficacy of PDT to treat pancreatic tumors as well as the mechanisms involved in the induction of tumorigenic cell death remain unclear. For this purpose, in this study, we set out to evaluate the efficacy of PDT using methylene blue (MB) as a photosensitizer (MB-PDT), in inducing death of human PDAC derived cell lines (AsPC-1, Panc-1, MIAPaCa-2 and BxPC-3) and to deeper investigate the contribution of necroptosis to the cytotoxic effects of the therapy. We observed that MB-PDT was able to induce massive death of PDAC cells. Moreover, our results indicated that upon MB-PDT (4.5 J/cm2 energy and 6min of irradiation time), there were two susceptibility profiles among the four cell lines studied. Data also showed that this differential profile of cell response was neither associated with the differences in the MB incorporation capacity nor with the subcellular location of the photosensitizer, since the localization was predominantly lysosomal in all of tested cell lines. In addition, less susceptible cells, MIAPaCa-2 and Panc-1, showed significantly lower levels of RIPK3 and MLKL, two of the necrosome components, essential for triggering necroptosis. Furthermore, while MB-PDT (4.5 J/cm2 and 6min of irradiation) has been able to increase MLKL´s phosphorylation levels, an essential step in necroptosis induction, in AsPC-1cells, less responsive MIAPaCa-2 cells presented no variations on the phosphorylation state of this pseudokinase. Moreover, pharmacological inhibition of the necroptotic signaling pathway significantly decreased cell death percentages of the most susceptible cells (BxPC-3 andAsPC-1), without altering the response of Panc-1 and MIAPaCa-2, corroborating that activation of necroptosis was strongly involved in the cytotoxicity of MB-PDT. Finally, this work showed that increasing the irradiation time improved the efficacy of MB-PDT in killing cells which display limitations to perform necroptosis, suggesting that the irradiation time would be modulating the degree of oxidative stress generated and this stimuli would in turn, be responsible for triggering other regulated cell death pathways in a RIKP3 and MLKL independent way. Indeed, this increase in oxidative stress was accompanied by a significant decrease in GSH, a global indicatior of less antioxidant cell capacity, preliminarily pointing at the induction of ferroptosis by longer irradiation protocols. In summary, we demonstrated that MB-PDT is able to induce cell death in different PDAC cell lines and that different regulated cell death mechanisms are being activated upon MB-PDT induction. Furthermore, it was demonstrated that increased irradiation time may overcome the resistance barrier of some cell lines, probably inducing the activation of other regulated cell death pathways, showing the importance of optimizing the irradiation protocol in order to maximize the efficacy of the therapy. Finally, our observations point MB-PDT as an alternative and effective therapy for pancreatic cancer treatment, displaying a broad-spectrum action on tumors displaying different resistance mechanisms to classic cell death pathways, a desired property for improving an anticancer therapy.

A terapia fotodinâmica antimicrobiana é uma promissora alternativa para sanificação de tecidos infectados. Entretanto, esta modalidade terapêutica apresenta diferenças quanto à sua eficiência sobre diferentes microrganismos, de acordo com sua morfologia e fisiologia. A associação de H2O2 e PDT pode aumentar a eficiência de ambos os tratamentos, principalmente em infecções provocadas por microrganismos Gram negativos. O objetivo deste trabalho é investigar o efeito antimicrobiano sinérgico existente na reação fotodinâmica em presença do peróxido de hidrogênio e esclarecer os mecanismos envolvidos neste processo fotobioquímico. O efeito fotodinâmico foi avaliado, in vitro, através da redução microbiana de três microrganismos: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e Candida albicans na presença e ausência de H2O2, resultando no aumento de eficiência quando associada ao H2O2. Para elucidar os mecanismos envolvidos no aumento da redução microbiana observada, foram avaliadas, por detecção direta e indireta, a produção de superóxido, radical hidroxila e oxigênio singleto na presença de H2O2 e em sua ausência. Os resultados mostraram que na presença de H2O2 ocorre uma supressão nos mecanismos fotoquímicos, resultado em uma menor produção de espécies reativas de oxigênio. Comparando-se a redução bacteriana em Escherichia coli provocada pelo uso das terapias em separado, ou agindo em conjunto, e confrontando a quantidade de fotossensibilizador captado pelo microrganismo após condicionamento com H2O2 e após PDT, os resultados indicam que os mecanismos de ação da associação PDT e H2O2 podem ser bioquímicos. Os resultados obtidos mostram que em associação com H2O2, a PDT antimicrobiana tem sua eficiência aumentada, produzindo maior redução microbiana em diferentes microrganismos, entretanto, a dinâmica de formação de espécies reativas de oxigênio na presença do peróxido mostrou menor eficiência, tanto para reação tipo I como para reação tipo II. A avaliação dos mecanismos bioquímicos envolvidos neste processo mostra que há um aumento da captação do fotossensibilizador pelo microrganismo após condicionamento prévio da célula com H2O2. / Antimicrobial photodynamic therapy is a promising approach for tissue disinfection. However, this therapy does not have the same efficiency over different microorganisms, according to their morphology and physiology. The use of PDT associated to H2O2 could be able to improve the efficiency of both therapies and achieve better results, mainly over Gram negative infections. The aim of this study is to demonstrate the antimicrobial effect in the photodynamic reaction in the presence of H2O2 and clarify the mechanisms involved in this photo-chemical-biological process. The photodynamic process was evaluated, in vitro, through the microbial killing of Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans in the presence and absence of H2O2. The association resulted in an improvement of the phototherapy when it was associated with H2O2. To elucidate the mechanisms responsible for the more efficient microbial killing, the process was directly and indirectly evaluated regard to the production of superoxide, hydroxyl radicals and singlet oxygen when the photosensitizer was in H2O or H2O2 solution. The results showed that in the presence of H2O2, the photo-chemical process was decreased and the production of reactive oxygen species was lower than expected. Comparing the microbial killing of Escherichia coli using the therapies alone or together and facing to the photosensitizer uptake after H2O2 incubation, the results indicated a biochemical mechanism instead a photochemical improvement. The data demonstrated that the association of H2O2 and antimicrobial PDT achieved higher microbial reduction over different microorganisms, but conversely than expected, the production of reactive oxygen species in the presence of H2O2 was lower for type I reaction and also for type II reaction. The evaluation of the biochemical mechanisms involved in this association showed an improvement in the photosensitizer uptake after previous conditioning of the cell with H2O2.

Esta tese apresenta uma proposta para caracterização da fração fina de solos tropicais, baseada na superfície específica dos argilo-minerais nela presentes. A partir da superfície específica, determinada pela adsorção do corante azul de metileno, são estabelecidos graus de atividade para os solos analisados. Essa atividade é então comparada com a previsão de comportamento dos solos, obtida da classificação MCT (Miniatura, Compactado e Tropical). Para tanto, é feita uma avaliação dos fatores que influem nos ensaios de adsorção de azul de metileno (método da mancha) e, são comparados, exaustivamente, para 297 amostras de solos, os resultados da adsorção de azul de metileno com a previsão de comportamento dada pela MCT. Conclui-se que a utilização da adsorção de azul de metileno é promissora para a caracterização da fração fina de solos tropicais, permitindo estabelecer, com razoável segurança, a atividade dos argilo-minerais presentes e que existe uma boa concordância entre os resultados da adsorção de azul de metileno e os fornecidos pela classificação MCT. / A strategy to identify the thin fraction of tropical soils, based on the specific surfaces of its clay minerals, is presented in this work. The specific surface, obtained through the adsorption of methylene blue, helps to establish the activity levels of the studied soils. These levels are compared with the expected behavior of the same soils, obtained from the MCT classification (Miniature, Compacted, Tropical). The factors that can affect the adsorption tests made with methylene blue (using the spot test) are evaluated and 297 soil samples are exhaustively tested and compared with the expected behavior defined in the MCT classification. The main conclusion of the work is that the activity levels found with methylene blue adsorption seem to be a promising strategy for the identification of the thin fraction of tropical soils. It helps to assert, with a good degree of confidence, the activity levels of the mineral clay portions, showing a good agreement with the results of the MCT classification.