Nanopartículas de ouro têm mostrado enorme potencial de aplicação em modalidades diagnósticas e terapêuticas fotoativadas. Em especial, nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas apresentam excelente desempenho atuando tanto como contrastes de imagens fotoacústicas, quanto como agentes ativos para terapias fototérmicas de câncer. Apesar dos avanços nas suas rotas de síntese, o desenvolvimento dessas nanoestruturas de forma simples e reprodutível ainda é desafiador. O presente trabalho visou o desenvolvimento de nanopartículas de ouro anisotrópicas ramificadas, ou nanoflores, que sejam fotoativas no infravermelho-próximo para a terapia e diagnóstico de câncer. Em particular, buscou-se o desenvolvimento de uma síntese simples para sua obtenção, assim como a verificação de sua atuação como agente de contraste fotoacústico e como agente ativo para hipertermia de tumores. Para tanto, desenvolveu-se uma síntese in situ que permitiu a obtenção de nanoflores monodispersas com tamanho e propriedades ópticas controláveis. Através da variação de aspectos da síntese, como a temperatura e a concentração de ouro, foi possível sintonizar a atividade óptica das partículas entre 590 e 960 nm. Sua formação foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura, espalhamento de luz dinâmico e espectroscopia UV-visível. As partículas apresentaram boa estabilidade de suas características físico-químicas por dois meses e meio. Ainda, as nanoflores se mostraram estáveis, também, quando suspensas em meio de cultura, sob irradiação de lasers, e quando mantidas a temperatura corpórea por longos intervalos. Sua resposta fotoacústica foi caracterizada, apresentando sinais significativos e permitindo a obtenção de imagens claras de sua localização, mesmo em baixas concentrações. Testes realizados em cultura de células mostraram que as nanoflores foram eficazes na hipertermia de uma linhagem de hepatocarcinoma de rato (HTC), ao mesmo tempo que não apresentaram sinais de toxicidade a uma linhagem de fibroblastos de camundongos (FC3H). Esses resultados revelam uma possibilidade simples de fabricação de nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas, que podem servir como uma plataforma promissora para o diagnóstico e terapia do câncer. / Gold nanoparticles have shown enormous potential of application in photodiagnostic and in phototherapeutic procedures. Notably, branched anisotropic gold nanostructures present distinguished performance acting as contrast agents of photoacoustic images and as active agents for photothermal therapies for cancer. Despite advances in their synthesis routes, the growth of these nanostructures in a simple and reproducible way is still challenging. The present study was aimed at developing branched anisotropic gold nanoparticles, coined nanoflowers, that are photoactive in the near-infrared for therapy and diagnosis of cancer. In particular, we sought to develop a simple synthesis route, as well as to verify its application for both, as photoacoustic contrast agents and as active agents for tumor hyperthermia. An in situ synthesis was developed which allowed the development of monodisperse nanoflowers with controllable size and optical properties. Through variations of certain aspects of this procedure, such as temperature and gold ions concentration, it was possible to tune the optical activity of the particles between 590 and 960 nm. The nanostructure morphology was confirmed by scanning electron microscopy, dynamic light scattering and UV-visible spectroscopy. The particles exhibited consistent physicochemical characteristics and good stability for two and a half months. Furthermore, the nanoflowers were also stable when suspended in cell culture medium, under laser irradiation and when maintained at body temperature for long intervals. Its photoacoustic response was characterized, presenting significant responses and generating clear images of its location, even at low concentrations. In vitro tests revealed that these nanoflowers were effective therapeutic agents for photothermal therapy of a rat hepatocarcinoma (HTC) lineage, while showing no signs of toxicity to mouse fibroblast (FC3H) cell line. These results reveal a simple procedure of synthesizing branched anisotropic gold nanostructures, which can serve as a promising platform for cancer diagnosis and therapy.

Nanotubos de Carbono (Carbon Nanotubes - CNTs) são nanoestruturas de carbono na forma de tubos cilíndricos que apresentam excelentes propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. A imobilização dos CNTs em conjunto com polieletrólitos condutores e naturais na forma de filmes ultrafinos, utilizando a técnica automontagem, apresenta uma nova alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos aplicados em dispositivos sensores e biossensores. Neste trabalho de mestrado foram construídos e estudados filmes automontados contendo CNTs funcionalizados com grupos ácidos carboxílicos e imobilizados com os polieletrólitos polianilina (PANI) e quitosana (QUIT). Também foram fabricados para comparação filmes de PANI e poliestireno sulfonado (PSS). O crescimento dos filmes de PANI/CNT e PANI/PSS revelou um crescimento linear com o número de bicamadas, conforme mostraram as medidas de espectroscopia UV-Vis e voltametria cíclica (CV), enquanto que para o filme de QUIT/CNT, as medidas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostraram um crescimento exponencial. Análises de espectroscopias Raman e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram alterações nas bandas características dos filmes, comparadas com seus materiais precursores, indicando interação entre os componentes nas multicamadas dos filmes. Análises morfológicas obtidas por AFM mostraram um aumento da rugosidade com o aumento do número de bicamadas. O mapeamento Raman revelou que os filmes contendo CNTs apresentaram maior heterogeneidade química na superfície do que aos filmes somente com polieletrólitos. Foi observada uma queda na resistividade dos filmes, com o aumento do número de bicamadas, sendo esta, mais acentuada com a presença dos CNTs. Os eletrodos contendo os filmes automontados apresentaram alta estabilidade eletroquímica, a presença dos CNTs aumentou a intensidade das correntes de pico e tornou os sistemas mais reversíveis. Os eletrodos que se mostraram mais sensíveis à detecção de peróxido de hidrogênio foram selecionados para imobilização da enzima Glicose Oxidase (GOx). Foram investigados os seguintes sistemas biossensores: (PANI/CNT)7, (PANI/PSS)1 e (QUIT/CNT)5 apresentando na mesma ordem: valores de sensibilidades de 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) e 220 nA/(mmol/L); Limite de detecção de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L, e valores deconstante de Michealis-Menten(\'K IND.M\'POT.APP\' ) de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L. Os resultados indicam que a utilização dos CNTs é bastante promissora para fabricação de dispositivos biossensores para aplicação em Nanomedicina, e além disso, a escolha dos componentes para formação dos nanocompósitos exerce grande influência no desempenho do dispositivo. / Carbon Nanotubes (CNTs) are cylindrical carbon nanostructures exhibiting excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties. The immobilization of CNTs in nanostructured thin films in conjunction with polymers using the Layer-by-Layer (LbL) technique provides a new alternative for development of nanocomposites to be used as sensors and biosensors. In this study we report the fabrication of LbL films containing CNTs functionalized with carboxylic acid immobilized in conjunction with polyaniline (PANI) or chitosan (QUIT). Films comprising PANI and sulfonated polystyrene (PSS) were also produced for comparison. Film growth was monitored by UV-Vis spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and quartz crystal microbalance (QCM) and the results showed a linear increase with the number of bilayers in PANI films, and an exponential growth for QUIT/CNT films. FTIR and Raman analyses revealed changes in the bands of nanocomposites compared to their precursor materials, indicating the interactions between the components in the multilayers. Morphological analysis of the films obtained by atomic force microscopy (AFM) showed that the roughness of the films increased with the number of bilayers. Raman mapping showed that the presence of CNTs generated a high heterogeneity in film surface in comparison to a films formed only by polyelectrolytes. Electrical resistivity of the films decrease upon increasing the number of bilayers, especially for CNTs-containing films. Furthermore, electrodes containing LbL films exhibited high electrochemical stability, in which the presence of CNTs increased the intensity of response signal. The electrodes that exhibited best performance toward hydrogen peroxide detection were employed for immobilization of glucose oxidase (GOx) and used as glucose biosensors. The systems (PANI/CNT)7, (PANI/PSS) 1 and (QUIT/CNT)5 exhibited a sensitivity of 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) and 220 nA/(mmol/L), respectively. The detection limit was estimated at 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8,5 mmol/L, whereas the Michaelis-Menten constant ( \'K IND.M\'POT.APP\') values was found to be 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8.5 mmol/L, respectively, to the three systems employed. The results indicated that the use of CNTs in Layer-by-layer thin films is promising for use as biosensors. Furhtermore, we showed that the choice of the polyelectrolyte is a crucial parameter to tailor specific, high performance sensors.

Magistro baigiamajame darbe yra nagrinėjamas dabartinis nanomedicinos teisinis reglamentavimas ES ir JAV. Ši tema Lietuvoje iki šiol dar nebuvo tyrinėjimų objektu. Pirmoji darbo dalis supažindina skaitytoją su nanomedicina bei su ja susijusių sąvokų problematiką. Antroji dalis atskleidžia nanomedicinos teisinio reglamentavimo prielaidas ES, o trečioji dalis – JAV. Be to, atsižvelgiant į gautus rezultatus, yra įvertinamos galimos nanomedicinos teisinio reglamentavimo perspektyvos ateityje. Darbe plačiai analizuojami atitinkami pasirinktų tarptautinės teisės subjektų teisės aktai bei specialioji teisinė literatūra (įvairių institucijų dokumentai, teisės mokslininkų darbai) bei tam tikra mokslinė-techninė literatūra (įvairių institucijų ir organizacijų ataskaitos ir tyrimai, mokslininkų tyrimai). / The master thesis researches the current regulation of nanomedicine in the EU and the US. Until now, this topic has not yet been researched in Lithuania. In the first part of the thesis nanomedicine and the problem of nanomedicine-related definitions are introduced to the reader. The second part reveals the basis of the regulation of nanomedicine in the EU, and the third part – in the US. Furthermore, considering the achieved results, the perspective of the future regulation of nanomedicine is assessed. The thesis extensively analyses the legal acts of the chosen subjects of international law and specific legal literature (documents of various institutions, works of law scholars) as well as some scientific-technical literature (reports and researches of various institutions and organizations, scientists’ researches).

La Hipertermia con Nanopartículas Magnéticas (HNM) es una terapia oncológica basada en el calentamiento de tumores mediante nanopartículas magnéticas (NPM) incorporadas al tejido, que absorven energía de un campo de radiofrecuencia (RF) externo. Este calentamiento puede provocar necrosis (termoablación) o fomentar apoptosis selectiva de las células tumorales en combinación con terapias convencionales. A fin de optimizar la técnica, se busca desde la ciencia de materiales maximizar la potencia específica absorvida del campo por las NPM (SAR: Specific Absorption Rate). Para esto es necesario contar con modelos contrastados experimentalmente que aumenten la comprensión del mecanismo de interacción entre el campo, las NPM y el entorno de las mismas. En el marco de esta tesis doctoral, se encontraron las ecuaciones diferenciales para la magnetización de sistemas de NPM en función del campo y de la temperatura a partir de un modelo de dos pozos con agitación térmica. Las ecuaciones fueron resueltas numéricamente mediante una implementación Matlab para sistemas ordenados y desordenados con y sin dispersión de tamaños pudiendo simular a partir de ellas ciclos de magnetización DC y RF y procesos ZFC-FC que permiten explorar las condiciones óptimas de muestra y campo para la aplicación. Los resultados numéricos fueron contrastados con datos experimentales obtenidos de diferentes muestras de NPM soportadas en medios fluidos y sólidos. Con el fin de estudiar la respuesta magnética en las condiciones de la aplicación, se diseñó e implementó un sistema inductivo que permite relevar los ciclos de magnetización RF. Mediante este sistema se realizaron mapas de SAR en función de la amplitud (0 kA/m <H0<60 kA/m ) y frecuencia (50 kHz<f<300 kHz) del campo aplicado. Los resultados obtenidos brindan abundante información tanto sobre el mecanismo básico de interacción NPM-campo como sobre las mejores condiciones para la aplicación final.

Nanopartículas de ouro têm mostrado enorme potencial de aplicação em modalidades diagnósticas e terapêuticas fotoativadas. Em especial, nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas apresentam excelente desempenho atuando tanto como contrastes de imagens fotoacústicas, quanto como agentes ativos para terapias fototérmicas de câncer. Apesar dos avanços nas suas rotas de síntese, o desenvolvimento dessas nanoestruturas de forma simples e reprodutível ainda é desafiador. O presente trabalho visou o desenvolvimento de nanopartículas de ouro anisotrópicas ramificadas, ou nanoflores, que sejam fotoativas no infravermelho-próximo para a terapia e diagnóstico de câncer. Em particular, buscou-se o desenvolvimento de uma síntese simples para sua obtenção, assim como a verificação de sua atuação como agente de contraste fotoacústico e como agente ativo para hipertermia de tumores. Para tanto, desenvolveu-se uma síntese in situ que permitiu a obtenção de nanoflores monodispersas com tamanho e propriedades ópticas controláveis. Através da variação de aspectos da síntese, como a temperatura e a concentração de ouro, foi possível sintonizar a atividade óptica das partículas entre 590 e 960 nm. Sua formação foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura, espalhamento de luz dinâmico e espectroscopia UV-visível. As partículas apresentaram boa estabilidade de suas características físico-químicas por dois meses e meio. Ainda, as nanoflores se mostraram estáveis, também, quando suspensas em meio de cultura, sob irradiação de lasers, e quando mantidas a temperatura corpórea por longos intervalos. Sua resposta fotoacústica foi caracterizada, apresentando sinais significativos e permitindo a obtenção de imagens claras de sua localização, mesmo em baixas concentrações. Testes realizados em cultura de células mostraram que as nanoflores foram eficazes na hipertermia de uma linhagem de hepatocarcinoma de rato (HTC), ao mesmo tempo que não apresentaram sinais de toxicidade a uma linhagem de fibroblastos de camundongos (FC3H). Esses resultados revelam uma possibilidade simples de fabricação de nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas, que podem servir como uma plataforma promissora para o diagnóstico e terapia do câncer. / Gold nanoparticles have shown enormous potential of application in photodiagnostic and in phototherapeutic procedures. Notably, branched anisotropic gold nanostructures present distinguished performance acting as contrast agents of photoacoustic images and as active agents for photothermal therapies for cancer. Despite advances in their synthesis routes, the growth of these nanostructures in a simple and reproducible way is still challenging. The present study was aimed at developing branched anisotropic gold nanoparticles, coined nanoflowers, that are photoactive in the near-infrared for therapy and diagnosis of cancer. In particular, we sought to develop a simple synthesis route, as well as to verify its application for both, as photoacoustic contrast agents and as active agents for tumor hyperthermia. An in situ synthesis was developed which allowed the development of monodisperse nanoflowers with controllable size and optical properties. Through variations of certain aspects of this procedure, such as temperature and gold ions concentration, it was possible to tune the optical activity of the particles between 590 and 960 nm. The nanostructure morphology was confirmed by scanning electron microscopy, dynamic light scattering and UV-visible spectroscopy. The particles exhibited consistent physicochemical characteristics and good stability for two and a half months. Furthermore, the nanoflowers were also stable when suspended in cell culture medium, under laser irradiation and when maintained at body temperature for long intervals. Its photoacoustic response was characterized, presenting significant responses and generating clear images of its location, even at low concentrations. In vitro tests revealed that these nanoflowers were effective therapeutic agents for photothermal therapy of a rat hepatocarcinoma (HTC) lineage, while showing no signs of toxicity to mouse fibroblast (FC3H) cell line. These results reveal a simple procedure of synthesizing branched anisotropic gold nanostructures, which can serve as a promising platform for cancer diagnosis and therapy.

Nanotubos de Carbono (Carbon Nanotubes - CNTs) são nanoestruturas de carbono na forma de tubos cilíndricos que apresentam excelentes propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. A imobilização dos CNTs em conjunto com polieletrólitos condutores e naturais na forma de filmes ultrafinos, utilizando a técnica automontagem, apresenta uma nova alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos aplicados em dispositivos sensores e biossensores. Neste trabalho de mestrado foram construídos e estudados filmes automontados contendo CNTs funcionalizados com grupos ácidos carboxílicos e imobilizados com os polieletrólitos polianilina (PANI) e quitosana (QUIT). Também foram fabricados para comparação filmes de PANI e poliestireno sulfonado (PSS). O crescimento dos filmes de PANI/CNT e PANI/PSS revelou um crescimento linear com o número de bicamadas, conforme mostraram as medidas de espectroscopia UV-Vis e voltametria cíclica (CV), enquanto que para o filme de QUIT/CNT, as medidas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostraram um crescimento exponencial. Análises de espectroscopias Raman e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram alterações nas bandas características dos filmes, comparadas com seus materiais precursores, indicando interação entre os componentes nas multicamadas dos filmes. Análises morfológicas obtidas por AFM mostraram um aumento da rugosidade com o aumento do número de bicamadas. O mapeamento Raman revelou que os filmes contendo CNTs apresentaram maior heterogeneidade química na superfície do que aos filmes somente com polieletrólitos. Foi observada uma queda na resistividade dos filmes, com o aumento do número de bicamadas, sendo esta, mais acentuada com a presença dos CNTs. Os eletrodos contendo os filmes automontados apresentaram alta estabilidade eletroquímica, a presença dos CNTs aumentou a intensidade das correntes de pico e tornou os sistemas mais reversíveis. Os eletrodos que se mostraram mais sensíveis à detecção de peróxido de hidrogênio foram selecionados para imobilização da enzima Glicose Oxidase (GOx). Foram investigados os seguintes sistemas biossensores: (PANI/CNT)7, (PANI/PSS)1 e (QUIT/CNT)5 apresentando na mesma ordem: valores de sensibilidades de 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) e 220 nA/(mmol/L); Limite de detecção de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L, e valores deconstante de Michealis-Menten(\'K IND.M\'POT.APP\' ) de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L. Os resultados indicam que a utilização dos CNTs é bastante promissora para fabricação de dispositivos biossensores para aplicação em Nanomedicina, e além disso, a escolha dos componentes para formação dos nanocompósitos exerce grande influência no desempenho do dispositivo. / Carbon Nanotubes (CNTs) are cylindrical carbon nanostructures exhibiting excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties. The immobilization of CNTs in nanostructured thin films in conjunction with polymers using the Layer-by-Layer (LbL) technique provides a new alternative for development of nanocomposites to be used as sensors and biosensors. In this study we report the fabrication of LbL films containing CNTs functionalized with carboxylic acid immobilized in conjunction with polyaniline (PANI) or chitosan (QUIT). Films comprising PANI and sulfonated polystyrene (PSS) were also produced for comparison. Film growth was monitored by UV-Vis spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and quartz crystal microbalance (QCM) and the results showed a linear increase with the number of bilayers in PANI films, and an exponential growth for QUIT/CNT films. FTIR and Raman analyses revealed changes in the bands of nanocomposites compared to their precursor materials, indicating the interactions between the components in the multilayers. Morphological analysis of the films obtained by atomic force microscopy (AFM) showed that the roughness of the films increased with the number of bilayers. Raman mapping showed that the presence of CNTs generated a high heterogeneity in film surface in comparison to a films formed only by polyelectrolytes. Electrical resistivity of the films decrease upon increasing the number of bilayers, especially for CNTs-containing films. Furthermore, electrodes containing LbL films exhibited high electrochemical stability, in which the presence of CNTs increased the intensity of response signal. The electrodes that exhibited best performance toward hydrogen peroxide detection were employed for immobilization of glucose oxidase (GOx) and used as glucose biosensors. The systems (PANI/CNT)7, (PANI/PSS) 1 and (QUIT/CNT)5 exhibited a sensitivity of 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) and 220 nA/(mmol/L), respectively. The detection limit was estimated at 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8,5 mmol/L, whereas the Michaelis-Menten constant ( \'K IND.M\'POT.APP\') values was found to be 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8.5 mmol/L, respectively, to the three systems employed. The results indicated that the use of CNTs in Layer-by-layer thin films is promising for use as biosensors. Furhtermore, we showed that the choice of the polyelectrolyte is a crucial parameter to tailor specific, high performance sensors.

Essa tese de doutoramento utiliza a auto-organização dos filmes finos layer-by-layer (LbL), auto-organização por alcanotióis mistas (SAMmix) e monocamada de Langmuir no desenvolvimento de dispositivos e novas metodologias para aplicações em nanomedicina. Foram desenvolvidos e aplicados biossensores utilizando as técnicas de LbL e SAM. Dentre os biossensores construídos está o sensor para óxido nítrico (NO&bull;), que é de grande importância no sistema fisiológico. O sensor foi construído por meio da modificação de ultramicroeletrodos de fibra de carbono pela técnica LbL. A caracterização do sensor foi realizada por voltametrias e espectroscopias de impedância eletroquímica. Os resultados revelaram que a difusão de NO&bull; é dependente do número de bicamadas empregadas e da disposição das moléculas no filme. O sensor com arquitetura CF-(PAMAM/NiTsPc), fibra de carbono (CF), ftalocianina de níquel tetrasulfonada (NiTsPc) e dendrímero poliamidoamina (PAMAM), apresentou o melhor sinal analítico. Além disso, foi analisada a detecção de NO&bull; com interferentes como nitrito, nitrato, peróxido de hidrogênio, ácido ascórbico, dopamina, epinefrina e a norepinefrina. Os resultados mostraram alta seletividade devido à utilização do dendrímero PAMAM. O segundo biossensor utilizou a enzima acetilcolinesterase imobilizada em monocamadas auto-organizadas mistas (SAMmix) de alcanotióis. A detecção eletroquímica mostrou-se altamente sensível, uma vez que não há o uso do glutaraldeído como agente reticulante. Com essa plataforma foi possível desenvolver um biossensor de acetilcolina estável e robusto, sendo calculado o valor de Km app = 0,46x10-3 mol L-1, limite de detecção LD=3,32x10-10 mol L-1 e limite de quantificação LQ=1,11x10-9 mol L-1, valores inferiores aos encontrados na literatura, ressaltando a eficiencia da nova plataforma. Seguindo a mesma idéia de auto-organização, foram realizados estudos de nanotoxicidade utilizando modelos de membrana a partir de filmes de Langmuir. O principal objetivo foi elucidar a ação dos nanotubos de carbono (SWCNT), PAMAM e do nanocomplexo entre os dois materiais (SWCNT-PAMAM) nas membranas celulares, a nível molecular, usando um sistema modelo de membrana. A penetração de SWCNT e dos nanocomplexos em monocamadas lipídicas foi estudada utilizando microscopia de ângulo de Brewster (BAM) simultaneamente com cinética de absorção e pressão de superfície. Os resultados confirmaram a interação entre os nanomateriais e a membrana, indicando que a presença dos nanomateriais afeta o empacotamento dos lipídios. Foram realizados ainda estudos de citotoxicidade dos mesmos nanomateriais em sistemas celulares in vitro. Os resultados de citometria, proliferação celular, morfologia e inibição de adesão apresentaram-se evidenciaram que a combinação entre SWCNT e PAMAM, proporciona um maior índice de toxicidade em relação ao SWCNT, um comportamento diferente do que relatado nos componentes individuais. A toxicidade de nanocomplexos de SWCNT-PAMAM e de seus componentes individuais podem estar fortemente ligados ao tipo de material e como estes estão disponíveis no meio de cultura. Os estudos contidos nessa tese mostram a versatilidade dos filmes finos em sistemas auto-organizados e biomiméticos, e podem ser relevantes para o avanço de pesquisas sobre interação de nanomateriais e biossistemas. / In this thesis we employed the concept of self-organization, including the layer-by-layer (LbL) technique, alkanethiols self-assembled monolayers (SAMmix) and Langmuir monolayers, to develop new methods for materials and devices manipulation for application in nanomedicine. Two different types of biosensors were developed. The first one was based on the LbL technique to detect nitric oxide (NO&bull;), which is of great importance in the medicine. The second biosensor was based on SAM monolayers supporting acetylcholinesterase for pesticide monitoring. The NO&bull; was constructed by modified carbon fiber (CF) assembled with nickel phtalocyanine tetrasulfonade (NiTsPc) and polyamidoamine dendrimer (PAMAM) in the form of ultramicroelectrodes (UMEs) by the LbL technique. The sensor was characterized using differential pulse voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that NO&bull; diffusion is dependent on the number of bilayers employed and the arrangement of molecules in the film. The sensor architecture with CF-(PAMAM/NiTsPc) presented the best analytical signal. In addition, we analyzed the detection of interfering with NO&bull; as nitrite, nitrate, hydrogen peroxide, ascorbic acid, dopamine, epinephrine and norepinephrine. The results showed high selectivity due to the use of PAMAM dendrimer as selective layer. The second biosensor used the enzyme acetylcholinesterase immobilized on SAMmix. The electrochemical detection of carbaryl was highly sensitive, since there is no use of glutaraldehyde as crosslinking agent. Using acetylcholine as a probe, Kmapp value was determined at 0.46x10-3 mol L-1, with detection limit of 3.32x10-10 mol L-1 and quantification limit of 1.11x10-9 mol L-1, values lower than those found in the literature, highlighting the efficiency of the new platform. Langmuir films made of lipids were employed as cell membrane models, in order to investigate the interactions between single-wall carbon nanotubes (SWCNT), PAMAM and their nanocomplex (SWCNT-PAMAM) at the molecular level. The interation of SWCNT and nanocomplexes in lipid monolayers was studies using Brewster angle microscopy (BAM) in conjunction with absorption kinetics and surface pressure. The results confirmed the interaction between nanomaterials and the membrane, indicating that the presence of nanomaterials affects the packing of the lipids. Cytotoxicity studies were also employed to investigate the interaction of nanomaterials in in vitro cell systems. The results of flow cytometry, cell proliferation, morphology and inhibition of adhesion revealed the toxicological aspects of the materials, demonstrating a higher toxicity to the nanocomplex, compared to SWCNT, differently of the individual components. The toxicity of SWCNT nanocomplex and its individual components can be related to the type of material and how these materials are available in the culture medium. The studies in this thesis show the versatility of self-assembly thin films on biomimetic systems and may be relevant to the advance of research on the interaction of nanomaterials and biosystems.

Orientador: Marcelo Bispo De Jesus / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:58:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_LuizAlbertoBandeira_M.pdf: 6087254 bytes, checksum: 800e7d6dd948a9f1da84d37dbff2a96d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A nanomedicina se tornou uma promessa de profundos impactos para a saúde humana através da utilização de nanopartículas, nanorobôs e outros nanomateriais para prevenir, diagnosticar ou curar doenças. Um dos exemplos de nanomateriais empregados na medicina são as nanopartículas de prata, que podem ser adquiridas por métodos químicos ou biossintéticos. As nanopartículas de prata apresentam alta atividade antimicrobiana, propriedade essa de grande interesse científico-industrial. Em vista disso, cresce também a preocupação em relação ao uso, manipulação e eliminação desse nanomaterial, visando uma aplicação mais segura. Diante dessas informações, o presente trabalho teve como objetivo investigar mecanismos moleculares envolvidos na citotoxicidade e processamento das nanopartículas biossintéticas de prata em macrófagos peritoneais obtidos de camundongos C57BL/6. Inicialmemte, demonstrando que as nanopartículas atingiram o IC50 de 25 µM em 6h de tratamento por redução do MTT. A análise de microscopia de fluorescência revelou alterações na integridade de membrana a partir de 3 h, que foram agravadas após 6 h de tratamento. Esse mesmo perfil foi observado por microscopia eletrônica de varredura, no qual revelou que após 3 h de tratamento as células já apresentavam perda de projeções celulares, e após 6 h início de fragmentação celular. Além disso, as nanopartículas causaram aumento dos níveis de espécies reativas de oxigênio e demonstramos que este é um fator determinante para os efeitos citotóxicos. Com a inibição da fagocitose e endocitose mediada por caveolina evidenciamos a reversão parcial da citotoxicidade das nanopartículas. Por outro lado, o aumento do efeito citotóxico das nanopartículas também foi observado com a inibição da autofagia, o que sugere que esses processos estejam envolvidos no processamento das nanopartículas. Por fim, concluímos que as nanopartículas biossintéticas de prata apresentaram um efeito citotóxico semelhante aqueles descritos em literatura pelas nanopartículas de síntese química / Abstract: Nanomedicine became a promise of profound impacts on human health through the use of nanoparticles, nanorobots and other nanomaterials to prevent, diagnose or cure diseases. One example of nanomaterials used in medicine is silver nanoparticles, which can be produced by chemical or biosynthetic methods. Silver nanoparticles have high antimicrobial activity; this property is of great scientific and industrial interest. Consequently, there is growing concern about the use, handling and disposal of nanomaterials, aiming more secure application. Hence, the present study aimed to investigate the molecular mechanisms involved in cytotoxicity and intracellular processing of biogenic silver nanoparticles in peritoneal macrophages from C57BL/6 mice. We began showing that the nanoparticles have reached the IC50 of 25 µM after 6 hours of treatment determined by MTT reduction. Fluorescence microscopy analysis showed changes in membrane integrity after 3 h, which has been intensified after 6 h of treatment. A similar profile was observed by scanning electron microscopy, which showed loss of cellular projections after 3 h of treatment and after 6 h was observed cellular fragmentation. In addition, the nanoparticles treatment increased levels of reactive oxygen species and this response seems to be determining for the cytotoxic effects. The inhibition of phagocytosis and caveolin-mediated endocytosis led to a reduction in cytotoxicity of nanoparticles. On the other hand, an increase in the cytotoxic effect was observed upon inhibition of autophagy, suggesting that this response is part of the intracellular processing of the nanoparticles in peritoneal macrophage. Finally, we concluded that the biogenic of silver nanoparticles exhibited cytotoxic effects similar to that described for silver nanoparticles chemically synthesized / Mestrado / Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde / Mestre em Ciências

A manipulação de materiais em escala nanométrica representa uma das fronteiras em nanociência e nanotecnologia, devido à possibilidade de controle de propriedades específicas do material. No caso de materiais biológicos, em particular, a manipulação e imobilização na forma de filmes ou camadas ultrafinas é crucial para seu emprego em dispositivos biotecnológicos. Neste trabalho, objetivou-se o estudo de detecção de diferentes hormônios tireoidianos (HTs) e análogos a partir da imobilização da região LBD do receptor de hormônio tireoidiano humano TRTR&#946;1 em um eletrodo interdigitado, para o desenvolvimento de um biossensor capacitivo. Este sistema consiste em um arranjo estrutural na forma de filme fino capaz de distinguir a interação específica receptor-ligante de outras interações possivelmente interferentes, visando a quantificação dos níveis de HTs. Para isto, a técnica de SAMs (Self-Assembled Monolayers) foi empregada, por permitir um alto controle da espessura e ordenamento molecular dos filmes, assim como a preservação das atividades das biomoléculas. Análises espectroscópicas e morfológicas foram realizadas para o estudo de adsorção das biomoléculas no filme. As interações específicas receptor-ligante foram avaliadas por meio de respostas elétricas (impedância) do biossensor contendo o TR&#946;1-LBD imobilizado em um filme orgânico ultrafino, e também por SPR (Surface Plasmon Resonance). Os resultados mostraram a capacidade dos eletrodos contendo TRTR&#946;1-LBD de detectar e diferenciar entre diferentes HTs em concentrações da ordem de nanomolar, compatível com níveis fisiológicos, evidenciando o grande potencial de aplicação para este sistema no diagnóstico e tratamento de disfunções tireoidianas. / Manipulation of materials at the nanoscale represents one of the frontiers in nanoscience and nanotechnology, mainly due to the possibility of specific controlling, improved properties, not observed if conventional bulk processing is applied. For biomolecules, in particular, processing via immobilization in the form of nanostructured films has allowed their use in biotechnological applications and devices. In this master dissertation, we aimed at investigating the immobilization of the LBD domain of human thyroid hormone receptor TRTR&#946;1 on interdigitated electrodes, to be used as capacitive biosensors for thyroid hormones (THs) and analogues detection. The nuclear receptors were immobilized via SAMs (Self-Assembled Monolayers), since this technique allows a high control of molecular order and thickness of the films, as well as the preservation of biological activities. Spectroscopic and morphological analyses were performed to investigate the adsorption of biomolecules on the nanostructured film. The interactions between receptor - ligand were also evaluated by means of electrical response (impedance) and SPR (Surface Plasmon Resonance). The bioelectrodes containing immobilized TRTR&#946;1 were capable of detecting and distinguishing among different HTs, including T3, T4, TRIAC and GC-1 at concentrations down to nanomolar, compatible with physiological levels. The latter results point to the possibility of applications of the bioelectrodes in the diagnosis and treatment of thyroid dysfunctions.

A manipulação de materiais em escala nanométrica representa uma das fronteiras em nanociência e nanotecnologia, devido à possibilidade de controle de propriedades específicas do material. No caso de materiais biológicos, em particular, a manipulação e imobilização na forma de filmes ou camadas ultrafinas é crucial para seu emprego em dispositivos biotecnológicos. Neste trabalho, objetivou-se o estudo de detecção de diferentes hormônios tireoidianos (HTs) e análogos a partir da imobilização da região LBD do receptor de hormônio tireoidiano humano TRTR&#946;1 em um eletrodo interdigitado, para o desenvolvimento de um biossensor capacitivo. Este sistema consiste em um arranjo estrutural na forma de filme fino capaz de distinguir a interação específica receptor-ligante de outras interações possivelmente interferentes, visando a quantificação dos níveis de HTs. Para isto, a técnica de SAMs (Self-Assembled Monolayers) foi empregada, por permitir um alto controle da espessura e ordenamento molecular dos filmes, assim como a preservação das atividades das biomoléculas. Análises espectroscópicas e morfológicas foram realizadas para o estudo de adsorção das biomoléculas no filme. As interações específicas receptor-ligante foram avaliadas por meio de respostas elétricas (impedância) do biossensor contendo o TR&#946;1-LBD imobilizado em um filme orgânico ultrafino, e também por SPR (Surface Plasmon Resonance). Os resultados mostraram a capacidade dos eletrodos contendo TRTR&#946;1-LBD de detectar e diferenciar entre diferentes HTs em concentrações da ordem de nanomolar, compatível com níveis fisiológicos, evidenciando o grande potencial de aplicação para este sistema no diagnóstico e tratamento de disfunções tireoidianas. / Manipulation of materials at the nanoscale represents one of the frontiers in nanoscience and nanotechnology, mainly due to the possibility of specific controlling, improved properties, not observed if conventional bulk processing is applied. For biomolecules, in particular, processing via immobilization in the form of nanostructured films has allowed their use in biotechnological applications and devices. In this master dissertation, we aimed at investigating the immobilization of the LBD domain of human thyroid hormone receptor TRTR&#946;1 on interdigitated electrodes, to be used as capacitive biosensors for thyroid hormones (THs) and analogues detection. The nuclear receptors were immobilized via SAMs (Self-Assembled Monolayers), since this technique allows a high control of molecular order and thickness of the films, as well as the preservation of biological activities. Spectroscopic and morphological analyses were performed to investigate the adsorption of biomolecules on the nanostructured film. The interactions between receptor - ligand were also evaluated by means of electrical response (impedance) and SPR (Surface Plasmon Resonance). The bioelectrodes containing immobilized TRTR&#946;1 were capable of detecting and distinguishing among different HTs, including T3, T4, TRIAC and GC-1 at concentrations down to nanomolar, compatible with physiological levels. The latter results point to the possibility of applications of the bioelectrodes in the diagnosis and treatment of thyroid dysfunctions.