O objetivo desta pesquisa foi estudar a degradação,pelo processo foto-Fenton, de um poluente-modelo (um antibiótico da classe dos nitrufuranos:a nitrofurantoína), utilizando-seLEDs-UV no lugar das lâmpadas tradicionalmente utilizadas, ou seja, das lâmpadas fluorescentes negras.Foram comparadas duas câmaras de irradiação, cada uma com um tipo de fonte, em termos de: porcentagem de remoção, ecotoxicidade (Lactuca sativa), atividade antimicrobiana (Escherichia coli), custos de capital (equipamentos), de operação (consumo energético) e das fontes luminosas, além do espaço ocupado. Os experimentos de degradação foramrealizados e otimizados via planejamento experimental, utilizando-se a Metodologia de Superfície de Resposta, obtendo-se as concentrações ótimas denitrofurantoína, de íons férricoe de peróxido de nitrogênio para cada caso.As câmaras estudadas apresentaram desempenhos semelhantes na remoção de nitrofurantoína (mais de 95% em 15 min), além de não ter havido a geração de produtos ecotóxicos (Lactuca sativa) e de ter sido alcançada a inativação biológica (Escherichia coli) do fármaco.A câmara de irradiação com LEDs é compacta, custa duas vezes menos que a outra e é quatro vezes mais eficiente em termos de consumo elétrico. A única desvantagem encontrada foi o custo dos LEDs-UV. Levando-se em conta o número de LEDs e de lâmpadas fluorescentes negras nas câmaras, o custo é trinta vezes maior. No entanto, o custo adicional dos LEDs-UV em relação às lâmpadas fluorescentes negras é facilmente compensado pela economia realizada nos custos de capital (aquisição do equipamento) e de operação (consumo energético).Em suma, pelo menos no caso da degradação da nitrofurantoína pelo processo foto-Fenton, os LEDs-UV mostraram-se substitutos vantajosos das lâmpadas fluorescentes negras, tradicionalmente utilizadas. / The goal of this research was to study the degradation, by the photo-Fenton process, of a model-pollutant (an antibiotic fromthe nitrofurans group: nitrofurantoin), using UV-LEDs instead of the lamps traditionally used, i.e. black fluorescent lamps. Two irradiation chambers were compared, each one of them with a type of light source, regarding: removal percentage, ecotoxicity (Lactuca sativa), antimicrobial activity (Escherichia coli), capital costs (equipment), operating costs (energy consumption), and light sources costs, as well as the space the chambers occupy.The degradation experiments were performed and optimized by experimental design, using the Response Surface Methodology, and obtaining the optimum concentrations of nitrofurantoin, ferric ions, and hydrogen peroxide, for each of the chambers. The studied chambers showed similar performances regarding nitrofurantoin removal (more than 95% in 15 min), besides the generation of no ecotoxic products (Lactuca sativa) and the biological inactivation (Escherichia coli) of the drug. The irradiation chamber with UV-LEDs is compact,cheaper (it is half of the price of the other one), and it is four times more efficient in terms of electric consumption. The sole disadvantage found was the cost of the UV-LEDs. Taking into consideration the number of LEDs and black fluorescent lamps used in the chambers, thiscost is 30 times greater. However, the additional cost of the UV-LEDsin comparison to black fluorescent lamps is easily compensated by the savings in capital costs (equipment acquisition) and operating costs (electric consumption). In summary, at least regarding the nitrofurantoin degradation by the photo-Fenton process, the UV-LEDs proved to beworthwhile alternatives for black fluorescent lamps, which are traditionally used.

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / En general los procesos de biotransformación de fármacos originan metabolitos excretables por la orina. Nitrofurantoína y Nifurtimox son compuestos lipofílicos, sin embargo no existen antecedentes acerca de la eliminación de metabolitos de estos fármacos en orina. Su administración induce diversos efectos adversos asociados a la nitrorreducción que ellos sufrirían in vivo, reacción que genera un nitro anión radical (NO2.-) intermediario que sufre reciclaje redox con O2, generando ROS. Naftaleno es un xenobiótico metabolizado por oxidación a través del sistema citocromo P450; además, induce estrés oxidativo por esta vía metabólica. En este trabajo realizamos un estudio comparativo entre el metabolismo de naftaleno y, Nitrofurantoína y Nifurtimox catalizado por el sistema citocromo P450. Para ello utilizamos una preparación enriquecida en retículo endoplásmico hepático de rata (microsomas). La incubación de los microsomas con ya sea naftaleno, Nitrofurantoína o Nifurtimox y NADPH indujo lipoperoxidación microsómica, fenómeno que fue inhibido por GSH y un extracto hidroalcohólico de Buddleja globosa (matico) de una forma concentración-respuesta. La lipoperoxidación microsómica inducida por los 3 xenobióticos ensayados tuvo un comportamiento bimodal y fue dependiente de la concentración de los xenobióticos; naftaleno aumentó la lipoperoxidación y, Nitrofurantoína y Nifurtimox, la disminuyeron. Así, la primera pendiente positiva obtenida en presencia de naftaleno fue 2 veces mayor que la segunda; asimismo, la pendiente negativa obtenida a concentraciones µM de ya sea Nitrofurantoína o Nifurtimox fue 20 y 10 veces mayor que la obtenida a concentraciones mM, respectivamente. Además, los 3 xenobióticos: a) disminuyeron el contenido de tioles microsómicos en condiciones de biotransformación, b) se unieron a la monooxigenasa citocromo P450 de una forma concentración-respuesta, c) inhibieron la O-desmetilación de p-nitroanisol, reacción catalizada por el sistema citocromo P450, fenómeno que fue prevenido parcialmente por GSH y DTT. Nuestros resultados muestran que Nitrofurantoína y Nifurtimox pueden ser nitrorreducidos y además, oxidados por el sistema citocromo P450; sin embargo, se requieren nuevos experimentos que permitan confirmar este postulado. Por otra parte, ya que el estrés oxidativo inducido por la nitrorreducción fue inhibido por antioxidantes, la administración de una terapia asociada podría ayudar a disminuir los efectos adversos descritos para estos fármacos. / In general, the drug biotransformation produces metabolites which are excreted by urine. Nitrofurantoin and Nifurtimox are lipophilic compounds; there are no date however, related with the elimination of metabolites of these drugs in urine. The administration of both drugs induce several adverse effects which are associated to it′s nitro-reduction in vivo; this reaction would generate a nitro anion radical (NO2 .-); in the presence of O2 this intermediate suffer redox reaction, so conducing to the formation of ROS. Naphtalen is oxidized by cytochrome P450 system inducing oxidative stress. Thus, in this work, we realized a comparative study between naphtalen and, Nitrofurantoin and Nifurtimox biotransformation catalyzed by cytochrome P450 system. In this study we used a preparation enriched in endoplasmic reticulum of rat liver (microsomes). The incubation of microsomes with naphtalen, Nitrofurantoin or Nifurtimox, and NADPH induced microsomal lipoperoxidation, phenomenon which was inhibited by GSH and a hydroalcoholic extract of Buddleja globosa (matico) as a concentration-response manner. The microsomal lipoperoxidation induced by the 3 xenobiotics assayed was conduced as a concentration-dependent and bimodal manner; but naphtalen increased the lipoperoxidation and, Nifrofurantoin and Nifurtimox diminished it. Thus, naphtalen first slope obtained was 2 fold higher than the second slope and, the negative slope obtained to μM drug concentrations of either Nitrofurantoin or Nifurtimox was 20 fold higher than that observed to mM drug concentrations. In biotransformation conditions the 3 xenobiotics: a) diminished the microsomal thiol content and the cytochrome P450 monooxygenase microsomal content ; b) inhibited the p-nitroanisole O-demethylation catalyzed by cytochrome P450 system, phenomenon which was partially inhibited by GSH and DTT. Nitrofurantoin and Nifurtimox could be nitro-reduced and also oxidized by cytochrome P450 system; however, new experiments are required to confirm this postulate. Because oxidative stress induced by the nitro-reduction of Nitrofurantoin and Nifurtimox was inhibited by antioxidant compounds, the administration of an associated therapy may be considered to diminish the adverse effects described for these drugs

A fotoquimioterapia (FQT) é uma técnica de tratamento de doenças graves, inclusive o câncer, que utiliza que utiliza compostos que, sendo introduzidos dentro de um organismo, não possuem alguma atividade contra ele e quando são excitados, através de luz na região espectral de 320 até 800 nm, produzem espécies reativas que induzem a morte celular. Dentre as formas desenvolvidas em FQT, a de maior destaque, e a que vem sendo mais utilizada em clínica, é a Terapia Fotodinâmica (TFD). Apesar das vantagens do uso da TFD, esta técnica possui limitações em sua eficiência, pois seu mecanismo está associado com à formação dos estados excitados do FS e do oxigênio molecular e, por isso, depende dos tempos de vida e rendimentos quânticos destes estados. Outro fator que limita a ampla aplicação da FQT na clínica é o alto custo dos FS utilizados atualmente. No grupo de fotobiofísica do Departamento de Física e Matemática da FCLRP-USP, tem-se trabalhado na busca de novos FS que possuam espécies reativas não excitados como, por exemplo, os radicais livres (peróxidos, ânion superóxido, radical hidroxila etc.), e que sejam mais viáveis economicamente em relação a outros FS já existentes no mercado. Os derivados de nitrofurano são fármacos já utilizados na rotina clínica que possuem as características promissoras para aplicação em FQT. Este trabalho dá continuidade à busca de novos FS. Escolhemos dentre inúmeros derivados de nitrofurano a Nitrofurantoína (NFT), que já é utilizada em clínica desde 1950, e que possui um custo baixo. Sua atividade fototóxica já foi documentada como reações fotoalérgicas em pacientes depois de ser administrada e nos estudos in vitro contra diversas linhagens das células neoplásicas. Contudo, os mecanismos e a dinâmica da fotoação da NFT não estavam ainda bem estabelecidas. Como objetivos gerais deste trabalho, definimos estudar a dinâmica da fotodecomposição da NFT e a liberação de radical NO em soluções aquosas, em função da composição do ambiente, tendo em vista analisar sua potencialidade para aplicação em fotoquimioterapia de diversas doenças, inclusive o câncer. Demonstramos que durante a sua fototransformação, a NFT libera o NO, e o rendimento do processo depende do estado de protonação da NFT. A liberação de NO se realiza por duas vias paralelas: liberação direta pela molécula de NFT e através da fotólise do seu fotoproduto. O estado tripleto da NFT apresenta tempo de vida (t) muito curto, provavelmente devido à participação ativa em formação de um dos fotoprodutos. Pelo fato de ser muito curto, é pouco provável que o estado T1 produza efetivamente, o oxigênio singleto. Assim, podemos associar a fotoatividade da NFT com a liberação de NO. Por fim, propusemos um esquema para a fotoliberação de NO pela fototransformação da NFT. / Photochemotherapy (PCT) is a technique applied in the treatment of serious diseases. For example in cancer, the PCT uses compounds that are introduced into an organism that do not have some activity against him, and that when are excited with light, in the spectral region from 320 to 800 nm, produces reactive species that induce the cell death. The photodynamic therapy (PDT) is the most widely used PCTtechnique in clinical applications. Despite the advantages of the use of PDT, this technique has efficiency limitations, because the PDT mechanism is associated with the formation of excited states in photosensitizer (PS) and in molecular oxygen and therefore, depends on the lifetimes and quantum yields of these states. Another limiting factor of the PDT in more PCT clinical applications is the high cost of the PS used today. The photo-biophysic group of the Department of Physics and Mathematics of the FFCLRP-USP has been working on searching of new PS without reactive species with exited states and cheaper than others PS on the market. For example, our group has investigated the free radicals: peroxide, superoxide anion, hydroxyl radical. This work continues the search for new PS. We chose the Nitrofurantoin (NFT), a nitrofuran derivative, which it is used in clinical applications since 1950 and have a low cost. The nitrofuran derivatives are drugs used in clinical applications with promising characteristics for applications in PCT. The photo-toxic activity of the NFT has been observed in photo-allergic reactions of patients and in vitro studies of several neoplastic cell lines. However, the NFT photo- action mechanisms and kinetics are not well established. The objective of this work was the study of the photo-decomposition dynamics of the NFT and the delivery of the NO radical in aqueous solutions depending on the composition of the environment, aiming to analyze its potential for application in PCT of several diseases, including cancer. In this work we demonstrated that during the photo-transformation, the NFT delivery NO and the yield of this process depends on the protonation state of the NFT. We observed that the NO delivery is made of two parallels ways: a direct delivery by NFT molecule and a delivery by photolysis of their photo-products. Probably due to the active participation in the photo-products formation we observed that the triplet state of NFT has very short lifetime (T) and therefore, it is not expected that the state T1 produces singlet oxygen. Thus, we can associate the NFT photo-activity with the NO delivery. Finally, this work proposes a scheme for NO photo-delivery using the NFT photo-transformation.