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

O basidiomiceto Cryptococcus neoformans é um fungo saprófita, com ampla distribuição geográfica, que é normalmente isolado de solos que contêm excretas de pombos e detritos vegetais. Apesar de saprófita, o fungo pode infectar e causar doença em uma grande variedade de hospedeiros animais, como mamíferos, aves e insetos. O número de casos de micoses graves, causadas por C. neoformans e por outros gêneros de fungos, tem aumentado em todo o mundo, principalmente devido ao aumento do número de indivíduos imunocomprometidos. Adicionalmente, a emergência de novas espécies de patógenos e a seleção de linhagens tolerantes aos antifúngicos comumente utilizados fazem com que o desenvolvimento de novas estratégias para o controle de fungos seja extremamente desejável. A inativação fotodinâmica de fungos é um método novo e promissor, que pode ser utilizado tanto para o controle de micoses (em animais e em vegetais), como para a eliminação de fungos do ambiente. A fotoinativação de fungos é baseada no uso de fotossensibilizadores que se acumulam ou que são preferencialmente metabolizados pelas células do microrganismo-alvo. A seguir, o fotossensibilizador é exposto à luz visível, que, na presença de oxigênio, inicia processos fotoquímicos que produzem uma série de espécies reativas de oxigênio capazes de matar as células fúngicas sem provocar danos significativos nos tecidos do hospedeiro. Neste trabalho, foram avaliadas as eficácias do azul de metileno (MB) (em solução e em nanoemulsão), da cloro-alumínio ftalocianina (em nanoemulsão) e do complexo nitrosilo de rutênio (em solução) como fotossensibilizadores para a fotoinativação de células melanizadas e não melanizadas de C. neoformans. C. neoformans foi suscetível à fotoinativação pela cloro-alumínio ftalocianina, com uma inativação próxima de 100% quando foi utilizada uma combinação apropriada da concentração do fotossensibilizador e da dose de luz. A completa fotoinativação do fungo pela ftalocianina, em condições compatíveis com a terapia fotodinâmica, abre a perspectiva da utilização desse fotossensibilizador para o tratamento de micoses causadas por C. neoformans. A fotoinativação pelo MB foi apenas parcial e não ocorreu fotoinativação pelo nitrosilo de rutênio. Nenhum dos fotossensibilizadores matou o fungo na ausência da luz. Também foram feitos experimentos para se verificar a influência do tempo de crescimento e da melanização na tolerância de C. neoformans à fotoinativação pelo MB. Houve diferença significativa na tolerância entre diferentes linhagens de C. neoformans. Para a maioria dos tratamentos [linhagens e tempo de crescimento (4, 6 ou 8 dias)], não houve diferença significativa entre a tolerância de células melanizadas e não melanizadas. Também não foi observada diferença na tolerância entre células com idade de 4 a 8 dias. / The basidiomycete Cryptococcus neoformans is a saprophytic worldwide fungus which is normally isolated from soils contaminated with pigeon excreta and plant detritus. Despite a saprophytic existence, the fungus can infect and cause disease in a wide variety of animal hosts such as mammals, birds and insects. Serious infections caused by C. neoformans and by other genera of fungi have emerged all over the world, primarily due to the increased numbers of immunocompromised individuals. Additionally, the emergence of new species and antimycotic-resistant strains of pathogenic fungi makes the development of new fungus-control techniques highly desirable. Photodynamic inactivation of fungi is a new and promising method that can be used to control localized mycoses or kill fungi in the environment. The photodynamic inactivation of fungi is based on the use of a photosensitizer that accumulates in, or preferentially is metabolized by, cells of the target microorganism. The photosensitizer is then exposed to visible light in the presence of oxygen, and this starts photochemical processes that produce a series of reactive oxygen species (ROS) capable of killing the fungal cells without causing significant damage to host tissues. We report here the efficacy of methylene blue (MB) (in solution and in nanoemulsion), chloroaluminum phthalocyanine (in nanoemulsion) and nitrosyl ruthenium complex (in solution) as photosensitizers in photoinactivation of melanized and nonmelanized Cryptococcus neoformans yeast cells. C. neoformans were susceptible to photoinactivation by chloroaluminum phthalocyanine with inactivation close to 100% when the appropriate combination of photosensitizer concentration and light-exposure dose was used. Photoinactivation by MB was only partial and nitrosyl ruthenium complex was ineffective. In the dark, neither photosensitizers inactivated the fungus. Complementary experiments were performed to estimate the effect of the age of the cells and of melanization in the fungus tolerance to photoinactivation by MB. There was a significative difference in the tolerance among strains of C. neoformans. For most of the treatments (strains and time of growth) there was no difference between the tolerance of melanized and nonmelanized cells. There was no difference in the tolerance among 4 to 8-day cells either.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-08-05T10:23:01Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Taise Maria dos Anjos Oliveira - 2016.pdf: 1420716 bytes, checksum: 75628b01c19c9db89c0e4ed2e9469284 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-05T15:03:14Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Taise Maria dos Anjos Oliveira - 2016.pdf: 1420716 bytes, checksum: 75628b01c19c9db89c0e4ed2e9469284 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-05T15:03:14Z (GMT). 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In order to develop new alternatives and /or therapeutic approaches that are effective in viral clearance, we evaluated two photosensitizers, zinc phthalocyanine and aluminum phthalocyanine, the photoinactivation bovine herpesvirus 1. As a control we used irradiated virus without the presence of photosensitizer (light control) viruses incubated with photosensitizers without radiating (photosensitizer control) and viruses without any treatment. The light control showed that the use of light without the presence of photosensitizer does not have phototoxic effect on the virus; control showed that the photosensitizer zinc and aluminum phthalocyanines have no cytotoxicity in the absence of light. Both controls were compared to the virus that received no treatment. To better evaluate the irradiation time and the optimal concentration of the two photosensitizers, viral suspension aliquots containing 105.75 TCID50/mL were used, incubated with photosensitizers at concentrations of 5 and 10 μM and irradiated at 0, 15, 30, 45, 60, 75, and 90 minutes. After irradiation, the sample was added in permissive cell cultures virus, which was analyzed for the presence of cytopathic effect and the results were expressed as viral titers. The zinc phthalocyanine showed better efficiency in photoinactivation bovine herpesvirus 1, wherein the concentration of 10 μM with 30 minutes of irradiation was the most effective. The phthalocyanine aluminum inactivated virus completely after 60 minutes of irradiation, but there was no significant difference between concentrations. These results indicate that both phthalocyanines have a good applicability in photodynamic viral inactivation, but the zinc phthalocyanine has a better efficiency. / A inativação fotodinâmica é uma técnica baseada na combinação sinérgica de um fotossensibilizador, oxigênio e luz, que resulta na geração de espécies reativas do oxigênio, que são citotóxicas e causam a morte celular por apoptose ou necrose. O herpesvírus bovino 1 é responsável por enfermidades no sistema respiratório e reprodutivo, estima-se que ocorra uma perda econômica de um bilhões de dólares por ano, devido à ação do vírus no rebanho. Visando novas alternativas e/ou abordagens terapêuticas que sejam eficazes na eliminação viral, avaliamos dois fotossensibilizadores, ftalocianina zinco e ftalocianina alumínio, na fotoinativação do herpesvírus bovino 1. Como controle foram utilizados vírus irradiado sem a presença do fotossensibilizador (controle da luz), vírus incubado com os fotossensibilizadores sem irradiar (controle do fotossensibilizador) e vírus sem nenhum tratamento. O controle da luz mostrou que o emprego da luz sem a presença do fotossensibilizador não possui efeito fototóxico sobre o vírus, o controle do fotossensibilizador mostrou que as ftalocianinas zinco e alumínio não possuem citotoxidade na ausência da luz. Ambos os controles foram comparados ao vírus que não recebeu nenhum tratamento. Para avaliar o melhor tempo de irradiação e a melhor concentração dos dois fotossensibilizadores, foram utilizadas alíquotas de suspensão viral contendo 105,75 TCID50/mL, incubadas com os fotossensibilizadores nas concentrações de 5 e 10 μM e irradiadas nos tempos 0, 15, 30, 45, 60, 75 e 90 minutos. Após a irradiação a amostra foi adicionada em culturas de células permissíveis ao vírus, onde foi analisada a presença de efeito citopático e os resultados foram expressos em títulos virais. A ftalocianina zinco apresentou melhor eficiência na fotoinativação do herpesvírus bovino 1, sendo a concentração de 10 μM com 30 minutos de irradiação a mais eficaz. A ftalocianina alumínio inativou o vírus totalmente após 60 minutos de irradiação, mas não apresentou diferença significativa entre as concentrações. Estes resultados indicam que ambas ftalocianinas possuem uma boa aplicabilidade na inativação fotodinâmica viral, porém a ftalocianina zinco possui uma melhor eficiência.

O basidiomiceto Cryptococcus neoformans é um fungo saprófita, com ampla distribuição geográfica, que é normalmente isolado de solos que contêm excretas de pombos e detritos vegetais. Apesar de saprófita, o fungo pode infectar e causar doença em uma grande variedade de hospedeiros animais, como mamíferos, aves e insetos. O número de casos de micoses graves, causadas por C. neoformans e por outros gêneros de fungos, tem aumentado em todo o mundo, principalmente devido ao aumento do número de indivíduos imunocomprometidos. Adicionalmente, a emergência de novas espécies de patógenos e a seleção de linhagens tolerantes aos antifúngicos comumente utilizados fazem com que o desenvolvimento de novas estratégias para o controle de fungos seja extremamente desejável. A inativação fotodinâmica de fungos é um método novo e promissor, que pode ser utilizado tanto para o controle de micoses (em animais e em vegetais), como para a eliminação de fungos do ambiente. A fotoinativação de fungos é baseada no uso de fotossensibilizadores que se acumulam ou que são preferencialmente metabolizados pelas células do microrganismo-alvo. A seguir, o fotossensibilizador é exposto à luz visível, que, na presença de oxigênio, inicia processos fotoquímicos que produzem uma série de espécies reativas de oxigênio capazes de matar as células fúngicas sem provocar danos significativos nos tecidos do hospedeiro. Neste trabalho, foram avaliadas as eficácias do azul de metileno (MB) (em solução e em nanoemulsão), da cloro-alumínio ftalocianina (em nanoemulsão) e do complexo nitrosilo de rutênio (em solução) como fotossensibilizadores para a fotoinativação de células melanizadas e não melanizadas de C. neoformans. C. neoformans foi suscetível à fotoinativação pela cloro-alumínio ftalocianina, com uma inativação próxima de 100% quando foi utilizada uma combinação apropriada da concentração do fotossensibilizador e da dose de luz. A completa fotoinativação do fungo pela ftalocianina, em condições compatíveis com a terapia fotodinâmica, abre a perspectiva da utilização desse fotossensibilizador para o tratamento de micoses causadas por C. neoformans. A fotoinativação pelo MB foi apenas parcial e não ocorreu fotoinativação pelo nitrosilo de rutênio. Nenhum dos fotossensibilizadores matou o fungo na ausência da luz. Também foram feitos experimentos para se verificar a influência do tempo de crescimento e da melanização na tolerância de C. neoformans à fotoinativação pelo MB. Houve diferença significativa na tolerância entre diferentes linhagens de C. neoformans. Para a maioria dos tratamentos [linhagens e tempo de crescimento (4, 6 ou 8 dias)], não houve diferença significativa entre a tolerância de células melanizadas e não melanizadas. Também não foi observada diferença na tolerância entre células com idade de 4 a 8 dias. / The basidiomycete Cryptococcus neoformans is a saprophytic worldwide fungus which is normally isolated from soils contaminated with pigeon excreta and plant detritus. Despite a saprophytic existence, the fungus can infect and cause disease in a wide variety of animal hosts such as mammals, birds and insects. Serious infections caused by C. neoformans and by other genera of fungi have emerged all over the world, primarily due to the increased numbers of immunocompromised individuals. Additionally, the emergence of new species and antimycotic-resistant strains of pathogenic fungi makes the development of new fungus-control techniques highly desirable. Photodynamic inactivation of fungi is a new and promising method that can be used to control localized mycoses or kill fungi in the environment. The photodynamic inactivation of fungi is based on the use of a photosensitizer that accumulates in, or preferentially is metabolized by, cells of the target microorganism. The photosensitizer is then exposed to visible light in the presence of oxygen, and this starts photochemical processes that produce a series of reactive oxygen species (ROS) capable of killing the fungal cells without causing significant damage to host tissues. We report here the efficacy of methylene blue (MB) (in solution and in nanoemulsion), chloroaluminum phthalocyanine (in nanoemulsion) and nitrosyl ruthenium complex (in solution) as photosensitizers in photoinactivation of melanized and nonmelanized Cryptococcus neoformans yeast cells. C. neoformans were susceptible to photoinactivation by chloroaluminum phthalocyanine with inactivation close to 100% when the appropriate combination of photosensitizer concentration and light-exposure dose was used. Photoinactivation by MB was only partial and nitrosyl ruthenium complex was ineffective. In the dark, neither photosensitizers inactivated the fungus. Complementary experiments were performed to estimate the effect of the age of the cells and of melanization in the fungus tolerance to photoinactivation by MB. There was a significative difference in the tolerance among strains of C. neoformans. For most of the treatments (strains and time of growth) there was no difference between the tolerance of melanized and nonmelanized cells. There was no difference in the tolerance among 4 to 8-day cells either.

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

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

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

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2016-06-01T19:47:46Z No. of bitstreams: 1 Maria Eugenia Simoes Onofre De Santi.pdf: 2254123 bytes, checksum: b5a3993a9c227dee841fbc6c8cca349d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-01T19:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Eugenia Simoes Onofre De Santi.pdf: 2254123 bytes, checksum: b5a3993a9c227dee841fbc6c8cca349d (MD5) Previous issue date: 2014-12-04 / Vulvovaginal candidiasis is the second most common cause of vaginal infection and it affects 75% of all women at least once during their lifetime. Recurrent vulvovaginal candidiasis represents a challenge to gynecological practice, since some patients frequently experience re-occurrences shortly after antifungal treatment. Antimicrobial photodynamic therapy (PDT) is considered a therapeutically approach in treating fungal infections. The aim of this study was to investigate the efficiency of PDT against yeast infection in animal model. We tested two photosensitizers, methylene blue and PpNetNI combined to light sources. Microbial analysis was performed following treatment and seven days later, and histological examination of vaginal tissue was performed after PDT treatment. PDT inactivated yeast cells and it reduced in 1 log10 for both photosensitizers used and these low-fungal counts were maintained follow 7 days. Histological analysis showed an inhibition of neutrophil influx process in PDT groups and no side effects on tissue was observed. In conclusion, two PDT managements produced antimicrobial effects in this mice infection model and PDT can be considered as potential therapeutic approach to decrease fungal counts in vaginal infection. / Candidíase vulvovaginal é a segunda mais comum infecção ginecológica e afeta 75% das mulheres pelo menos uma vez durante seu período reprodutivo. A candidíase vulvovaginal recorrente representa um desafio à prática ginecológica, uma vez que muitas pacientes experimentam recorrências imediatamente após finalizarem um tratamento. A terapia fotodinâmica (PDT) é considerada uma abordagem terapêutica no tratamento de infecções fúngicas. O objetivo deste estudo foi investigar a eficácia da PDT em vulvovaginite causada por Candida albicans em modelo animal. Testamos dois fotossensibilizadores: Azul de metileno e uma protoporfirina: PpNetNI, combinados com fontes de luz adequadas. A análise microbiológica foi realizada imediatamente e sete dias após o tratamento e a análise histológica do canal vaginal foi realizada até quatro horas após o tratamento. A contagem fúngica foi reduzida em 1 log10 após a aplicação da PDT para os dois fotossensibilizadores testados e se manteve após sete dias. A análise histológica demonstrou uma redução no influxo neutrofílico nos grupos tratados e nenhum efeito colateral deste tratamento foi observado. Em conclusão, o tratamento com os dois fotossensibilizadores produziu efeitos antimicrobianos no modelo animal e a PDT pode ser considerada uma abordagem terapêutica para diminuir a infecção fúngica no canal vaginal.

Die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen stellt ein zunehmendes gesundheitliches und gesellschaftliches Risiko dar. Alternative antimikrobielle Verfahren mit einem geringen Resistenzpotenzial, breiten Wirkspektrum und geringen Umweltrisiko gewinnen an Bedeutung. Ein solches Verfahren stellt die Photodynamische Inaktivierung (PDI) dar. Ihr Wirkmechanismus beruht auf der photosensibilisierten Anregung von Singulettsauerstoff (1O2), der durch oxidativen Stress zum Zelltod führt. Der für die katalytische Aktivierung des Sauerstoffs verantwortliche Photosensibilisator (PS), muss nicht in die Mikroorganismen eindringen und wird durch sichtbares Licht angeregt. Die Übertragung einer stationär vermittelten PDI auf Oberflächen erscheint daher besonders sinnvoll. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig zwei Ansätze untersucht, die sowohl kommerzielle Substrate als auch industrielle Standardverfahren zur Oberflächenveredelung verwenden: Eine Elektronenstrahl-Funktionalisierung von Mikrofiltrationsmembranen und eine textiltechnologische Funktionalisierung von Polyestergeweben, insbesondere Reinraumtextilien. Für die Charakterisierung der Polymeroberflächen werden neben Versuchen zur Zellviabilität, optisch-spektroskopische Methoden und erstmalig orts- sowie zeit-aufgelöste Messungen der 1O2-Lumineszenz herangezogen. Im Resultat erweisen sich beide Funktionalisierungsansätze als geeignet für eine stationär vermittelte PDI. Dabei sind die textiltechnologisch funktionalisierten Polyestergewebe besonders Wirkungsvoll und erzielen bereits nach kurzer Weißlichtbestrahlung von unter 30 Minuten eine antimikrobielle Wirkung. Die Messungen der 1O2-Lumineszenzkinetik erweisen sich als eine vielversprechende Methode eine mögliche PDI-Aktivität vorab zu bewerten und bei der Entwicklung wichtige Impulse für die Oberflächenfunktionalisierung zu setzen. Schließlich ist eine systematisierte Methodologie zur Bewertung PDI-aktiver Oberflächen ein wesentliches Resultat dieser Arbeit. / The spread of antimicrobial resistance is an increasing health and social risk. Alternative antimicrobial methods with a low resistance potential, broad spectrum of activity and low environmental risk are gaining importance. Photodynamic inactivation (PDI) is one such method. Its mechanism of action is based on the photosensitised excitation of singlet oxygen (1O2), which leads to cell death through oxidative stress. The photosensitizer (PS), which is responsible for the catalytic activation of the oxygen, does not have to penetrate the microorganisms and is excited by visible light. The transfer of a stationary-mediated PDI to surfaces therefore seems particularly useful. In the present work, two approaches are investigated for the first time that use both commercial substrates and standard industrial processes for surface modification: An electron beam functionalisation of microfiltration membranes and a textile-technological functionalisation of polyester fabrics, especially cleanroom textiles. In addition to experiments on cell viability, optical spectroscopic methods and, for the first time, spatially and temporally resolved measurements of 1O2 luminescence are used to characterise the polymer surfaces. As a result, both functionalisation approaches prove to be suitable for a stationary-mediated PDI. The textile-technologically functionalised polyester fabrics are particularly effective and achieve an antimicrobial effect after only a short white light irradiation of less than 30 minutes. Measurements of 1O2 luminescence kinetics are proving to be a promising method of evaluating possible PDI activity in advance and providing important impetus for surface functionalisation during development. Finally, a systematised methodology for the evaluation of PDI-active surfaces is an essential result of this work.

Die Onychomykose ist eine sehr häufige Erkrankung, deren Auftreten weltweit zunimmt und mit einer Pilzinfektion der Nägel einhergeht. Die Ineffizienz der verabreichte Antimykotika motiviert Bemühungen, nach alternativen Behandlungsmethoden zu suchen. Diese Dissertation untersucht die Auswirkungen der photodynamischen Inaktivierung (PDI) auf Dermatophyten und Schimmelpilze. Als Modellorganismen werden drei der Onychomykose auslösenden Pathogene untersucht: Trichophyton rubrum, Trichophyton interdigitale und der Schimmelpilz Scopulariopsis brevicaulis. Um das Potenzial der PDI gegen Onychomykose verursachende Pathogene, abzuschätzen, wurden Phototoxizitätstests mit drei Photosensibilisatoren (PS) durchgeführt: 5,10,15,20-Tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl) porphyrintetra(p-toluenesulfonate) (TMPyP) und and 5,10,15-tris-(1-methylpyridinium-2-yl) corrolato-(trans-dihydroxo) phosphorus(V) (PCor+) sowie 4',5',7'-tetrabromo-3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene] -1-one (Eosin G). Neben den Phototoxizitätstests wurden zeitaufgelöste Singulettsauerstoff-Lumineszenz Scans aufgenommen, die zur Verifizierung der PDI Effizienz genutzt wurden. Alle drei PS zeigen in vitro eine hohe phototoxische Wirkung. Diese konnte mit Singulettsauerstoff-Lumineszenzmessungen korreliert werden, bei denen ein hohes Singulettsauerstoff-Lumineszenzsignal erfasst wurde. An infizierten menschlichen Nägeln konnten die PS keinen phototoxischen Effekt induzieren. Singulettsauerstoff-Scans, die für einen Einblick in die zugrundeliegenden Ursachen durchgeführt wurden, zeigten fast kein Singulettsauerstoff-Lumineszenzsignal an menschlichen Nägeln. Könnten die verschiedenen bekannten Herausforderungen im Zusammenhang mit PDI an infizierten menschlichen Nägeln bewältigt werden, hätte die PDI das Potenzial, eine schnellwirkende Behandlung dieser Pilzinfektion im Zehennagel zu werden. Diese Studie zeigt erstmals den Zusammenhang zwischen der PDI-Behandlung von Onychomykose und Singulettsauerstoff. / Onychomycosis is a very common illness that befalls an increasing number of individuals worldwide and involves a fungal infection of the nails. The inefficiency of current treatments justifies the efforts to look for alternative treatment modalities. This dissertation investigates the impact of photodynamic inactivation (PDI) against dermatophytes and molds. Three of the causing pathogens of onychomycosis are under investigation: Trichophyton rubrum (T. rubrum), Trichophyton interdigitale (T. interdigitale) and the mold Scopulariopsis brevicaulis (S. brevicaulis). To assess the potential of PDI against onychomycosis causing pathogens, phototoxicity tests were performed using three photosensitizers (PSs): the cationic 5,10,15,20-Tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl) porphyrintetra(p-toluenesulfonate) (TMPyP) and 5,10,15-tris-(1-methylpyridinium-2-yl) corrolato-(trans-dihydroxo) phosphorus(V) (PCor+) as well as the anionic 4',5',7'-tetrabromo-3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene]-1-one (Eosin Y). Alongside the phototoxicity tests, time resolved singlet oxygen luminescence scans were conducted to serve as a control method of PDI. All three PSs proved to have a high phototoxic effect against the three fungi species in vitro. Those could be correlated with singlet oxygen measurements, where a high singlet oxygen luminescence signal was acquired. Contrary to the expectations from the in vitro experiments were the results obtained ex vivo: On infected human nails, the PSs were not able to induce a phototoxic effect. Singlet oxygen scans conducted to get insight into the reasons behind these results showed nearly no singlet oxygen luminescence signal on human nails. Addressing the various known challenges associated with PDI on infected human nails PDI would have a great impact within short time on treating the toenail fungal infection. This study, for the first time, shows the correlation between PDI treatment of onychomycosis and singlet oxygen.