Devido à grande preocupação com a geração de novas tecnologias mais ágeis, eficientes e de baixo custo, as reações fotodinâmicas (RF) têm ganhado destaque. Estas envolvem a ativação de um fármaco fotossensível (fotossensibilizador (FS)), pela iluminação em uma faixa específica de comprimentos de onda, gerando assim espécies reativas altamente citotóxicas levando as células à morte. As RF são divididas em duas categorias: terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica (IFD). A primeira é utilizada para tratamentos oncológicos, dermatológicos, entre outros. A segunda é utilizada para descontaminação de micro-organismos em infecções localizadas. Atualmente a IFD tem sido alvo de muitos estudos pois tem diversas vantagens quando comparadas com as técnicas de descontaminação atuais. Duas das mais importantes são: a seletividade e a não geração de micro-organismos resistentes aos FSs. Apesar desta técnica ser utilizada com sucesso em diversos campos, ela ainda apresenta baixa eficiência quando comparada às técnicas tradicionais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi criar um novo protocolo de aplicação da IFD visando o aumento de eficiência, bem como um estudo profundo das interações dos FSs com as células, e o monitoramento da dinâmica do FS nestas. O presente estudo utiliza-se de células da levedura Candida albicans e demonstra a interação destas células com dois FSs: Photogem® e Curcumina. Foi proposto um novo protocolo que promove o aumento da internalização de FS pelas células baseado na pré-iluminação de baixa dose durante o tempo de incubação. Foi possível demonstrar através da medida dos espectros de absorção do sobrenadante de uma solução com células e Photogem®, que as amostras que tiveram pré-iluminação internalizaram mais FS do meio do que as células mantidas no escuro. Além disso, a partir de ensaios de viabilidade com a levedura e o Photogem® foi demonstrado que as amostras que tiveram pré-iluminação apresentaram diminuição de até seis ordens de grandeza nas unidades formadoras de colônia quando comparadas com as amostras tratadas pelo protocolo tradicional de IFD. Através das técnicas de microscopia confocal de fluorescência e de imagem de tempo de vida de fluorescência foi possível compreender a interação entre os FSs e as células, bem como estudar a ligação deste FS em diferentes regiões da célula. Além disso, foi estudada ainda a mobilidade destas moléculas dentro das células sob condições com e sem iluminação de baixa dose. Através deste estudo pôde-se inferir que as moléculas de curcumina tem tempos característicos de entrada nas células mais lentos que os tempos característicos do Photogem®. Ainda foi possível tomar vantagem da fluorescência do Photogem® para monitorar a entrada deste nas células de levedura, bem como monitorar a formação do seu fotoproduto, determinando assim que 7,5 minutos é o tempo médio de iluminação durante a incubação com FS necessário para que pelo menos 80% das células tivessem o FS internalizado, sem significante formação de fotoprodutos. Conclui-se ainda que este novo protocolo de incubação com iluminação leva a maior eficiência e seletividade da IFD, abrindo caminho para uma nova linha de pesquisa nas RF em geral, possivelmente podendo este protocolo ser aplicado em diversos tipos de células. / In the last years, due to the increasing need of generation of novel faster and cheaper technologies, the photodynamic reactions (PR) have been highlighted. These reactions involves the activation of a photosensitive drug, named photosensitizer (PS), by light in proper spectral window and generation of highly cytotoxic reactive species, leading cells to death. The photodynamic reactions may be divided in two categories: photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation (PDI). The first one is performed in order to treat oncologic, dermatologic and other diseases, whereas the second one is employed in the decontamination of microorganisms in localized infections. When compared with existing decontamination techniques, PDI has several advantages, among which two of the most important are its selectivity of the PS that acts only at the delivered site, as well as not inducing antibiotic resistance, for such reasons are subjected of many current studies. Althought this technique has been performed with great success in many fields, it still has a lack of efficiency. In this context, the purpose of this study was create a new application protocol of this technique in order to increase the efficiency, as well as understand the interactions of the PS with the cells and monitoring the drug dynamic in cells. In this study, Candida albicans cells were utilized and the interaction of two PSs (Photogem® and Curcumin) were demonstrated. A new protocol which promotes an increase of the PS cells uptake was proposed, this protocol is based on the low dose illumination during the incubation time. By measuring absorption spectra of the supernatant of two solutions with cells and Photogem®, in which in one of them were applied a low dose light, was demonstrated that the illuminated cells had an uptake increased when compared with the sample kept in the dark. Moreover, viability assays with the Photogem® and the cells proved that the cells that receive low dose light in the incubation stage had more damage in the PDI, showing a decrease of six orders of magnitude when compared with the traditional PDI. Through confocal and lifetime fluorescence microscopy techniques it was possible not only to comprehend the interaction between the PS and cells, as well as to study the binding of this molecules in different regions of the cells. Furthermore, the mobility of the PS molecules inside the cells was studied in conditions of illumination and dark, it could be inferred that the curcumin molecules has higher characteristic time than Photogem® molecules. Monitoring the cell Photogem® uptake, and the photoproduct formation was possible by take advantage of the PS fluorescence. Thus it was possible to determine the average illumination time (7.5 minutes) during the incubation time so at least 80% of the cells had the PS internalized, without much generation of photoproducts. It follows also that this new incubation protocol with low dose illumination leads to greater efficiency of PDI, so this study leads a new field of research in overall photodynamic reaction.

O crescente número de bactérias resistentes é devido principalmente ao número limitado de modos de ação dos antibióticos, contra os quais bactérias criam mecanismo de resistência. Há, portanto, necessidade de terapias com espectro de ação mais amplo, atingindo diferentes alvos moleculares. A inativação fotodinâmica (IFD) pode ser uma dessas terapias, pois baseia-se na geração de espécies reativas que atacam diversas moléculas, e não um alvo específico. Fotossensibilizadores (FSs) absorvem luz em comprimento de onda específico e a energia absorvida pode ser transferida a um oxigênio molecular, gerando espécies reativas de oxigênio (EROs). Tais espécies são altamente citotóxicas e produzem reações de oxidação que levam à morte celular. Um dos alvos das EROs são fosfolipídios insaturados das membranas biológicas. O objetivo desta dissertação é investigar a interação dos FSs curcumina e azul de metileno com fosfolipídios e o efeito da foto-ativação desses FSs em um mimético de membrana bacteriana. Para tanto, foram usados filmes de Langmuir do extrato lipídico de Escherichia coli e dos lipídios sintéticos isolados DOPE, POPG e cardiolipina. As isotermas de pressão com o extrato de E coli indicam interação entre os FSs e os lipídios do filme, aumentando a área ocupada. A irradiação do filme na presença de curcumina aumenta sua estabilidade, o que sugere formação de hidroperóxidos de lipídio, mais hidrofílicos, pela ação do oxigênio singleto. Nos filmes dos lipídios isolados só a curcumina é incorporada, havendo aumento na área ocupada pelo filme, e redução no potencial de superfície. Nenhum efeito decorrente da irradiação desses filmes foi detectado. Um filme Langmuir-Blodgett (LB) de extrato de E. coli com curcumina foi submetido a quatro ciclos de fotoclareamento seguido de recuperação da fluorescência visualizados num microscópio confocal. A intensidade da fluorescência aumentou após o primeiro ciclo, indicativo de mudança conformacional para alocar maior quantidade de curcumina, o que corrobora a hipótese da formação de hidroperóxidos. / The growing number of resistant bacteria is mainly due to the limited number of modes of action of antibiotics, against which bacteria create resistance. There is, therefore, a need for therapies with broader action spectrum, reaching different molecular targets. Photodynamic inactivation (PDI) may be one of these therapies, because it is based on the generation of reactive species that attack several molecules, not a specific target. Photosensitizers (FSs) absorb light at a specific wavelength and the absorbed energy can be transferred to a molecular oxygen, generating reactive oxygen species (ROS). Such species are highly cytotoxic and produce oxidation reactions that lead to cell death. One of the targets of ROS are unsaturated phospholipids from biological membranes. The objective of this dissertation is to investigate the interaction of the FSs curcumin and methylene blue with phospholipids and the effect of photoactivation of these FSs on a bacterial membrane mimetic. For this purpose, Langmuir films of the lipid extract of Escherichia coli and the synthetic lipids DOPE, POPG and cardiolipin were used. The surface pressure isotherms with the E. coli extract indicate interaction between the FSs and the lipids of the film, increasing the occupied area. The irradiation of the film in the presence of curcumin increases its stability, which suggests the formation of more hydrophilic lipid hydroperoxides by the action of singlet oxygen. In the synthetic lipid films only curcumin is incorporated, with increase in the area occupied by the film, and reduction in surface potential. No effect from irradiation of these films was detected. A Langmuir-Blodgett (LB) film of E. coli extract with curcumin was submitted to four cycles of photobleaching followed by fluorescence recovery visualized in a confocal microscope. The intensity of the fluorescence increased after the first cycle, indicative of conformational change to allocate a larger amount of curcumin, which corroborates the hypothesis of hydroperoxide formation.

Submitted by Fernanda Freire null (fernanda.freire@fosjc.unesp.br) on 2017-12-13T19:59:30Z No. of bitstreams: 1 Tese - Fernanda Freire.pdf: 1272262 bytes, checksum: 11df7d222fe968088750e08ceb6fa488 (MD5) / Submitted by Fernanda Freire null (fernanda.freire@fosjc.unesp.br) on 2017-12-14T11:25:01Z No. of bitstreams: 1 Tese - Fernanda Freire.pdf: 1272262 bytes, checksum: 11df7d222fe968088750e08ceb6fa488 (MD5) / Submitted by Fernanda Freire null (fernanda.freire@fosjc.unesp.br) on 2017-12-14T13:50:30Z No. of bitstreams: 1 Tese - Fernanda Freire.pdf: 1272262 bytes, checksum: 11df7d222fe968088750e08ceb6fa488 (MD5) / Approved for entry into archive by Silvana Alvarez null (silvana@ict.unesp.br) on 2017-12-14T18:37:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 freire_f_dr_sjc.pdf: 1272262 bytes, checksum: 11df7d222fe968088750e08ceb6fa488 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-14T18:37:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 freire_f_dr_sjc.pdf: 1272262 bytes, checksum: 11df7d222fe968088750e08ceb6fa488 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os micro-organismos estão se tornando cada vez mais resistentes aos antimicrobianos e cepas de Candida albicans resistentes aos antifúngicos tem sido isoladas, assim, torna-se importante e necessário a realização de pesquisas que avaliem os efeitos de novos métodos terapêuticos, como a inativação fotodinâmica antimicrobiana (aPDI). Assim, o objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da inativação fotodinâmica sobre biofilmes de Candida albicans, avaliando seus efeitos sobre a expressão dos genes TEC1 (fator de transcrição), HWP1 (proteína de parede celular das hifas), EFG1 (regulador transcricional relacionado com a morfogênese), BCR1 (regulador da formação de biofilme e da parede celular), CPH1 (regulador transcricional envolvido na morfogênese) e ALS3 (adesina) de C. albicans. Foram avaliadas 30 amostras isoladas de pacientes portadores de HIV e 30 amostras de pacientes com estomatite protética, quanto a produção de biofilme, peso seco e filamentação. Destas, foram selecionadas as amostras mais virulentas de cada grupo que apresentaram melhor capacidade de formação de biofilme e filamentação. Assim, foi utilizada uma amostra clínica de C. albicans isolada de paciente portador de HIV, uma amostra clínica de C. albicans isolada de paciente com estomatite protética e uma cepa padrão ATCC 18804. A quantificação da expressão dos genes foi relacionada à produção desses genes nas amostras clínicas e na cepa de referência utilizando-se ensaio de PCR em tempo real. Para a aPDI, foram utilizados os fotossensibilizadores azul de metileno a 300 μM e eritrosina a 400 μM sensibilizados com laser de Índio-Gálio-Alumínio-Fósforo de baixa potência (vermelho visível, 660 nm) e LED verde (532 ± 10 nm), respectivamente. Foram avaliados quatro grupos experimentais para a aPDI: a) F+L+: sensibilização com o corante e irradiação com luz; b) F+L-: somente tratamento com o fotossensibilizador; c) F-L+: somente irradiação com luz e d) F-L-: sem sensibilização com o corante e ausência de luz. Os resultados foram analisados por t-test, com um nível de significância de 5%. Após a análise fenotípica, as amostras Ca30 e 39S foram selecionadas para a realização da aPDI. Como esperado, apenas para o grupo F+L+, quando comparado com o grupo F-L-, todos os genes analisados foram sub expressos após a aPDI. O fold-decrease para os genes ALS3, HWP1, BCR1, TEC1, CPH1 e EFG1 foram 0,73; 0,39; 0,77; 0,71; 0,67 e 0,60; para laser, respectivamente, e 0,66; 0,61; 0,50; 0,43; 0,54 e 0,66; para LED, respectivamente. Pode-se concluir que a aPDI mostrou uma redução na expressão dos genes de C. albicans, sugerindo a diminuição de sua virulência. / Micro-organisms are becoming increasingly resistant to antimicrobial agents and Candida albicans resistant strains to antifungal has been isolated, so it is important and necessary to carry out studies that evaluates the effects of new therapeutic methods, such as antimicrobial photodynamic inactivation (aPDI). The objective of this study was verify the effects of aPDI on C. albicans biofilms, evaluating its effects on genes expression: TEC1 (transcription factor), HWP1 (cell wall protein hyphae), EFG1 (transcriptional regulator related to morphogenesis), BCR1 (regulator of biofilm formation and cell wall), CPH1 (transcriptional regulator involved in morphogenesis) and ALS3 (adhesin) of C. albicans. Were evaluated 30 samples isolated from patients with HIV and 30 samples from patients with denture stomatitis, as the production of biofilm, dry weight and filamentation. Of these, the most virulent strains of each group that presented better biofilm formation capacity and filamentation were selected. Therefore, were used a clinical sample of C. albicans isolated from HIV positive patient, a clinical sample of C. albicans isolated from patient with denture stomatitis and a standard strain ATCC 18804. The quantification of gene expression was related to the production of these genes in clinical samples and in the reference strain using PCR assay in real time. For aPDI, were used the photosensitizer methylene blue at 300 uM and erythrosine at 400 uM, sensitized with low power laser Indium-Gallium-AluminumPhosphorus (visible red, 660 nm) and green LED (532 ± 10 nm), respectively. Were evaluated four groups for aPDI: a) P+L+: sensitization with the photosensitizer and irradiation with light; b) P+L-: only treatment with the photosensitizer; c) P-L+: only irradiation with light and d) P-L-: without sensitization with the dye and absence of light. The results were analyzed by t-test, with a significance level of 5%. After the phenotypic analysis, the samples Ca30 and 39 S were selected for aPDI . As expected, only in the group P+L+ when compared with the group P-L-, all analyzed genes were downregulated after aPDI. The fold-decrease for the genes ALS3, HWP1, BCR1, TEC1, CPH1 and EFG1, were 0.73, 0.39, 0.77, 0.71, 0.67 and 0.60, for laser, respectively, and 0.66, 0.61, .050, 0.43, 0.54 and 0.66, for LED, respectively. It could be concluded that aPDI showed a reduction in the expression of C. albicans genes, suggesting its virulence decrease. / 2013/22897-2

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5403.pdf: 1214659 bytes, checksum: ec578be4027b3263202dca89b2b6f55a (MD5) Previous issue date: 2013-04-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / Photodynamic Therapy (PDT) has been helping medicine in treatment infectious diseases and tumors. PDT's principle is based on a photosensitizer (PS) that is photoactivated by light at specific wavelength which generates reactive oxygen species that induces cell death and/or microorganism inactivation (PDI - photodynamic inactivation). The optimum incubation time of the photosensitizer, whereas the structural and metabolic differences of each microorganism, is important for the more efficient effect of PDI. Curcumin, being a natural PS, has been gaining ground in scientific research and has shown satisfactory results in microbiological control when associated with PDI, but there are no studies on the influence of incubation time of the PS with the bacterial cell. The present study aimed to evaluate the incubation time of curcumin on PS PDI and can therefore assist in determining future research the perfect time to contact the PS in bacteria of different wall compositions: Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Pseudomonas aeruginosa). Samples of microorganisms were cultured in TSB broth (Triptic Soy Broth) and incubated at 37 °C for 24 hours. The PS was solubilized in dimethylsulfoxide (DMSO) to achieve concentrations of 20 mM stock, subsequently diluted to obtain the final concentrations. Light source was used at a wavelength of 460nm, and final dose of 30 J/cm2. After the incubations with the FS and irradiation decimal dilutions of the samples were plated on TSA medium (Triptic Soy Agar) and incubated at 37 °C for 48 hours, and the counts performed. The PDI decreased approximately 7 logs S. aureus at a concentration of 1μM with incubation time of 30 minutes, while for P. aeruginosa was reduced by 2 logs with a maximum concentration of 50 μM with the same incubation time. Tests were conducted where PS withdrawing means before illumination, but the process was not found reductions as those obtained without the procedure. In general, the best incubation time was 30 minutes in all concentrations and for both microorganisms. / A Terapia Fotodinâmica (TFD) vem auxiliar a medicina no tratamento de doenças, tanto de etiologia microbiana quanto tumoral. O princípio da TFD baseia-se em um fotossensibilizador (FS) que se fotoativado por luz em comprimento de onda específico, gera espécies reativas de oxigênio que induz a morte celular e/ou inativação de microrganismos (IFD inativação fotodinâmica). O tempo de incubação ideal do fotossensibilizador, considerando as diferenças estruturais e metabólicas de cada microrganismo, é importante para eficácia da IFD. A curcumina, por ser um FS natural, vem ganhando espaço nas pesquisas científicas, tendo mostrado resultados satisfatórios no controle microbiológico quando associada com a IFD, porém ainda não existem estudos sobre a influência do tempo de incubação do FS com a célula bacteriana. O presente estudo teve como objetivo avaliar o tempo de incubação do FS curcumina na IFD, podendo assim auxiliar em futuras pesquisas determinando o tempo ideal para o contato do FS em bactérias de diferentes composições de parede: Gram-positivas (Staphyloccocus aureus) e Gram-negativas (Pseudomonas aeruginosa). As amostras dos microrganismos foram cultivadas em caldo TSB (Triptic Soy Broth) e incubadas a 37 °C por 24 horas. O FS foi solubilizado em dimetilsulfóxido (DMSO) para atingir a concentração estoque de 20 mM, posteriormente diluído para obter as concentrações finais. Foi utilizada fonte de luz no comprimento de onda 460 nm, e dose final de 30 J/cm2. Após as incubações com o FS e a irradiação, diluições decimais das amostras foram plaqueadas em meio TSA (Triptic Soy Agar) e incubadas a 37 °C por 48 horas; e realizada as contagens. A IFD reduziu aproximadamente 7 logs de S. aureus na concentração de 1 μM com tempo de incubação de 30 minutos, enquanto para P. aeruginosa houve redução de no máximo 2 logs com concentração de 50 μM com o mesmo tempo de incubação. Foram realizados testes onde se retirava o FS do meio antes da iluminação, porém com o processo não foi encontrado reduções como as obtidas sem o procedimento. Em geral, o melhor tempo de incubação foi o de 30 minutos em todas as concentrações de FS e em ambos os microrganismos.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5518.pdf: 1765927 bytes, checksum: 354bfee295ad1873956c15264ad51854 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / The photodynamic inactivation (PDI), used for biological control of microorganisms, involves the action of a photosensitizer (PS), activated by visible light, in order to oxidize organic substrates, resulting in cytotoxic effect. The control of free-living amoebae is important both for its pathogenicity and its microorganisms harboring. Additionally, some species may develop serious infections in humans. The present study evaluated the in vitro effectiveness of PDI in Acanthamoeba polyphaga. Salt of curcuminoids, curcumin, methylene blue and Photogem® were used as FS. Besides, this study intended to observe morphological changes caused by the salt of curcuminoids in the microorganism. The samples were grown at 37 ºC in PYG medium for a period of 48 to 72 hours. Curcumin was solubilized in 1 mL DMSO and further diluted in distilled water to obtain final concentrations. The other PS s were directly solubilized in distilled water. The irradiation light-emitting diodes were used at wavelengths 460 and 630 nm at doses of 30 and 50 J/cm2. After treatments, resazurin was added to evaluate the respiratory activity of A. polyphaga and the samples were incubated at 37 °C for 4 hours. The fluorescence intensity was measured in a fluorescence spectrophotometer. In PDI with salt of curcuminoids at concentrations 500, 1000 and 1500 µg/mL, there was a reduction of 27.7%, 61.4% and 82.5% at 30 J/cm2 and 75.2%, 85.0% and 95.9% at 50 J/cm2, respectively. In PDI with curcumin at concentrations 35, 70 and 140 µg/mL, there was a reduction of 16.2%, 24.0% and 25.7% at 30 J/cm2, and 25.4%, 28.3 % and 30.5% at 50 J/cm2, respectively. In PDI with methylene blue at concentrations 24 and 32 µg/mL, there was a reduction of 14.1% and 28.3% at 30 J/cm2, with no reduction in the concentration of 16 µg/mL and 18.7%, 36.9% and 23.9% at 50 J/cm2, respectively. Finally, in PDI with Photogem® at concentrations 50, 100 and 200 µg/mL, there was a reduction of 20.1%, 37.6% and 53.5% at 30 J/cm2, and 17.1%, 38.9% and 57.3% at 50 J/cm2, respectively. The removal of the PS before irradiation showed that the salt of curcuminoids probably didn t stay inside of amoebas, because the reduction obtained previously was not observed in this condition. The PS was toxic to the amoebae in the absence of light, at the concentrations tested, and the isolated use of light showed no phototoxic effect, except the dose of 50 J/cm2 at 460 nm wavelength. The phototoxicity by doses of light together the PS contributed to the death of the amoebae, being more efficient with salt of curcuminoids. The analysis of confocal microscopy images showed that the salt of curcuminoids caused damage in amoebae, confirming its toxicity in the dark. Therefore, it is concluded that contact with only the PS is already able to induce morphological changes in A. polyphaga, leading some of them to death. / A inativação fotodinâmica (IFD), utilizada no controle biológico de microrganismos, envolve a ação de um fotossensibilizador (FS), ativado por luz visível, no intuito de oxidar substratos biológicos, resultando em efeito citotóxico. O controle de amebas de vida livre é importante, tanto pela sua patogenicidade quanto pelo fato de abrigarem microrganismos. Além disso, algumas espécies podem desenvolver sérias infecções em humanos. O presente estudo propôs analisar a efetividade in vitro da IFD em Acanthamoeba polyphaga utilizando sal de curcuminóides, curcumina, azul de metileno e Photogem® como FS, além de observar alterações morfológicas causadas pelo sal de curcuminóides neste microrganismo. As amostras foram cultivadas em meio PYG, incubadas a 37°C por 48 a 72 horas. A curcumina foi solubilizada em 1 mL de DMSO e posteriormente diluída em água destilada para obtenção das concentrações finais. Os demais FS foram solubilizados diretamente em água destilada. Para a irradiação, diodos emissores de luz foram utilizados nos comprimentos de onda 460 e 630 nm, nas doses de 30 e 50 J/cm2. Após os tratamentos, resazurina foi adicionada para avaliar a viabilidade de A. polyphaga, sendo as amostras incubadas a 37°C por 4 horas. A intensidade de fluorescência foi medida em espectrofotômetro de fluorescência. Na IFD com sal de curcuminóides nas concentrações 500, 1000 e 1500 µg/mL, houve redução de 27,7%, 61,4% e 82,5% com 30 J/cm2, e de 75,2%, 85,0% e 95,9% com 50 J/cm2, respectivamente. Já na IFD com curcumina nas concentrações 35, 70 e 140 µg/mL, houve redução de 16,2%, 24,0% e 25,7% com 30 J/cm2, e de 25,4%, 28,3% e 30,5% com 50 J/cm2, respectivamente. Na IFD com azul de metileno nas concentrações 24 e 32µg/mL, houve redução de 14,1% e 28,3% com 30 J/cm2, não havendo redução na concentração de 16 µg/mL e de 18,7%, 36,9% e 23,9% com 50 J/cm2, respectivamente. Por fim, na IFD com Photogem® nas concentrações 50, 100 e 200 µg/mL, houve redução de 20,1%, 37,6% e 53,5% com 30 J/cm2, e de 17,1%, 38,9% e 57,3% com 50 J/cm2, respectivamente. A retirada do FS antes da irradiação mostrou que o sal de curcuminóides provavelmente não permaneceu no interior das amebas, pois a redução obtida anteriormente não foi observada nesta condição. Os FS apresentaram toxicidade para as amebas, na ausência de luz, nas concentrações testadas e o uso isolado da luz não apresentou efeito fototóxico, exceto a dose 50 J/cm2 no comprimento de onda 460 nm. A fototoxicidade proporcionada pelas doses de luz junto aos FS utilizados contribuiu para o efeito de morte das amebas, sendo a IFD eficiente com o sal de curcuminóides. A análise das imagens obtidas pela microscopia confocal mostrou que o sal de curcuminóides causou danos em amebas, confirmando a toxicidade apresentada no escuro. Portanto, conclui-se que apenas o contato com o FS já é capaz de induzir mudanças morfológicas em A. polyphaga, levando algumas células à morte.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to develop a procedure for disinfecting water by photodynamic inactivation of microorganisms and subsequent removal of photosensitizers. The Escherichia coli photoinactivation was performed using PHLS (Policromatic Halogen Light System) light system irradiation, Methylene Blue and Rose Bengal as photosensitizers, cationic and anionic dyes , respectively. The phase separation between the photosensitizers and the analyzed sample was studied by coagulation, being used the crushed seeds of Moringa oleifera, Chitosan powder and commercial Aluminum Sulphate. All experiments were performed previously in samples of E. coli (ATCC 25922) prepared with a turbidity of about 01 on the Mac Farland scale and later in a sample of effluent from the Sewage Treatment Plant of Uberlândia - MG. The results were quite significant as much photoinactivation as the photosensitizers removal, being Moringa oleifera the best coagulant used, able to remove, from effluent sample, 96.9% Rose Bengal and 75.9% Methylene Blue, both at a concentration of 3,91x10-5 mol L-1. / O presente trabalho visou desenvolver um procedimento para a desinfecção de águas através da inativação fotodinâmica de micro-organismos e posterior remoção dos fotossensitizadores. A fotoinativação de Escherichia coli foi realizada utilizando sistema de irradiação luminosa PHLS (Policromatic Halogen Light System) e Azul de Metileno e Rosa de Bengala como fotossensitizadores, corantes catiônico e aniônico, respectivamente. A separação de fases entre os fotossensitizadores e a amostra analisada foi estudada através de coagulação, sendo utilizadas as sementes de Moringa oleífera trituradas, Quitosana em pó e Sulfato de alumínio comercial. Todos os experimentos foram realizados previamente em amostras de E. coli (ATCC: 25922) preparadas com turvação de aproximadamente 01 na escala de Mac Farland e posteriormente em amostra de efluente proveniente da Estação de Tratamento de Esgoto de Uberlândia - MG. Os resultados obtidos foram bastante expressivos tanto na fotoinativação, quanto na remoção dos fotossensitizadores, sendo a Moringa oleífera o melhor coagulante utilizado, tendo conseguido remover da amostra de efluente 96,9% do Rosa de Bengala e 75,9% do Azul de Metileno, ambos em uma concentração de 3,91x10-5 mol L-1. / Mestre em Química

Devido à grande preocupação com a geração de novas tecnologias mais ágeis, eficientes e de baixo custo, as reações fotodinâmicas (RF) têm ganhado destaque. Estas envolvem a ativação de um fármaco fotossensível (fotossensibilizador (FS)), pela iluminação em uma faixa específica de comprimentos de onda, gerando assim espécies reativas altamente citotóxicas levando as células à morte. As RF são divididas em duas categorias: terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica (IFD). A primeira é utilizada para tratamentos oncológicos, dermatológicos, entre outros. A segunda é utilizada para descontaminação de micro-organismos em infecções localizadas. Atualmente a IFD tem sido alvo de muitos estudos pois tem diversas vantagens quando comparadas com as técnicas de descontaminação atuais. Duas das mais importantes são: a seletividade e a não geração de micro-organismos resistentes aos FSs. Apesar desta técnica ser utilizada com sucesso em diversos campos, ela ainda apresenta baixa eficiência quando comparada às técnicas tradicionais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi criar um novo protocolo de aplicação da IFD visando o aumento de eficiência, bem como um estudo profundo das interações dos FSs com as células, e o monitoramento da dinâmica do FS nestas. O presente estudo utiliza-se de células da levedura Candida albicans e demonstra a interação destas células com dois FSs: Photogem® e Curcumina. Foi proposto um novo protocolo que promove o aumento da internalização de FS pelas células baseado na pré-iluminação de baixa dose durante o tempo de incubação. Foi possível demonstrar através da medida dos espectros de absorção do sobrenadante de uma solução com células e Photogem®, que as amostras que tiveram pré-iluminação internalizaram mais FS do meio do que as células mantidas no escuro. Além disso, a partir de ensaios de viabilidade com a levedura e o Photogem® foi demonstrado que as amostras que tiveram pré-iluminação apresentaram diminuição de até seis ordens de grandeza nas unidades formadoras de colônia quando comparadas com as amostras tratadas pelo protocolo tradicional de IFD. Através das técnicas de microscopia confocal de fluorescência e de imagem de tempo de vida de fluorescência foi possível compreender a interação entre os FSs e as células, bem como estudar a ligação deste FS em diferentes regiões da célula. Além disso, foi estudada ainda a mobilidade destas moléculas dentro das células sob condições com e sem iluminação de baixa dose. Através deste estudo pôde-se inferir que as moléculas de curcumina tem tempos característicos de entrada nas células mais lentos que os tempos característicos do Photogem®. Ainda foi possível tomar vantagem da fluorescência do Photogem® para monitorar a entrada deste nas células de levedura, bem como monitorar a formação do seu fotoproduto, determinando assim que 7,5 minutos é o tempo médio de iluminação durante a incubação com FS necessário para que pelo menos 80% das células tivessem o FS internalizado, sem significante formação de fotoprodutos. Conclui-se ainda que este novo protocolo de incubação com iluminação leva a maior eficiência e seletividade da IFD, abrindo caminho para uma nova linha de pesquisa nas RF em geral, possivelmente podendo este protocolo ser aplicado em diversos tipos de células. / In the last years, due to the increasing need of generation of novel faster and cheaper technologies, the photodynamic reactions (PR) have been highlighted. These reactions involves the activation of a photosensitive drug, named photosensitizer (PS), by light in proper spectral window and generation of highly cytotoxic reactive species, leading cells to death. The photodynamic reactions may be divided in two categories: photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation (PDI). The first one is performed in order to treat oncologic, dermatologic and other diseases, whereas the second one is employed in the decontamination of microorganisms in localized infections. When compared with existing decontamination techniques, PDI has several advantages, among which two of the most important are its selectivity of the PS that acts only at the delivered site, as well as not inducing antibiotic resistance, for such reasons are subjected of many current studies. Althought this technique has been performed with great success in many fields, it still has a lack of efficiency. In this context, the purpose of this study was create a new application protocol of this technique in order to increase the efficiency, as well as understand the interactions of the PS with the cells and monitoring the drug dynamic in cells. In this study, Candida albicans cells were utilized and the interaction of two PSs (Photogem® and Curcumin) were demonstrated. A new protocol which promotes an increase of the PS cells uptake was proposed, this protocol is based on the low dose illumination during the incubation time. By measuring absorption spectra of the supernatant of two solutions with cells and Photogem®, in which in one of them were applied a low dose light, was demonstrated that the illuminated cells had an uptake increased when compared with the sample kept in the dark. Moreover, viability assays with the Photogem® and the cells proved that the cells that receive low dose light in the incubation stage had more damage in the PDI, showing a decrease of six orders of magnitude when compared with the traditional PDI. Through confocal and lifetime fluorescence microscopy techniques it was possible not only to comprehend the interaction between the PS and cells, as well as to study the binding of this molecules in different regions of the cells. Furthermore, the mobility of the PS molecules inside the cells was studied in conditions of illumination and dark, it could be inferred that the curcumin molecules has higher characteristic time than Photogem® molecules. Monitoring the cell Photogem® uptake, and the photoproduct formation was possible by take advantage of the PS fluorescence. Thus it was possible to determine the average illumination time (7.5 minutes) during the incubation time so at least 80% of the cells had the PS internalized, without much generation of photoproducts. It follows also that this new incubation protocol with low dose illumination leads to greater efficiency of PDI, so this study leads a new field of research in overall photodynamic reaction.

O crescente número de bactérias resistentes é devido principalmente ao número limitado de modos de ação dos antibióticos, contra os quais bactérias criam mecanismo de resistência. Há, portanto, necessidade de terapias com espectro de ação mais amplo, atingindo diferentes alvos moleculares. A inativação fotodinâmica (IFD) pode ser uma dessas terapias, pois baseia-se na geração de espécies reativas que atacam diversas moléculas, e não um alvo específico. Fotossensibilizadores (FSs) absorvem luz em comprimento de onda específico e a energia absorvida pode ser transferida a um oxigênio molecular, gerando espécies reativas de oxigênio (EROs). Tais espécies são altamente citotóxicas e produzem reações de oxidação que levam à morte celular. Um dos alvos das EROs são fosfolipídios insaturados das membranas biológicas. O objetivo desta dissertação é investigar a interação dos FSs curcumina e azul de metileno com fosfolipídios e o efeito da foto-ativação desses FSs em um mimético de membrana bacteriana. Para tanto, foram usados filmes de Langmuir do extrato lipídico de Escherichia coli e dos lipídios sintéticos isolados DOPE, POPG e cardiolipina. As isotermas de pressão com o extrato de E coli indicam interação entre os FSs e os lipídios do filme, aumentando a área ocupada. A irradiação do filme na presença de curcumina aumenta sua estabilidade, o que sugere formação de hidroperóxidos de lipídio, mais hidrofílicos, pela ação do oxigênio singleto. Nos filmes dos lipídios isolados só a curcumina é incorporada, havendo aumento na área ocupada pelo filme, e redução no potencial de superfície. Nenhum efeito decorrente da irradiação desses filmes foi detectado. Um filme Langmuir-Blodgett (LB) de extrato de E. coli com curcumina foi submetido a quatro ciclos de fotoclareamento seguido de recuperação da fluorescência visualizados num microscópio confocal. A intensidade da fluorescência aumentou após o primeiro ciclo, indicativo de mudança conformacional para alocar maior quantidade de curcumina, o que corrobora a hipótese da formação de hidroperóxidos. / The growing number of resistant bacteria is mainly due to the limited number of modes of action of antibiotics, against which bacteria create resistance. There is, therefore, a need for therapies with broader action spectrum, reaching different molecular targets. Photodynamic inactivation (PDI) may be one of these therapies, because it is based on the generation of reactive species that attack several molecules, not a specific target. Photosensitizers (FSs) absorb light at a specific wavelength and the absorbed energy can be transferred to a molecular oxygen, generating reactive oxygen species (ROS). Such species are highly cytotoxic and produce oxidation reactions that lead to cell death. One of the targets of ROS are unsaturated phospholipids from biological membranes. The objective of this dissertation is to investigate the interaction of the FSs curcumin and methylene blue with phospholipids and the effect of photoactivation of these FSs on a bacterial membrane mimetic. For this purpose, Langmuir films of the lipid extract of Escherichia coli and the synthetic lipids DOPE, POPG and cardiolipin were used. The surface pressure isotherms with the E. coli extract indicate interaction between the FSs and the lipids of the film, increasing the occupied area. The irradiation of the film in the presence of curcumin increases its stability, which suggests the formation of more hydrophilic lipid hydroperoxides by the action of singlet oxygen. In the synthetic lipid films only curcumin is incorporated, with increase in the area occupied by the film, and reduction in surface potential. No effect from irradiation of these films was detected. A Langmuir-Blodgett (LB) film of E. coli extract with curcumin was submitted to four cycles of photobleaching followed by fluorescence recovery visualized in a confocal microscope. The intensity of the fluorescence increased after the first cycle, indicative of conformational change to allocate a larger amount of curcumin, which corroborates the hypothesis of hydroperoxide formation.

Orientador: Prof. Dr. Anderson Orzari Ribeiro / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, Santo André, 2017. / Neste trabalho apresentamos a sintese e caracterizacao de derivados de xantenos para emprego como fotossensibilizadores em Terapia Fotodinamica. A sintese de 08 diferentes compostos foi realizada utilizando-se o alcool resorcinol e derivados do anidrido ftalico, na presenca de ZnCl2. Foram utilizadas tecnicas como RMN de 1H, FTIR, espectrometria de massas para comprovar as estruturas e a pureza dos compostos sintetizados. Em solucao aquosa, empregando tecnicas para obter os espectros de absorcao, excitacao e emissao na regiao do UV-vis, foi possivel observar que os compostos apresentam altos valores de coeficiente de absortividade molar, baixos valores de rendimento quantico de fluorescencia (¿¶F) e alto valores de oxigenio singlete (¿¶¿'), conjunto de propriedades estas que os tornam interessantes compostos para serem estudados como fotossensibilizadores em TFD. No processo de Inativacao Fotodinamica os compostos apresentaram bons resultados para microorganismos Gram-positivos, apresentando alta taxa de inibicao no crescimento de suas colonias e ate mesmo a morte destes no caso dos derivados halogenados. / In this work we present the synthesis and characterization of xanthenes for application as photosensitizers in Photodynamic Therapy. The 08 compounds studied were synthesized by reaction of phthalic anhydride derivatives with resorcinol and ZnCl2 and were characterized by spectroscopic and spectrometric techniques such as FTIR, 1H NMR and UV-vis. The fluorescence quantum yield (....), and singlet oxygen quantum yield (....) in biological media indicate that these compounds are good candidates for photosensitizers. In the Photodynamic Inactivation, the compounds presented good results for Gram-positive microorganisms, with high inhibition rate in the growth and death, in the case of halogenated derivatives.

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.