Uma série de compostos de transferência de carga baseado em derivados de anilina (grupo doador) e N-alquilpiridínio (grupo receptor) foi preparada e ligada à periferia do anel porfirínico, gerando uma nova série de porfirinas supermoleculares, que foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica, voltametria cíclica, espectroeletroquímica, fluorescência e fotólise relâmpago. Os compostos foram preparados no laboratório do Prof. Silviu Balaban, no Instituto de Nanotecnologia do Forschungszentrum Karlsruhe, visando o estudo da interação entre a porfirina e aqueles compostos de transferência de carga, particularmente o efeito da estrutura molecular sobre as as propriedades fotoquímicas. As porfirinas foram projetadas tendo como modelo o sistema antena de algumas bactérias verdes fotossintéticas, visando obter fotossensibilizadores mais eficientes acoplando processos de transferência de energia (efeito antena) para o sítio porfirínico ativo, aumentando a eficiência de absorção/conversão na região do visível, melhorando assim o aproveitamento da energia solar. De fato, os sensibilizadores porfirínicos supermoleculares que foram objeto de estudo desta tese, apresentaram apenas um eficiente mecanismo de transferência de energia intramolecular para o grupo porfirínico; e as ligações amida ou éster utilizadas para ligar os grupos parecem não influenciar significativamente a eficiência do efeito antena. Os estudos de fluorescência e de fotólise relâmpago indicaram que os estados excitados singlete e triplete de menor energia estão localizados na porfirina, e que não há competição significativa de processos paralelos de supressão do estado excitado, por exemplo pelo mecanismo redox, apesar dos potenciais serem termodinamicamente favoráveis. Porém, pode haver transferência de carga do grupo derivado de anilina para a porfirina oxidada após a injeção de elétrons fotoinduzida para o filme de TiO2 nanocristalino, melhorando o processo de separação de cargas. Em suma, os materiais porfirínicos apresentam características adequadas e potencialidade para uso como fotossensibilizadores em dispositivos fotoeletroquímicos e fotovoltáicos. / A series of charge-transfer compounds constituted by anilline and Nalkylpyridynium derivatives as donor and acceptor groups was prepared and bond to the meso-position of a porphyrin to get a new series of supermolecular porphyrins, that were characterized by UV-Vis and fluorescence spectroscopy, cyclic voltammetry, spectroelectrochemistry and flash-photolysis. The series of compounds were synthesized in the Prof. Silviu Balaban Lab, at the Forschungszentrum Karlsruhe Institute of Nanotechnology aiming the study of the properties coming out of the interaction of porphyrins and donor-acceptor charge-transfer complexes, particularly the influence of the molecular structure on the photophysical properties. The supermolecular porphyrins were designed using the antenna system of photosynthetic green bacteria as model, in order to obtain more efficient photosensitizers by enhancing the light harvesting efficiency of porphyrins incorporating the energy-transfer effect. In fact, the charge-transfer complexes bound to the porphyrin ring were shown to interact exclusively through energy-transfer, and the amide or esther used to bridge those components didnt influence significantly the efficiency of that process. The lowest excited state was found to be localized on the porphyrin ring in the singlet and triplet excited state, by fluorescence and flashphotolysis studies. More interestingly, the results indicated that there is no competition of parallel deactivation mechanisms, such as redox mechanism, even though the potentials are thermodynamically favorable. However, charge-transfer from the donor anilline derivatives to the oxidized porphyrin site can take place immediately after photoinduced injection of an electron to nanocrystalline TiO2, improving the charge-separation process. In conclusion, the supermolecular porphyrins exhibited suitable properties as photosensitizers in photoelectrochemical and photovoltaic devices.

Pneumonia is one of the main causes of death worldwide, specially of the elderly and the children under 5 years old. The traditional antibiotic-based therapy faces a crisis due to the increase in resistance and a lack of new molecules approved. Recently, our research group demonstrated the photodynamic inactivation of streptococcal pneumonia in vivo, a technique to which the development of resistance is described to be unlikely. This study proposed to investigate the applicability of nebulization as a delivery method for photosensitizers, in the hope to advance the research of the photodynamic inactivation of bacterial pneumonia. First, the critical attributes for nebulization (droplet size and delivery rate), the extent of nebulization, and the stability of three photosensitizers were stablished, and they were all found to be compatible with the technique. Then, the delivery was validated in an animal model using the most promising compound. It was possible to activate it using extracorporeal infrared light without causing acute lung or liver damage. In conclusion, nebulization presented itself as a promising tool for the delivery of photosensitizers to the respiratory tract. / A pneumonia é uma das principais causas de morte no mundo, sobretudo de idosos e crianças menores de cinco anos. A terapia tradicional, baseada em antibióticos, enfrenta uma crise diante do aumento da resistência e do número reduzido de novas moléculas que são aprovadas. Recentemente, este grupo de pesquisa demonstrou a inativação fotodinâmica da pneumonia pneumocócica in vivo, uma técnica para a qual o surgimento de resistência é descrito como pouco provável. Este estudo se propôs a investigar a aplicabilidade da nebulização como método de entrega de fotossensibilizadores, na esperança de avançar a pesquisa da inativação fotodinâmica da pneumonia bacteriana. Inicialmente, os atributos críticos da nebulização (tamanho de gotícula e taxa de entrega), a extensão da dose nebulizada, e a estabilidade de três fotossensibilizadores foram estabelecidas. Todos eles se mostraram compatíveis com a técnica. Então, a entrega foi validada em um modelo animal, utilizando o composto mais promissor. Foi possível ativá-lo usando luz infravermelha extracorpórea sem que houvesse dano agudo pulmonar ou hepático. Em conclusão, a nebulização se mostrou uma ferramenta promissora na entrega de fotossensibilizadores ao trato respiratório.

O aparecimento de uma grande variedade de microrganismos patogênicos resistentes aos antimicrobianos tem resultado no aumento do índice de doenças e mortalidade provocadas por infecções que eram facilmente tratadas no passado. Muitas vezes essa resistência está relacionada à formação de biofilme pelos microrganismos, que produzem substâncias poliméricas extracelulares (EPS) dificultando a penetração de agentes antimicrobianos. A Terapia Fotodinâmica antimicrobiana (aPDT, do inglês antimicrobial photodynamic therapy) é uma alternativa promissora para combater infecções microbianas, principalmente aquelas em que apresentam biofilmes. Basicamente esse mecanismo envolve a combinação sinérgica de um fotossensibilizador (FS), oxigênio molecular e luz visível de comprimento de onda adequado para produzir espécies reativas de oxigênio (EROs) que causam oxidação dos componentes da célula levando-a à morte. Devido à natureza multifacetada e não-específica das EROs produzidos na aPDT, os microrganismos têm menos chance de desenvolver mecanismos de resistência. Apesar destas vantagens, a aPDT tem enfrentando o problema da hidrofobicidade que FSs como hipericina (Hy) e ftalocianina de zinco (FcZn) apresentam. Esta hidrofobicidade promove a agregação do FS em meio biológico, reduzindo a sua atividade fotodinâmica. Diante disso, este estudo teve o objetivo avaliar a ação fotodinâmica da Hy, FcZn e seus derivados hidrossolúveis (hipericina-glucamina - HyG, ftalocianina de zinco tetracarboxilada - FcZnTc e ftalocianina de zinco tetracarboxi-N-metilglucamina - FcZnTcG), para inativar as bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli, tanto em cultura planctônica como em biofilme. Como a aPDT apresenta também a vantagem de seletividade, foi proposto que as condições para fotoinativação destas bactérias provocassem o mínimo de dano às células hospedeiras. Estudos físico-químicos dos novos FSs mostraram menor agregação dos FSs derivados em meio aquoso que seus compostos de origem, bem como um ligeiro aumento no coeficiente de atividade fotodinâmica. Além disso, a hidrofilicidade dos FSs aumentou a acumulação intracelular dos mesmos nas bactérias de estudo S. aureus e E. coli, tanto na forma de células planctônicas quanto em biofilme. Os ensaios de acumulação intracelular dos FSs determinaram os parâmetros de fotoinativação seletiva dos microrganismos, tanto em células planctônicas como em biofilme. Todos os FSs, com exceção de FcZn, foram capazes de promover a seletividade de S. aureus e E. coli na forma planctônica. Entretanto, devido a maior complexidade morfológica de E. coli, os parâmetros de fotoinativação utilizados para inibir esta bactéria foram cerca de duas vezes maiores que para inativar a mesma concentração celular de S. aureus. Dentre todos os FSs, a FcZnTcG apresentou as melhores condições de seletividade tanto para E. coli quanto para S. aureus, uma vez que inibiu aproximadamente 100% destes microrganismos e no máximo 15% de células epiteliais (Vero). A obtenção das condições de seletividade para os biofilmes bacterianos foi mais difícil, pois a acumulação dos FSs por S. aureus e E. coli foi menor, tornando-se assim necessário aumentar os parâmetros de fotoinativação, ou seja, concentração do FS, tempo de incubação e dose de luz, que consequentemente inibiram mais as células epiteliais. Apesar disso, HyG e FcZnTcG foram capazes de promover a seletividade do biofilme de S. aureus em todas as etapas de formação. Entretanto, a seletividade do biofilme de E. coli foi alcançada apenas nas etapas de adesão reversível e irreversível e somente por FcZnTcG. Isso pode ser justificado pela maior concentração de EPS sintetizado por E. coli que por S. aureus, dificultando a acumulação dos FSs nas últimas etapas do biofilme de E. coli (biofilme maduro e dispersão). Portanto, os resultados desse estudo permitem sugerir que a hidrofilicidade é uma característica importante para os FSs fotoinativarem seletivamente os microrganismos S. aureus e E. coli, mesmo na forma de biofilme. Além disso, foi observado que a ação de aPDT no EPS do biofilme bacteriano desempenha um papel fundamental para inibição tanto de S. aureus quanto de E. coli. / The appearance of a large variety of antimicrobial-resistant pathogenic microorganisms has led to increased rates of disease and mortality caused by infections that were easily treated in the past. It has become clear that the biofilm-grown cells increase the bacteria resistance to antibiotics. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) is a promising alternative way to fight microbial infections, especially the biofilm ones. This technique, basically, involves the synergistic combination of a photosensitizer, molecular oxygen and visible light of an appropriate wavelength to produce highly reactive oxygen species that lead to the oxidation of several cell components and to cell inactivation. The main advantage of the technique is that, given the existence of multiple targets, there is no development of resistance. The hidrophobicity of photosensitizers (PSs) like hypericin (Hy) and zinc phthalocyanine (ZnPc), reduces their photodynamic activity once they form aggregates in biological media. For this reason, was evaluated the effectivenes of Hy, ZnPc and its water-soluble derivatives (glucamine-hypericin-HyG, zinc tetracarboxylated phthalocyanine-ZnTcPc and zinc tetracarboxy-N-metylglucamine phthalocyanine-ZnTcGPc) to photoinactivate S. aureus and E. coli with minimal damage to a model of host cells. Physicochemical studies showed that hidrophilic PSs suffer less aggregation in aqueous media, as well as present a slight increase in photodynamic activity compared to Hy and ZnPC. Furthermore, the hydrophilicity of PSs increased the PS intracellular accumulation in bacteria, either in planktonic culture or biofilms. The accumulation study allowed to determine the parameters of selective photoinactivation of microorganisms. Due the morphologic complexity of E. coli the photodynamic parameters (incubation time, PS concentration and light dose) were twice that used against S. aureus. As a consequence, some more epithelial cells were affected by the process. Despite that, only the ZnPc could not promote the selective inactivation for planktonic cells. By the other hand, HyG and FcZnTcG were able to seletively photoinactivate the biofilm of S. aureus in all its formation stages. However, the selective inactivation of E. coli biofilm was achieved only in the reversible and irreversible adhesion and just for FcZnTcG. This fact can be explained by the higher concentration of exopolysaccharide (1,9 \'mü\'g/mL) synthesized by E. coli compared with S. aureus, making difficult the accumulation of the PSs in the last stages of the E. coli biofilm formation (mature biofilm and dispersion). So, we can suggest that hidrophilicity is an important characteristic for the PSs, improving the selective photoinactivation of S. aureus and E. coli, even as biofilm. Moreover, the effectiveness of aPDT agains EPS plays a key role for inhibition of bacterial biofilms.

Uma série de compostos de transferência de carga baseado em derivados de anilina (grupo doador) e N-alquilpiridínio (grupo receptor) foi preparada e ligada à periferia do anel porfirínico, gerando uma nova série de porfirinas supermoleculares, que foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica, voltametria cíclica, espectroeletroquímica, fluorescência e fotólise relâmpago. Os compostos foram preparados no laboratório do Prof. Silviu Balaban, no Instituto de Nanotecnologia do Forschungszentrum Karlsruhe, visando o estudo da interação entre a porfirina e aqueles compostos de transferência de carga, particularmente o efeito da estrutura molecular sobre as as propriedades fotoquímicas. As porfirinas foram projetadas tendo como modelo o sistema antena de algumas bactérias verdes fotossintéticas, visando obter fotossensibilizadores mais eficientes acoplando processos de transferência de energia (efeito antena) para o sítio porfirínico ativo, aumentando a eficiência de absorção/conversão na região do visível, melhorando assim o aproveitamento da energia solar. De fato, os sensibilizadores porfirínicos supermoleculares que foram objeto de estudo desta tese, apresentaram apenas um eficiente mecanismo de transferência de energia intramolecular para o grupo porfirínico; e as ligações amida ou éster utilizadas para ligar os grupos parecem não influenciar significativamente a eficiência do efeito antena. Os estudos de fluorescência e de fotólise relâmpago indicaram que os estados excitados singlete e triplete de menor energia estão localizados na porfirina, e que não há competição significativa de processos paralelos de supressão do estado excitado, por exemplo pelo mecanismo redox, apesar dos potenciais serem termodinamicamente favoráveis. Porém, pode haver transferência de carga do grupo derivado de anilina para a porfirina oxidada após a injeção de elétrons fotoinduzida para o filme de TiO2 nanocristalino, melhorando o processo de separação de cargas. Em suma, os materiais porfirínicos apresentam características adequadas e potencialidade para uso como fotossensibilizadores em dispositivos fotoeletroquímicos e fotovoltáicos. / A series of charge-transfer compounds constituted by anilline and Nalkylpyridynium derivatives as donor and acceptor groups was prepared and bond to the meso-position of a porphyrin to get a new series of supermolecular porphyrins, that were characterized by UV-Vis and fluorescence spectroscopy, cyclic voltammetry, spectroelectrochemistry and flash-photolysis. The series of compounds were synthesized in the Prof. Silviu Balaban Lab, at the Forschungszentrum Karlsruhe Institute of Nanotechnology aiming the study of the properties coming out of the interaction of porphyrins and donor-acceptor charge-transfer complexes, particularly the influence of the molecular structure on the photophysical properties. The supermolecular porphyrins were designed using the antenna system of photosynthetic green bacteria as model, in order to obtain more efficient photosensitizers by enhancing the light harvesting efficiency of porphyrins incorporating the energy-transfer effect. In fact, the charge-transfer complexes bound to the porphyrin ring were shown to interact exclusively through energy-transfer, and the amide or esther used to bridge those components didnt influence significantly the efficiency of that process. The lowest excited state was found to be localized on the porphyrin ring in the singlet and triplet excited state, by fluorescence and flashphotolysis studies. More interestingly, the results indicated that there is no competition of parallel deactivation mechanisms, such as redox mechanism, even though the potentials are thermodynamically favorable. However, charge-transfer from the donor anilline derivatives to the oxidized porphyrin site can take place immediately after photoinduced injection of an electron to nanocrystalline TiO2, improving the charge-separation process. In conclusion, the supermolecular porphyrins exhibited suitable properties as photosensitizers in photoelectrochemical and photovoltaic devices.

In this study / ferrocenyl and naphthalenyl substituted quinoxaline derivatives / 5,8- bis (2,3- dihydrothieno [3,4-b] [1,4] dioxin-5-yl)-2- (naphthalen-2-yl)- 3- ferrocenyl- 4a,8a-dihydroquinoxaline / 5,8- bis (2,3-dihydrothieno [3,4-b] [1,4]dioxin-5-yl) -2- (phenyl) -3-ferrocenylquinoxaline / 5,8-bis (2,3-dihydrothieno [3,4-b] [1,4]dioxin-5-yl) -2,3- di(naphthalen-2-yl)quinoxaline and trihexylthiophene and thiophene coupled benzimidazole derivatives / 4-(tert-butyl)-4,7-bis(4-hexylthiophen-2-yl)spiro[benzo[d]imidazole-2,1-cyclohexane] and 4-(tert-butyl)-4, 7-bis(thiophenyl)spiro[benzo[d]imidazole-2,1-cyclohexane] were used as photosensitizers to broaden the active area of diaryliodonium salts. Both quinoxaline and benzimidazole derivatives are expected to be efficient in cationic photopolymerization with a variety of vinyl and oxide monomers at room temperature upon long wavelength UV irradiation. Photopolymerization will be initiated by diphenyliodonium salts and monitored with Optical Pyrometry. Characterization will be completed with optical absorption, flourescence studies and photopolymerization under solar irradiation.

Orientador: Prof. Dr. Anderson Orzari Ribeiro / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2017. / Neste trabalho apresentamos a sintese e caracterizacao de naftalocianinas e o estudo de suas propriedades fotofisicas e fotoquimicas para emprego como fotossensibilizadores em Terapia Fotodinamica. As naftalocianinas foram sintetizadas pelo metodo de condensacao estatistica e caracterizadas por tecnicas espectroscopicas, incluindo IV-FT, RMN de 1H e UV-vis. O rendimento quantico de fluorescencia (....), tempo de vida de fluorescencia (....) e o rendimento quantico de oxigenio singlete (....) indicam que o aumento do sistema ¿Î condensado das naftalocianinas em relacao as ftalocianinas diminui a eficiencia dos decaimentos radiativos destes compostos. Alem disso, as naftalocianinas possuem maior tendencia a agregacao em misturas binarias DMSO/agua devido a maior hidrofobicidade do composto. Em relacao a composto hibridos de ftalocianina e naftalocianina, foram obtidos valores de ...., em THF, da ordem de 0,8 e 0,6 indicando a potencial aplicacao na Terapia Fotodinamica. / In this work we present the synthesis and characterization of naphthalocyanines and the study of its photophysical and photochemical properties for application as photosensitizers in Photodynamic Therapy. Naphthalocyanines were synthesized by the statistical condensation method and characterized by spectroscopic techniques such as FTIR, 1H NMR and UV-vis. The fluorescence quantum yield (....), fluorescence lifetime (....) and singlet oxygen quantum yield (....) indicate that the highest ¿Î system on naphthalocyanines compared with phthalocyanines decreases the efficiency of the radiative decays of these compounds. In addition, naphthalocyanines show a substantial aggregation tendency in DMSO:water solution due to hydrophobicity of the compound. In relation to the naphthalocyanines and phthalocyanine hybrid compounds, values of ...., in THF, at 0.8 and 0.6 indicating the potential application in Photodynamic Therapy.

abstract: Humanity’s demand for energy is increasing exponentially and the dependence on fossil fuels is both unsustainable and detrimental to the environment. To provide a solution to the impending energy crisis, it is reasonable to look toward utilizing solar energy, which is abundant and renewable. One approach to harvesting solar irradiation for fuel purposes is through mimicking the processes of natural photosynthesis in an artificial design to use sunlight and water to store energy in chemical bonds for later use. Thus, in order to design an efficient energy conversion device, the underlying processes of the natural system must be understood. An artificial photosynthetic device has many components and each can be optimized separately. This work deals with the design, construction and study of some of those components. The first chapter provides an introduction to this work. The second chapter shows a proof of concept for a water splitting dye sensitized photoelectrochemical cell followed by the presentation of a new p-type semiconductor, the design of a modular cluster binding protein that can be used for incorporating catalysts, and a new anchoring group for semiconducting oxides with high electron injection efficiency. The third chapter investigates the role of electronic coupling and thermodynamics for photoprotection in artificial systems by triplet-triplet energy transfer from tetrapyrroles to carotenoids. The fourth chapter describes a mimic of the proton-coupled electron transfer in photosystem II and confirms that in the artificial system a concerted mechanism operates. In the fifth chapter, a microbial system is designed to work in tandem with a photovoltaic device to produce high energy fuels. A variety of quinone redox mediators have been synthesized to shuttle electrons from an electron donor to the microbial system. Lastly, the synthesis of a variety of photosensitizers is detailed for possible future use in artificial systems. The results of this work helps with the understanding of the processes of natural photosynthesis and suggests ways to design artificial photosynthetic devices that can contribute to solving the renewable energy challenge. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Chemistry 2015

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-05-05Bitstream added on 2014-06-13T18:31:20Z : No. of bitstreams: 1 vilela_sfg_me_sjc.pdf: 808522 bytes, checksum: 8d898e9ca4fa7d34b94915ef70dc4772 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esse estudo teve como objetivo avaliar a ação dos fotossensibilizadores azul de metileno, azul de toluidina e verde de malaquita em conjunto com um laser de baixa intensidade sobre cepas planctônicas e biofilmes de Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida albicans. Em cada grupo, foram estudadas cinco cepas clínicas e uma cepa padrão. A formação do biofilme foi realizada colocando-se a suspensão microbiana em contato com corpos-de-prova e o meio de cultura BHI por 4 dias a 37ºC. Os fotossensibilizadores foram preparados nas concentrações de 3000, 1800, 600, 300, 150, 75 e 37,5 μM. Foi adicionado ao fotossensibilizador a suspensão de microrganismos para o estudo das células planctônicas e biofilme. Os ensaios foram executados utilizandose um laser de Arseneto de Gálio e Alumínio (660 nm). Os grupos controles foram radiados nas mesmas condições, entretanto não receberam fotossensibilizador. Para estudo das células planctônicas, após radiação, foram realizadas diluições e semeaduras em ágar BHI ou Sabouraud. Após incubação, foi feita a contagem de UFC/mL. Para análise do biofilme, após radiação, os corpos-de-prova foram submetidos à homogeneização ultra-sônica e as células dispersas foram semeadas em ágar BHI ou Sabouraud (37°C por 24 a 48 horas) para a contagem de UFC/corpo-de-prova. Os resultados foram submetidos à análise estatística descritiva. A redução de UFC/mL foi de 0,4 a 6,53 log10 dependente do microrganismo e fotossensibilizador testado. As concentrações mais eficazes dos fotossensibilizadores variaram entre 37,5 a 1800 μM para o azul de metileno, 37,5 a 300 μM para o azul de toluidina e 300 a 3000 μM para o verde de malaquita. A maior redução microbiana observada ocorreu com o fotossensibilizador verde de malaquita. Concluiu-se que os fotossensibilizadores estudados foram eficazes na redução dos microrganismos testados após a realização da terapia fotodinâmica / The purpose of this study will be evaluate the action of photosensitizers methylene blue, toluidine blue and malachite green for photodynamic antimicrobial therapy on planctonic and biofilm strains of Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans. In each group ten strains will be studied (1 ATCC and 5 clinical strain). An acrylic resin applying will be used for biofilm formation that will be immersed in steribe brain-heart infusion (BHI) broth containing 5% sacarose, then inoculated with standardized suspension of microorganisms and incubated at 37º C for four days. The photosensitizer will be prepared in the following concentrations: 3.000, 1.800, 600, 300, 150, 75, 37,5 μM and will be immersed the applying containing biofilm. The light source used will be a diode laser, with output power of 100mW and wavelength of 660nm. The control group will be treated under same condition, without photosesitizer. For the planctonic cells study, after irradiation, serial dilutions will be obtained from each sample in physiological solution and aliquots of 0,1ml will planted on BHI or Saboraud dextrose agar. After incubation at 37ºC for 24 or 48 hours the number of colony forming units will be calculated. For the biofim study, after irradiation the acrylic resin applying will be submitted to an ultrasonic homogenization. Serial dilution will be prepared and plated on BHI or Sabouraud dextrose agar. After incubation at 37ºC for 24 or 48 hours the number of colony forming units will be calculated. The results will be submitted to statistical analysis. The most effective concentrations of photosensitizers ranged from 37.5 to 1800 μM for methylene blue, 37.5 to 300 μM for toluidine blue and from 300 to 3000 μM for malachite green. Most microbial reduction was observed with the photosensitizer malachite green. It was concluded that the photosensitizers studied were effective in reducing microorganisms after photodynamic therapy

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-14T17:46:21Z No. of bitstreams: 1 DissLMS.pdf: 2276370 bytes, checksum: ee5f91507ba780836a4577a021cc883c (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-16T19:21:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLMS.pdf: 2276370 bytes, checksum: ee5f91507ba780836a4577a021cc883c (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-16T19:21:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLMS.pdf: 2276370 bytes, checksum: ee5f91507ba780836a4577a021cc883c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-16T19:21:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLMS.pdf: 2276370 bytes, checksum: ee5f91507ba780836a4577a021cc883c (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The Aedes aegypti mosquito is the main responsible for the transmission of dengue. Among numerous alternatives to combat vector, we can cite the use of photosensitizers (PSs) as inactivating of Aedes aegypti larvae. These compounds are able to interact with the light in a specific wavelength, so the cause highly reactive cytotoxic oxygen, resulting in the oxidation of biological targets. The present study had as main objective to analyze the phototoxic effects of PSs: Photogem® and turmeric, in three molecular variations (curcumin, curcuminoids pigment mixture (curcumin, desmethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin) and curcumin in sucrose), against Aedes aegypti larvae under different conditions of delivery of the PSs and lighting. The experiments of this study were divided into two stages: i) Photogem® and the three compositions of turmeric were applied in trials of photodynamic inactivation (PDI) in solution. The groups that received the Photogem®, were also fed with two different types of food, in order to verify the influence of these foods on larval mortality. ii) in a second step the three compositions of turmeric were incorporated in pet food, where it obtained a lyophilized powder, which was subsequently offered to the larvae for scanning. After the receipt of the PSs in solution as in the form of freeze-dried powder, the larvae were irradiated with two sources of light: artificial and natural. In addition to the trials of mortality, other studies were performed, such as checking the time of degradation of PSs when exposed to light, the anatomical location of accumulation of FSs in the larvae, and characterization studies of the product obtained in the form of lyophilized powder. On PDI with the Photogem® comparing the foods, exposed to artificial lighting, one of the foods introduced a higher mortality, indicating the importance of this on effectiveness of PDI. Already on PDI with variations of turmeric, mortality rates varied according to the molecular forms of this compound, showing high mortality for curcumin and curcumin in sucrose. In conditions involving sunlight, high mortality rates were obtained for all FSs delivered solution, featuring in various conditions 100% mortality in 8 hours from exposure to light. For IFD using the freeze-dried powder of three variations of turmeric and sunlight, mortalities in the order of 80% were achieved in lighting 16 hours. The analysis of the fluorescence image obtained by confocal microscope showed that both the three variations of turmeric, such as Photogem®, after an incubation period of 12 hours, accumulated throughout the alimentary canal of the larvae. The Photogem®, as well as turmeric showed potent photodynamic activity being more effective in conditions with higher light intensities. Regarding the delivery conditions of the PS, we observe that the highest values of mortality were obtained through the application of PSs in solution, when compared with the mortality studies using the freeze-dried powder. These results indicate that PDI can be a promising technique in the control of vectors as the Aedes aegypti. / O mosquito Aedes aegypti é o principal vetor responsável pela transmissão da dengue. Dentre as inúmeras alternativas de combate ao vetor, podemos citar o uso de fotossensibilizadores (FSs) como inativadores de larvas do Ae. aegypti. Esses compostos são capazes de interagir com a luz, num comprimento de onda específico, de modo a originar espécies altamente reativas de oxigênio citotóxico, resultando na oxidação de alvos biológicos. O presente estudo teve como principal objetivo analisar os efeitos fototóxicos dos FSs: Photogem® e cúrcuma, em três variações moleculares (curcumina, mistura de pigmentos curcuminóides (curcumina, demetoxicurcumina e bis-demetoxicurcumina) e curcumina em sacarose), contra larvas do Ae. aegypti sob diferentes condições de entrega dos FSs e de iluminação. Os experimentos deste estudo foram divididos em duas etapas: i) tanto o Photogem® quanto as três composições de cúrcuma foram aplicados nos ensaios de inativação fotodinâmica (IFD) em solução. Os grupos que receberam o Photogem® foram também alimentados com dois diferentes tipos de ração, com a finalidade de verificar a influência desses alimentos na mortalidade larval. ii) em uma segunda etapa as três composições de cúrcuma foram incorporadas nas rações, onde obteve-se um pó liofilizado, que foi posteriormente ofertado às larvas para a verificação da mortalidade. Após o recebimento dos FSs, tanto em solução como na forma de pó liofilizado, as larvas foram irradiadas com duas fontes de luz: artificial e natural. Além dos ensaios de mortalidade, outros estudos foram realizados, como a verificação do tempo de degradação dos FSs quando expostos à luz, o local anatômico de acumulação dos FSs nas larvas, e estudos de caracterização do produto obtido na forma de pó liofilizado. Na IFD com o Photogem® comparando as rações, expostas à iluminação artificial, uma delas apresentou uma mortalidade superior, indicando a importância desta na efetividade da IFD. Já na IFD com as variações de cúrcuma, as porcentagens de mortalidade variaram de acordo com as formas moleculares deste composto. Nas condições envolvendo luz solar, foram obtidas altos valores de mortalidade para todos os FSs entregues em solução, apresentando em diversas condições 100% de mortalidade em 8 horas de exposição à luz. Nos ensaios de IFD utilizando o pó liofilizado das três variações de cúrcuma e luz solar, mortalidades da ordem de 80% foram atingidas em 16 horas de iluminação. As análises das imagens de fluorescência obtidas por microscópio confocal mostraram que tanto as três variações de cúrcuma, como o Photogem®, após um período de incubação de 12 horas, acumularam-se em todo o canal alimentar das larvas. O Photogem®, assim como a cúrcuma apresentaram atividade fotodinâmica potente, sendo mais efetivos em condições com maiores intensidades de luz. Com relação às condições de entrega do FS, observamos que as maiores mortalidades foram obtidas através da aplicação dos FSs em solução, quando comparadas com os estudos de mortalidade utilizando o pó liofilizado. Esses resultados indicam que IFD pode ser uma técnica promissora no controle de vetores como o Ae. aegypti.

Orientador: Prof. Dra. Juliana Campos Junqueira / Banca: Antonio Olavo Cardoso Jorge / Banca: Egberto Munin / Resumo: Esse estudo teve como objetivo avaliar a ação dos fotossensibilizadores azul de metileno, azul de toluidina e verde de malaquita em conjunto com um laser de baixa intensidade sobre cepas planctônicas e biofilmes de Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida albicans. Em cada grupo, foram estudadas cinco cepas clínicas e uma cepa padrão. A formação do biofilme foi realizada colocando-se a suspensão microbiana em contato com corpos-de-prova e o meio de cultura BHI por 4 dias a 37ºC. Os fotossensibilizadores foram preparados nas concentrações de 3000, 1800, 600, 300, 150, 75 e 37,5 μM. Foi adicionado ao fotossensibilizador a suspensão de microrganismos para o estudo das células planctônicas e biofilme. Os ensaios foram executados utilizandose um laser de Arseneto de Gálio e Alumínio (660 nm). Os grupos controles foram radiados nas mesmas condições, entretanto não receberam fotossensibilizador. Para estudo das células planctônicas, após radiação, foram realizadas diluições e semeaduras em ágar BHI ou Sabouraud. Após incubação, foi feita a contagem de UFC/mL. Para análise do biofilme, após radiação, os corpos-de-prova foram submetidos à homogeneização ultra-sônica e as células dispersas foram semeadas em ágar BHI ou Sabouraud (37°C por 24 a 48 horas) para a contagem de UFC/corpo-de-prova. Os resultados foram submetidos à análise estatística descritiva. A redução de UFC/mL foi de 0,4 a 6,53 log10 dependente do microrganismo e fotossensibilizador testado. As concentrações mais eficazes dos fotossensibilizadores variaram entre 37,5 a 1800 μM para o azul de metileno, 37,5 a 300 μM para o azul de toluidina e 300 a 3000 μM para o verde de malaquita. A maior redução microbiana observada ocorreu com o fotossensibilizador verde de malaquita. Concluiu-se que os fotossensibilizadores estudados foram eficazes na redução dos microrganismos testados após a realização da terapia fotodinâmica / Abstract: The purpose of this study will be evaluate the action of photosensitizers methylene blue, toluidine blue and malachite green for photodynamic antimicrobial therapy on planctonic and biofilm strains of Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans. In each group ten strains will be studied (1 ATCC and 5 clinical strain). An acrylic resin applying will be used for biofilm formation that will be immersed in steribe brain-heart infusion (BHI) broth containing 5% sacarose, then inoculated with standardized suspension of microorganisms and incubated at 37º C for four days. The photosensitizer will be prepared in the following concentrations: 3.000, 1.800, 600, 300, 150, 75, 37,5 μM and will be immersed the applying containing biofilm. The light source used will be a diode laser, with output power of 100mW and wavelength of 660nm. The control group will be treated under same condition, without photosesitizer. For the planctonic cells study, after irradiation, serial dilutions will be obtained from each sample in physiological solution and aliquots of 0,1ml will planted on BHI or Saboraud dextrose agar. After incubation at 37ºC for 24 or 48 hours the number of colony forming units will be calculated. For the biofim study, after irradiation the acrylic resin applying will be submitted to an ultrasonic homogenization. Serial dilution will be prepared and plated on BHI or Sabouraud dextrose agar. After incubation at 37ºC for 24 or 48 hours the number of colony forming units will be calculated. The results will be submitted to statistical analysis. The most effective concentrations of photosensitizers ranged from 37.5 to 1800 μM for methylene blue, 37.5 to 300 μM for toluidine blue and from 300 to 3000 μM for malachite green. Most microbial reduction was observed with the photosensitizer malachite green. It was concluded that the photosensitizers studied were effective in reducing microorganisms after photodynamic therapy / Mestre