O sistema de mobilização intracelular de poli-3-hidroxibutirato (P3HB) em Burkholderia sacchari foi analisado. A busca em genomas de Burkholderia spp. identificou duas oligômero hidrolases (PhaY1 e PhaY2) e pelo menos três P3HB despolimerases intracelulares (PhaZa1, PhaZa2 e PhaZd1). Mutantes de B. sacchari afetados na mobilização de P3HB e complementados com genes de Ralstonia eutropha apresentaram um aumento expressivo nas taxas de mobilização de P3HB, especialmente quando o gene phaZa1 foi superexpresso. A superexpressão dos genes phaZa2 ou phaZa3 também conduziu a aumentos nas taxas de mobilização embora em um grau menor que os valores obtidos com phaZa1. Dois mutantes afetados na mobilização de P3HB foram obtidos utilizando o transposon mini-Tn5 (NAM03 e NAM04). NAM03 apresentou interrupção em gene que codifica uma P3HB despolimerase intracelular (PhaZa1). NAM04 apresentou interrupção em gene anotado como serino peptidase LonA. Este pode representar um ativador da mobilização ou uma nova P3HB despolimerase intracelular. / The intracellular poly-3-hydroxybutyrate (P3HB) mobilization system in Burkholderia sacchari was analyzed. A search in Burkholderia spp. genomes identified two oligomer hydrolases (PhaY1 and PhaY2) and at least three intracellular P3HB depolymerase (PhaZa1, PhaZa2 e PhaZd1). B. sacchari mutants affected on P3HB mobilization and complemented by Ralstonia eutropha genes showed an expressive increase on P3HB mobilization rates, especially when phaZa1 was overexpressed. The overexpression of phaZa2 or phaZa3 also increased the mobilization rates though to a lesser extent than phaZa1. Two mutants affected on P3HB mobilization were obtained using the transposon mini-Tn5 (NAM03 and NAM04) .NAM03 was disrupted in a gene encoding an intracellular P3HB depolymerase (PhaZa1). NAM04 was disrupted in a gene annotated as a serine peptidase LonA. This could be a mobilization activator or a new intracellular P3HB depolymerase.

Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-09-12T20:11:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) regina_inez_souza.pdf: 2322505 bytes, checksum: fb22e286692f3f78b323a1aa5767c86b (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2017-09-18T13:03:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) regina_inez_souza.pdf: 2322505 bytes, checksum: fb22e286692f3f78b323a1aa5767c86b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T13:03:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) regina_inez_souza.pdf: 2322505 bytes, checksum: fb22e286692f3f78b323a1aa5767c86b (MD5) Previous issue date: 2017 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Na ind?stria farmac?utica, os pol?meros s?o bastante utilizados em sistemas para libera??o controlada de f?rmacos, por serem capazes de liber?-los efetivamente no local alvo, aumentando os benef?cios terap?uticos e minimizando os efeitos colaterais. Entre os pol?meros utilizados para essa finalidade, tem-se o poli(3-hidroxibutirato) (PHB) pertencente a classe dos poli(hidroxialcanoatos), sendo um pol?mero de origem microbiana, que destacase por ser biorreabsorv?vel e biocompat?vel. Quando utilizado em misturas f?sicas com outros pol?meros, as denominadas blendas, modifica-se propriedades f?sicas, mec?nicas e biol?gicas do PHB para aumentar sua aplicabilidade. Nesse sentido, o propilenoglicol (PPG) foi utilizado para prepara??o de blendas PHBPPG (90/10). O objetivo do trabalho foi preparar e estudar filmes polim?ricos constitu?dos por PHB e PHBPPG (90/10) contendo 1% e 5% de Snitrosoglutationa (GSNO), um doador de ?xido n?trico (NO) bem como sintetizar o f?rmaco e avaliar sua estabilidade ap?s armazenamento a 23?C, 4?C e -18?C durante 90 dias por an?lise t?rmica e por espectroscopia na regi?o do infravermelho. Os filmes obtidos contendo GSNO foram caracterizados por an?lise t?rmica, espectroscopia no infravermelho e avaliou-se o perfil de libera??o in vitro dos mesmos. A citotoxicidade dos extratos das matrizes constitu?das somente por PHB e PHBPPG (90/10) foi avaliada sobre c?lulas mononucleares do sangue perif?rico (PBMC) e leuc?citos totais pelo m?todo de exclus?o com azul de Tripan e sobre hem?cias pela avalia??o da atividade hemol?tica. Os resultados da an?lise t?rmica e infravermelho mostraram que a melhor forma de armazenamento de GSNO ? em 4?C e -18?C. As matrizes polim?ricas de PHB e da blenda PHBPPG (90/10) contendo 1% e 5% de GSNO, avaliadas por an?lise t?rmica foram capazes de liberar NO e apresentaram-se mais est?veis termicamente quando comparados aos filmes de PHB e da blenda sem o f?rmaco. O perfil de libera??o dos filmes de PHB e da blenda PHBPPG (90/10) mostrou que h? uma libera??o r?pida inicial de GSNO nas 24 horas iniciais seguido por um padr?o de libera??o controlada no per?odo de 1 a 8 dias para os filmes contendo 5% de GSNO, sendo o filme da blenda PHBPPG (90/10) contendo 5% de f?rmaco, o que apresentou maior porcentagem de libera??o no per?odo avaliado. Extratos provenientes dos filmes de PHB e da blenda PHBPPG (90/10) n?o apresentaram car?ter citot?xico por n?o induzirem hem?lise das hem?cias e n?o reduzirem a viabilidade celular de PBMCs e leuc?citos totais. As blendas desenvolvidas neste trabalho possuem a capacidade de libera??o controlada e in situ de ?xido n?trico, e possuem aplica??o potencial, por exemplo, no revestimento de stents coronarianos para preven??o da restenose p?s-angioplastia. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-gradua??o em Ci?ncias Farmac?uticas, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / Polymers are widely used for controlled drug release systems improving the therapeutic benefits and minimizing side effects by the pharmaceutical industry due their capability of releasing it effectively at the target site. Among the polymers used for this purpose there is poly(3-hydroxybutyrate, PHB), a polymer from microbial origin of the poly(hydroxyalkanoate) class that is both bioresorbable and biocompatible. When used as a physical blends with other polymers several properties of PHB (physical, mechanical and biological) could be modified to increase their applicability. To produce blends with PHB the propyleneglycol (PPG) was used to prepare PHBPPG blends (90/10). The aim of this work was to prepare and study polymeric films composed by PHB and PHBPPG (90/10) containing 1% and 5% S-nitrosoglutathione (GSNO), a nitric oxide (NO) donor. The GSNO was synthesized and had its stability evaluated after storage at 23 ? C, 4 ? C and -18 ? C for 90 days by thermal analysis and infrared spectroscopy. The polymer materials containing GSNO were characterized by thermal analysis, infrared spectroscopy and also their drug release capability was evaluated. The cytotoxicity of matrices constituted by PHB and PHBPPG (90/10) was evaluated on peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and total leukocytes by the exclusion method with Tripan blue and on red blood cells by the evaluation of hemolytic activity. The thermal and infrared analysis showed that the best form of GSNO storage is at 4 ? C and -18 ? C. Polymeric matrices of PHB and PHBPPG (90/10) containing 1% and 5% of GSNO, were able to release NO and were more thermally stable when compared to PHB and blends without the drug. The release profile of the PHB and PHBPPG blends (90/10) showed an initial fast release of GSNO at the initial 24 hours followed by a controlled release pattern in the period of 1 to 8 days for materials containing 5% of GSNO. The PHBPPG (90/10) blends containing 5% of drug presented the highest percentage of release in the evaluated period. The PHB and PHBPPG (90/10) blends did not present cytotoxic effects. The studied materials did not induced hemolysis of the red blood cells and did not reduced the cellular viability of PBMCs and total leukocytes. The developed blends are capable to exert the in situ controlled-release of nitric oxide and can potentially be used for example to coat coronary stents and thus help to prevent post-angioplasty restenosis.

A procura por novos materiais que possam substituir parcial ou totalmente os derivados do petróleo, representa um desafio para os pesquisadores na área de ciências dos materiais. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de materiais biodegradáveis surge como uma das opções viáveis. A introdução de biopolímeros ou aditivos naturais nas formulações de poliolefinas, utilizadas na indústria de embalagens, tem sido objeto de estudo de vários trabalhos de pesquisa. Acelerar a degradação desses materiais, de modo que a razão custo/benefício de sua produção seja favorável, é um dos objetivos desses estudos. Tem sido relatado que a adição de polidroxibutirato (PHB) à poliolefinas pode contribuir para acelerar a degradação desses materiais. Neste trabalho, misturas de polietileno (PEBD) e PHB foram preparadas em extrusora de rosca dupla, utilizando como carga, a torta de mamona, subproduto do biodiesel. Há um número muito escasso de trabalhos versando sobre a utilização da torta de mamona como aditivo na indústria de plásticos. Há, entretanto, necessidade de se encontrar maiores aplicações para esse resíduo, de forma a tornar a cadeia produtiva do biodiesel mais viável. A avaliação da biodegradação dos produtos obtidos é um dos objetivos específicos deste trabalho. A processabilidade dos materiais e as propriedades mecânicas foram avaliadas por meio dos ensaios convencionais prescritos pelas normas ASTM.. As metodologias de planejamento de experimentos: planejamento fatorial e modelagem de misturas foram utilizadas, respectivamente, para determinação das melhores condições de processamento e para avaliar o efeito da proporção dos componentes das misturas nas propriedades obtidas. O software Minitab foi usado com esta finalidade. A morfologia das misturas foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A biodegradação foi avaliada em solo simulado por diferentes períodos de tempo através de determinações de perda de massa das amostras. Os resultados obtidos demonstraram que a adição do PHB e da mamona ao PEBD levam a obtenção de propriedades superiores de flexão e ao aumento de Módulo de Young. A resistência à tração e as propriedades de impacto do PEBD se deterioraram com a adição do PHB, assim como com a adição da carga. As misturas ternárias com maior teor de PHB apresentaram biodegradação mais acentuada. A mistura com a composição polietileno, poli(3-hidroxibutirato) e torta de mamona ( 70%/20%/10%) sofreu degradação mais acelerada que as misturas binárias. Este fato sugere que a torta de mamona catalisa a degradação dos materiais, fato este que pode ser atribuído à morfologia da mistura ternária.

A procura por novos materiais que possam substituir parcial ou totalmente os derivados do petróleo, representa um desafio para os pesquisadores na área de ciências dos materiais. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de materiais biodegradáveis surge como uma das opções viáveis. A introdução de biopolímeros ou aditivos naturais nas formulações de poliolefinas, utilizadas na indústria de embalagens, tem sido objeto de estudo de vários trabalhos de pesquisa. Acelerar a degradação desses materiais, de modo que a razão custo/benefício de sua produção seja favorável, é um dos objetivos desses estudos. Tem sido relatado que a adição de polidroxibutirato (PHB) à poliolefinas pode contribuir para acelerar a degradação desses materiais. Neste trabalho, misturas de polietileno (PEBD) e PHB foram preparadas em extrusora de rosca dupla, utilizando como carga, a torta de mamona, subproduto do biodiesel. Há um número muito escasso de trabalhos versando sobre a utilização da torta de mamona como aditivo na indústria de plásticos. Há, entretanto, necessidade de se encontrar maiores aplicações para esse resíduo, de forma a tornar a cadeia produtiva do biodiesel mais viável. A avaliação da biodegradação dos produtos obtidos é um dos objetivos específicos deste trabalho. A processabilidade dos materiais e as propriedades mecânicas foram avaliadas por meio dos ensaios convencionais prescritos pelas normas ASTM.. As metodologias de planejamento de experimentos: planejamento fatorial e modelagem de misturas foram utilizadas, respectivamente, para determinação das melhores condições de processamento e para avaliar o efeito da proporção dos componentes das misturas nas propriedades obtidas. O software Minitab foi usado com esta finalidade. A morfologia das misturas foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A biodegradação foi avaliada em solo simulado por diferentes períodos de tempo através de determinações de perda de massa das amostras. Os resultados obtidos demonstraram que a adição do PHB e da mamona ao PEBD levam a obtenção de propriedades superiores de flexão e ao aumento de Módulo de Young. A resistência à tração e as propriedades de impacto do PEBD se deterioraram com a adição do PHB, assim como com a adição da carga. As misturas ternárias com maior teor de PHB apresentaram biodegradação mais acentuada. A mistura com a composição polietileno, poli(3-hidroxibutirato) e torta de mamona ( 70%/20%/10%) sofreu degradação mais acelerada que as misturas binárias. Este fato sugere que a torta de mamona catalisa a degradação dos materiais, fato este que pode ser atribuído à morfologia da mistura ternária.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manoela E Boff Zortea.pdf: 4020211 bytes, checksum: 0f828faa5dff1470fa28c16252974f2d (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The diversity of use of polymeric materials causes concern because the use of non-renewable source for its production, as well as the environmental problems caused by the accumulation of the volume of solid waste generated. Seeking to minimize this problem were sought alternative products similar to plastics of petrochemical origin, one of them is the biodegradable polymer. The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters synthesized by microorganisms from natural substances such as carbon and energy reserves, and accumulated by microbial cell in the form of intracellular granules, which may represent up to 80 % of the dry cell. The most studied polymer of this class is the polyhydroxybutyrate (P(3HB)) a biodegradable polymer that has similar features to the plastics from petroleum. This study aimed to develop for growth of bacteria Cupriavidus necator for the production of poly (3-hydroxybutyrate) using medium supplemented with cassava bagasse, whey and soybean oil. The first crops were carried out using a 2³ factorial design, to obtain the best condition at this stage of growth with the supplements tested. Other experiments used medium limited in nitrogen and higher amounts of supplements. The results obtained from the experimental design showed that the highest biomass production during growth was obtained in experiments which showed through the three supplements in their central levels, followed by testing supplements containing cheese whey and soybean oil combined or the presence of only one of these two components. Four experiments with increasing concentrations of supplement showed that waste and cheese whey hydrolyzed starch presented as good culture media for growth of C. necator, and the increased production of cell biomass (5,8 g.L-1) at the time of the nutrient nitrogen limitation occurred in the culture containing 100 % hydrolyzed starch conversion factor and the best substrate was obtained in cells in medium containing the highest amount supplement cheese whey (50 %). / A diversidade de utilização de materiais poliméricos acarreta preocupação devido a utilização de fonte não renovável para a sua produção, bem como os problemas ambientais causados pelo acúmulo do volume de lixo sólido gerado. Procurando minimizar este problema buscaram-se alternativas de produtos semelhantes aos plásticos de origem petroquímica, uma delas é o polímero biodegradável. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres sintetizados por micro-organismos como substâncias naturais de reserva de carbono e energia, sendo acumulados pela célula microbiana na forma de grânulos intracelulares, podendo representar até 80% da massa seca celular. O polímero mais estudado desta classe é o polihidroxibutirato (P(3HB)) um polímero biodegradável que possui características semelhantes às dos plásticos provenientes de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver estratégias de crescimento da bactéria Cupriavidus necator para produção de poli (3-hidroxibutirato), utilizando meio suplementado com bagaço de mandioca, soro de queijo e óleo de soja. Os primeiros cultivos foram realizados seguindo um planejamento experimental 2³, visando obter nesta etapa a melhor condição de crescimento com os suplementos testados. Os demais experimentos utilizaram meio limitado em nitrogênio e maior quantidade de suplementos. Os resultados obtidos através do planejamento experimental mostraram que as maiores produções de biomassa na fase de crescimento foram obtidas nos experimentos cujo meio apresentava os três suplementos em seus níveis centrais, seguido pelos ensaios que continham os suplementos soro de queijo e óleo de soja combinados ou somente a presença de um destes dois componentes. Quatro experimentos com aumento nas concentrações de suplemento mostraram que os resíduos soro de queijo e hidrolisado amiláceo apresentaram-se como bons meios de cultivo para o crescimento de C. necator, sendo que a maior produção de biomassa celular (5,8 g.L-1) no momento da limitação do nutriente nitrogênio ocorreu no cultivo contendo 100 % de hidrolisado amiláceo e o melhor fator de conversão de substrato em células foi obtido no meio contendo maior quantidade do suplemento soro de queijo (50 %).

O sistema de mobilização intracelular de poli-3-hidroxibutirato (P3HB) em Burkholderia sacchari foi analisado. A busca em genomas de Burkholderia spp. identificou duas oligômero hidrolases (PhaY1 e PhaY2) e pelo menos três P3HB despolimerases intracelulares (PhaZa1, PhaZa2 e PhaZd1). Mutantes de B. sacchari afetados na mobilização de P3HB e complementados com genes de Ralstonia eutropha apresentaram um aumento expressivo nas taxas de mobilização de P3HB, especialmente quando o gene phaZa1 foi superexpresso. A superexpressão dos genes phaZa2 ou phaZa3 também conduziu a aumentos nas taxas de mobilização embora em um grau menor que os valores obtidos com phaZa1. Dois mutantes afetados na mobilização de P3HB foram obtidos utilizando o transposon mini-Tn5 (NAM03 e NAM04). NAM03 apresentou interrupção em gene que codifica uma P3HB despolimerase intracelular (PhaZa1). NAM04 apresentou interrupção em gene anotado como serino peptidase LonA. Este pode representar um ativador da mobilização ou uma nova P3HB despolimerase intracelular. / The intracellular poly-3-hydroxybutyrate (P3HB) mobilization system in Burkholderia sacchari was analyzed. A search in Burkholderia spp. genomes identified two oligomer hydrolases (PhaY1 and PhaY2) and at least three intracellular P3HB depolymerase (PhaZa1, PhaZa2 e PhaZd1). B. sacchari mutants affected on P3HB mobilization and complemented by Ralstonia eutropha genes showed an expressive increase on P3HB mobilization rates, especially when phaZa1 was overexpressed. The overexpression of phaZa2 or phaZa3 also increased the mobilization rates though to a lesser extent than phaZa1. Two mutants affected on P3HB mobilization were obtained using the transposon mini-Tn5 (NAM03 and NAM04) .NAM03 was disrupted in a gene encoding an intracellular P3HB depolymerase (PhaZa1). NAM04 was disrupted in a gene annotated as a serine peptidase LonA. This could be a mobilization activator or a new intracellular P3HB depolymerase.

O objetivo deste trabalho foi o estudo das propriedades mecânicas e térmicas do PHB e de compósitos de PHB/pó de madeira processados, reprocessados e irradiados. Foram preparados compósitos com PHB e pó de madeira com concentrações de PHB/pó de madeira de 90/10, 80/20 e 70/30 (m/m). Foram realizados ensaios de propriedades mecânicas, HDT, ponto de amolecimento Vicat, TGA e DSC. A incorporação do pó de madeira aumentou o grau de cristalinidade e a temperatura de cristalização do polímero, e nos compósitos PHB/pó de madeira 80/20 e 70/30 a rigidez do material aumentou em relação ao polímero puro. O compósito PHB/pó de madeira 70/30 apresentou os melhores resultados em termos econômicos, de processamento e de estabilidade em relação ao reprocessamento. A irradiação após o processamento, em dose de 30 kGy, provocou aumento da rigidez do PHB puro e dos compósitos PHB/pó de madeira 90/10 e 80/20, embora as outras propriedades tenham decrescido. O compósito PHB/pó de madeira 70/30 apresentou queda de todas as propriedades com a irradiação. / The purpose of this work was the study of the mechanical and thermal properties of processed, reprocessed and irradiated PHB, as well as PHB/wood flour composites. PHB/wood flour composites were prepared with PHB/wood relation of 90/10, 80/20 e 70/30 (w/w). Mechanical properties, HDT, Vicat melting point and thermo analyses (TGA and DSC) tests were carried out. The introduction of the wood flour increased both polymer crystallinity and crystallization temperature. The material stiffness increased in PHB/wood flour composites (80/20 and 70/30) resulting in higher values in some properties when compared with pure PHB. The PHB/wood flour composite 70/30 showed the best results in terms of economy, processing and stability during reprocessing. The irradiation after processing in 30kGy doses led to a stiffness increasing of pure PHB and PHB/wood flour composites (90/10 and 80/20) while other properties have decreased. The PHB/wood flour 70/30 showed decreasing in all properties after irradiation.

"Desarrollo y optimización de formulaciones industriales basadas en poli(3-hidroxibutirato) (PHB) mediante sistemas de mezclado y plastificación" El principal objetivo de la presente tesis ha sido el desarrollo y caracterización de diferentes formulaciones a partir de poli(3-hidroxibutirato) (PHB) con el fin de mejorar sus propiedades. El PHB es un polímero sintetizado mediante fermentación bacteriana por diferentes tipos de bacterias, que se caracteriza por ser biodegradable, biocompatible y por presentar unas propiedades mecánicas que lo hacen un polímero interesante como sustituto de los polímeros de uso común obtenidos a partir del petróleo. Sin embargo, a día de hoy, el PHB presenta una serie de inconvenientes que hacen que no sea competitivo con los polímeros de uso común y, por tanto, dificultan su introducción a nivel industrial. Entre dichos inconvenientes se encuentra su elevado coste, su elevada fragilidad debida a su alta cristalinidad y su estrecha ventana de procesado, ya que su degradación térmica se inicia a temperaturas cercanas a la de su fusión. Por ello, en la presente tesis se han llevado a cabo diferentes tecnologías de modificación del PHB, todas ellas encaminadas a reducir sus inconvenientes con el objetivo de mejorar su funcionalidad y ampliar su uso a nivel industrial. Una de dichas estrategias de mejora ha consistido en la plastificación del polímero biodegradable mediante el empleo de plastificantes derivados de aceites vegetales, como son el aceite de linaza epoxidado (ELO), el aceite de soja epoxidado (ESBO), el aceite de linaza maleinizado (MLO) y los ésteres de ácidos grasos epoxidados (EFAE). La segunda de las estrategias empleadas ha sido el desarrollo de formulaciones mediante la mezcla física o "blending" del PHB con otro polímero biodegradable como es la poli(e-caprolactona) (PCL), así como la mejora de la miscibilidad entre ambos polímeros mediante el empleo de un agente compatibilizante, el peróxido de dicumilo (DCP). La última de las estrategias seguidas ha consistido en la incorporación de pequeñas cantidades de nanocargas en la mezcla de PHB/PCL sin compatibilizar y compatibilizada con DCP. Concretamente, se ha estudiado el efecto de la incorporación de nanotubos de haloisita sin tratar y tratados superficialmente con silano (3-glicidoxipropiltrimetoxisilano) y con ácido cafeico en la mezcla de PHB/PCL compatibilizada con DCP. Además, también se ha analizado el efecto de diferentes cantidades de nanocristales de celulosa obtenidos y optimizados a partir de un residuo forestal, como son las piñas de los pinos, en la mezcla de PHB/PCL sin compatibilizar. De forma general, la presente tesis muestra diferentes alternativas para la mejora de las propiedades del PHB. Estas alternativas permiten obtener formulaciones más económicas y con propiedades mejoradas, aumentando así su competitividad a nivel industrial. Además, dichas modificaciones amplían el rango de aplicaciones del polímero biodegradable en sectores como el del envase y el embalaje o el sector médico. / "Development and optimization of industrial formulations based on poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) by blending and plasticization" The main aim of the present doctoral thesis is the development and characterization of several formulations from poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) with the main purpose of improving its properties. PHB is synthesized from bacterial fermentation by several bacteria. It is characterized by being biodegradable, biocompatible and it also shows interesting mechanical properties that make it an interesting alternative to commodity plastics derived from petroleum. Nevertheless, up today, PHB still shows some drawbacks that are responsible for its low competitiveness versus commodity plastics thus restricting its industrial applications. Among these drawbacks, it is worthy to note its high cost, its high brittleness due to high crystallinity and its extremely narrow processing window. In fact, thermal degradation starts at a temperature near the end of the melt process. For these reasons, several technologies to modify PHB have been addressed in this doctoral thesis, with the main aim of overcoming the above-mentioned drawbacks and, hence, improve its functionality and potential industrial applications. The first strategy has consisted on plasticization of the biodegradable polymer by using several vegetable oil-derived plasticizers such as epoxidized linseed oil (ELO), epoxidized soybean oil (ESBO), maleinized linseed oil (MLO) and epoxidized fatty acid esters (EFAE). The second strategy has been the development of industrial formulations by physical blending PHB with other biodegradable polymer, i.e., poly(e-caprolactone) (PCL), as well as the improvement of the miscibility between these two polymers by reactive extrusion with dicumyl peroxide (DCP) which produces compatibilization. The last strategy has consisted on the addition of small amounts of nanofillers into the PHB/PCL blend both non-compatibilized and compatibilized with DCP. In particular, the effect of the addition of halloysite nanotubes (HNTs), without treatment and with a silane (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) and caffeic acid surface treatment, to the PHB/PCL blend compatibilized with DCP has been studied. In addition, the effect of different cellulose nanocrystals (CNCs) obtained and optimized from forestry wastes, i.e., pine cones, on the PHB/PCL blend has been studied. As a general conclusion, this doctoral thesis shows different approaches to improve the overall properties of PHB. These approaches allow to obtain cost-effective formulations with improved properties, thus increasing their competitiveness at industrial scale. These formulations broadens the potential use of PHB in sectors such as packing or medical. / "Desenvolupament i optimització de formulacions industrials derivades de poli(3-hidroxibutirat) (PHB) mitjançant sistemes de mescla i plastificació" El principal objectiu de la present tesi ha sigut el desenvolupament i caracterització de diferents formulacions a partir de poli(3-hidroxibutirat) (PHB) amb la finalitat de millorar les seues propietats. El PHB és un polímer sintetitzat mitjançant fermentació bacteriana per diferents bacteris, que es caracteritza per ser biodegradable, biocompatible i per presentar unes propietats mecàniques que el fan molt atractiu com a substitut dels anomenats "plàstics d'ús comú" obtinguts del petroli. Malgrat això, a dia de hui, el PHB presenta una sèrie d'inconvenients que fan que no siga competitiu amb aquests "plàstics d'ús comú" i, per tant, dificulten la seua introducció a nivell industrial. Entre aquests inconvenients destaca el seu elevat cost, la seua elevada fragilitat deguda a una elevada cristal·linitat i una estreta finestra de processat, ja que la seua degradació tèrmica comença a temperatures molt properes a la de fusió. És per això, que en aquesta tesi s'han dut a terme diferents tecnologies de modificació de PHB, totes elles encaminades a reduir els seus inconvenients amb l'objectiu de millorar la seua funcionalitat i ampliar el seu ús a nivell industrial. Una de les esmentades estratègies de millora ha consistit en la plastificació del polímer biodegradable mitjançant la utilització de plastificants derivats d'olis vegetals, com són l'oli de lli epoxidat (ELO), l'oli de soja epoxidat (ESBO), l'oli de lli maleinitzat (MLO) i els ésters d'àcids grassos epoxidats (EFAE). La segona de les estratègies empleades ha sigut el desenvolupament de formulacions mitjançant la mescla física o "blending" del PHB amb altre polímer biodegradable com és la poli(e-caprolactona) (PCL), així com la millora de la miscibilitat entre ambdós polímers mitjançant la utilització d'un agent compatibilitzant, el peròxid de dicumil (DCP). L'última de les estratègies seguides ha consistit en la incorporació de petites quantitats de nanocàrregues en la mescla de PHB/PCL sense compatibilitzar i compatibilitzada amb DCP. En particular, s'ha estudiat l'efecte de la incorporació de nanotubs d'hal·loysita sense tractar i tractats superficialment amb un silà (3-glicidoxipropiltrimetoxisilà) i amb àcid cafeic a la mescla de PHB/PCL compatibilitzada amb DCP. A més a més, també s'ha considerat l'efecte de diferents quantitats de nanocristalls de cel·lulosa obtinguts i optimitzats a partir d'un residu forestal, com ara les pinyes dels pins, en la mescla de PHB/PCL sense compatibilitzar. De forma general, la present tesi mostra diferents alternatives per a la millora de les propietats del PHB. Aquestes alternatives permeten obtenir formulacions més econòmiques i amb propietats millorades, augmentant així la seua competitivitat a nivell industrial. A més a més, les esmentades modificacions amplien el rang d'aplicacions del polímer biodegradable en sectors com ara l'envàs i embalatge o bé, el sector mèdic. / García García, D. (2018). Desarrollo y optimización de formulaciones industriales basadas en poli(3-hidroxibutirato) (PHB) mediante sistemas de mezclado y plastificación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/105868 / TESIS

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:13:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Malaquias Barbosa.pdf: 3020021 bytes, checksum: d88917643a806ad362e493cbc6e1776b (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / Manidipine is a third-generation calcium channel blocking effective in the treatment of hypertension, which its use has been related to further metabolic effects of potential clinical interest. However, its high lipophilicity results in undesirable physicochemical and biopharmaceutical properties. Thus, a pharmaceutical improvement is necessary to achieve a remarkable advance in its absorption and bioavailability. In that sense, the aim of this paper was to microencapsulate the manidipine in order to avoid its spontaneous compartmentalization in adipocytes and make its intestinal transit longer, with appropriate release rates and duration to generate the desired antihypertensive effect. Poly(ε-caprolactone) (PCL) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) microparticles containing manidipine were successfully prepared by simple emulsion/solvent evaporation method. Considering the lack of validated methods for drug quantification in these microparticles, an analytical method by high efficiency liquid chromatography with spectrometric detection in the ultraviolet region was previously developed and validated. This method proved to be selective, linear (r = 0.9992), precise (RSD < 2.08 %) and accurate (recovery capacity between 95.02 and 100.41%) in the range from 10 to 50 μg.mL-1. The chromatography was robust when underwent slight variations in the mobile phase composition and column temperature. All four formulations showed loading efficiency rates greater than 80% and average particle sizes less than 8 μm. Microparticulate systems showed a spherical shape with smooth and porous surface for PCL and PHBV formulations, respectively. According to Fourier-transformed infrared analysis, initial components were not chemically modified during microencapsulation process, whereas X-ray diffraction patterns and differential scanning calorimetry analysis demonstrated that this process led to drug amorphization. In vitro dissolution profile showed that all microparticles prepared were able to sustain manidipine release, especially which one prepared from PCL, that contained 5% of the drug loaded (PCL-M5). Animal studies demonstrated that PCL-M5 formulation was able to hold the mean arterial pressure variation after phenylephrine administration up to 24 hours. These data demonstrate the sustained antihypertensive effect of the proposed microparticles. Results provided an experimental basis for using PCL-M5 formulation as an oral manidipine carrier. / A manidipina é um bloqueador de canal de cálcio de terceira geração, eficaz no tratamento da hipertensão arterial. Seu uso está relacionado a efeitos metabólicos adicionais de potencial interesse clínico. Entretanto, sua extrema lipofilicidade resulta em propriedades físico-químicas e farmacocinéticas indesejáveis. Assim, torna-se necessário um aprimoramento farmacotécnico para alcançar um avanço expressivo na absorção e na biodisponibilidade desse fármaco. Com esse propósito, o objetivo deste trabalho foi microencapsular a manidipina a fim de evitar sua compartimentalização espontânea nos adipócitos e prolongar seu tempo de trânsito intestinal, com taxas de liberação e duração adequadas para gerar o efeito anti-hipertensivo desejado. Micropartículas de poli(ε-caprolactona) (PCL) e poli(3-hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) contendo manidipina foram preparadas com êxito pelo método de emulsão simples/evaporação do solvente orgânico. Diante da ausência de métodos validados para quantificação do fármaco encapsulado nestas micropartículas, um método para o doseamento por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção espectrométrica na região do ultravioleta foi previamente desenvolvido e validado. Esse método mostrou-se seletivo, linear (r = 0,9992), preciso (DPR < 2,08 %) e exato (capacidade de recuperação entre 95,02 e 100,41%) no intervalo de 10 a 50 μg.mL-1. Além disso, a cromatografia foi robusta quando submetida a pequenas variações na composição da fase móvel e temperatura da coluna. As quatro formulações apresentaram eficiências de encapsulação superiores a 80% e tamanhos médios de partícula inferiores a 8 μm. Os sistemas microparticulados apresentaram uma forma esférica com superfície lisa e porosa para as formulações de PCL e PHBV, respectivamente. De acordo com as análises por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, os componentes iniciais não foram quimicamente alterados durante o processo de microencapsulação, ao passo que as análises de difratometria de raios-X e de calorimetria exploratória diferencial demonstraram que esse processo levou a amorfização do fármaco. Os perfis de dissolução in vitro confirmaram a capacidade que as micropartículas apresentam de prolongar a liberação da manidipina, especialmente àquelas preparadas a partir da PCL, que continham 5% de fármaco encapsulado (PCL-M5). Os estudos em animais mostraram que a formulação PCL-M5 foi capaz de minimizar a variação da pressão arterial média, frente à administração de fenilefrina, por até 24 horas. Este dado confirma o efeito anti-hipertensivo prolongado da micropartícula proposta. Os resultados forneceram um embasamento experimental que viabiliza o uso da formulação PCL-M5 como um carreador oral da manidipina.

O copolímero biodegradável poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) P(3HB-co-3HHx) é um polihidroxialcanoato (PHA) que apresenta várias aplicações. A bactéria Burkholderia sacchari acumula P(3HB-co-2mol%3HHx), a partir de glicose e ácido hexanoico. Com o objetivo de obter P(3HB-co-3HHx) com diferentes teores de 3HHx por B. sacchari, foram construídas linhagens recombinantes, contendo genes do operon phaPCJ de Aeromonas spp. Os recombinantes produziram P(3HB-co-3HHx), a partir de ácidos hexanoico, láurico e linoleico, com teores de 3HHx entre 1,88-18 mol%. Experimentos em biorreator com o recombinante, alimentada na fase de acúmulo por glicose 140 g/L e ácido hexanoico entre 0-45 g/L, resultaram copolímeros com composições variando de 0 a 20 mol% de 3HHx. Os copolímeros assim produzidos foram extraídos e analisados quanto às propriedades físicas. A análise de fluxos metabólicos indicou que a produção de PHA pode ser aumentada com mudanças no metabolismo central e deleção/superexpressão de genes. / The biodegradable copolymer poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) P(3HB-co-3HHx) is a polyhydroxyalkanoate (PHA) presenting various applications. The bacterium Burkholderia sacchari accumulated P(3HB-co-2mol%3HHx) from glucose and hexanoic acid. In order to obtain P(3HB-co-3HHx) with different 3HHx amounts by B. sacchari, recombinant strains containing phaPCJ operon genes from Aeromonas spp were constructed. Recombinant strains produced P(3HB-co-3HHx) from hexanoic, lauric and linoleic acids, with contents of 3HHx ranging from 1.88 to 18 mol%. Experiments with the recombinant in bioreactor, fed in the accumulation phase by glucose 140 g.l-1and hexanoic acid 0-45 g.l-1, resulted in copolymers with compositions ranging from 0 to 20 mol% of 3HHx. The copolymers produced were extracted and analyzed for physical properties. The metabolic flux analysis indicated that PHA production can be increased by modifying the central metabolism and deleting/ overexpressing genes.