Neste trabalho realizou-se estudos comparativos da fototransformação da protoporfirina IX (PpIX) sintética e endógena, extraída de glândulas Harderianas dos ratos da espécie Rattus Novergicus Albinus, quando irradiada pela luz visível. A fototransformação foi analisada através de monitoramento dos espectros de absorção ótica e de fluorescência em soluções aquosas homogêneas de tampão fosfato e na presença de micelas e albumina de soro bovino (ASB) e em soluções não aquosas de Acetonitrila e Dimetilsulfóxido na proporção 3:1 e em acetona, todos na presença e ausência de oxigênio. Além disso, foram obtidos através de técnica de flash fotólise as curvas cinéticas da absorção do Tripleto da PpIX e da fosforescência do oxigênio singleto. Observamos que sob ação de luz visível, a PplX sobre fototransformação cujas características dependem tanto da natureza da PplX qunto do ambiente onde a PplX se encontra. Devido a sua alta hidrofobicidade a PplX sintética em solução aquosa está presente em forma de agregados o que diminui a velocidade da sua fototransformação. Já a PplX endógena, quando em soluções aquosas, não sofre agregação, pois continua ligada com algumas estruturas biológicas de natureza anfifílica, que sobraram após sua extração de glândulas, e sua velocidade de fototransformação é elevada. A ligação com essas estruturas aumenta a afinidade da PplX endógena com micelas e dificulta sua ligação com a ASB. Os processos de fototransformação de ambas as PplX na interação com as micelas, com ASB e em tecidos glandulares in vivo são semelhantes. Isso mostra que o processo de fototransformação em meio micelar e na interação com ASB modela com sucesso o processo dentro de tecidos.Baseando-se nos fatos que a taxa de fototransformação da PplX aumenta na presença do oxigênio e que foi observada a formação do oxigênio singleto pela transferência de energia do estado tripleto da PplX para o oxigênio molecular, podemos dizer que o mecanismo tipo II contribui na fototransformação da PplX e esse mecanismo é responsável pela formação de fotoproduto, caracterizado pelos novos picos nos espectros de absorção óptica e de fluorescência. Entretanto, a existência de fototransformação da PplX na ausência do oxigênio mostra a participação de outros mecanismos de fototransformação. / In this work we carried out comparative studies of phototransformation of protoporphyrin IX (PpIX) both synthetic and endogenous, extracted from the Harderian glands of the Rattus Novergicus Albinus, when irradiated by visible light. The phototransformation was analyzed by monitoring the PpIX optical absorption and fluorescence spectra in homogeneous aqueous solution (phosphate buffer) and in the presence of bovine serum albumin (BSA), micelles, formed from different surfactants, in non-aqueous acetonitrile and dimethyl sulfoxide 3:1 solutions, and in acetone, both in the presence and absence of oxygen. Besides, the kinetic curves of the PpIX Triplet state absorption and the singlet oxygen phosphorescence were obtained using the flash photolysis technique. It was observed that when irradiated with visible light PplX suffers phototransformation with characteristics depending on its nature and on the environment. Due to high hydrophobicity the synthetic PplX forms aggregates, which reduces its phototransformation rate, while the endogenous PplX is not aggregated due to its interaction with the residues of some biological amphiphilic structures, which continue after it extraction from glands, and its phototransformation rate is elevated. Besides, the interaction with these structures increases the endogenous porphyrin affinity with micelles and reduces that with BSA. The characteristics of both PplX phototransformation in micellar media, at the interaction with BSA and in the gland tissues in vivo are similar. This demonstrates that the phototransformation process in micellar media and at the interaction with BSA may successfully simulate the process in the tissue.Basing on the facts that the phototransformation rate increases in the presence of molecular oxygen and that the singlet oxygen formation due to energy transfer from the PplX triplet state to oxygen was observed we can conclude that the type II mechanism contributes on the PplX phototransformation and is responsible on the formation of a photoproduct with observed new optical absorption and fluorescence peaks. At the same time, the PplX phototransformation in the oxygen absence shows the participation of other mechanisms on the PplX phototransformation.

Neste trabalho realizou-se estudos comparativos da fototransformação da protoporfirina IX (PpIX) sintética e endógena, extraída de glândulas Harderianas dos ratos da espécie Rattus Novergicus Albinus, quando irradiada pela luz visível. A fototransformação foi analisada através de monitoramento dos espectros de absorção ótica e de fluorescência em soluções aquosas homogêneas de tampão fosfato e na presença de micelas e albumina de soro bovino (ASB) e em soluções não aquosas de Acetonitrila e Dimetilsulfóxido na proporção 3:1 e em acetona, todos na presença e ausência de oxigênio. Além disso, foram obtidos através de técnica de flash fotólise as curvas cinéticas da absorção do Tripleto da PpIX e da fosforescência do oxigênio singleto. Observamos que sob ação de luz visível, a PplX sobre fototransformação cujas características dependem tanto da natureza da PplX qunto do ambiente onde a PplX se encontra. Devido a sua alta hidrofobicidade a PplX sintética em solução aquosa está presente em forma de agregados o que diminui a velocidade da sua fototransformação. Já a PplX endógena, quando em soluções aquosas, não sofre agregação, pois continua ligada com algumas estruturas biológicas de natureza anfifílica, que sobraram após sua extração de glândulas, e sua velocidade de fototransformação é elevada. A ligação com essas estruturas aumenta a afinidade da PplX endógena com micelas e dificulta sua ligação com a ASB. Os processos de fototransformação de ambas as PplX na interação com as micelas, com ASB e em tecidos glandulares in vivo são semelhantes. Isso mostra que o processo de fototransformação em meio micelar e na interação com ASB modela com sucesso o processo dentro de tecidos.Baseando-se nos fatos que a taxa de fototransformação da PplX aumenta na presença do oxigênio e que foi observada a formação do oxigênio singleto pela transferência de energia do estado tripleto da PplX para o oxigênio molecular, podemos dizer que o mecanismo tipo II contribui na fototransformação da PplX e esse mecanismo é responsável pela formação de fotoproduto, caracterizado pelos novos picos nos espectros de absorção óptica e de fluorescência. Entretanto, a existência de fototransformação da PplX na ausência do oxigênio mostra a participação de outros mecanismos de fototransformação. / In this work we carried out comparative studies of phototransformation of protoporphyrin IX (PpIX) both synthetic and endogenous, extracted from the Harderian glands of the Rattus Novergicus Albinus, when irradiated by visible light. The phototransformation was analyzed by monitoring the PpIX optical absorption and fluorescence spectra in homogeneous aqueous solution (phosphate buffer) and in the presence of bovine serum albumin (BSA), micelles, formed from different surfactants, in non-aqueous acetonitrile and dimethyl sulfoxide 3:1 solutions, and in acetone, both in the presence and absence of oxygen. Besides, the kinetic curves of the PpIX Triplet state absorption and the singlet oxygen phosphorescence were obtained using the flash photolysis technique. It was observed that when irradiated with visible light PplX suffers phototransformation with characteristics depending on its nature and on the environment. Due to high hydrophobicity the synthetic PplX forms aggregates, which reduces its phototransformation rate, while the endogenous PplX is not aggregated due to its interaction with the residues of some biological amphiphilic structures, which continue after it extraction from glands, and its phototransformation rate is elevated. Besides, the interaction with these structures increases the endogenous porphyrin affinity with micelles and reduces that with BSA. The characteristics of both PplX phototransformation in micellar media, at the interaction with BSA and in the gland tissues in vivo are similar. This demonstrates that the phototransformation process in micellar media and at the interaction with BSA may successfully simulate the process in the tissue.Basing on the facts that the phototransformation rate increases in the presence of molecular oxygen and that the singlet oxygen formation due to energy transfer from the PplX triplet state to oxygen was observed we can conclude that the type II mechanism contributes on the PplX phototransformation and is responsible on the formation of a photoproduct with observed new optical absorption and fluorescence peaks. At the same time, the PplX phototransformation in the oxygen absence shows the participation of other mechanisms on the PplX phototransformation.

A cor vermelha brilhante característica do presunto Parma é resultante, principalmente, do pigmento Zinco-protoporfirina IX (ZnPP). A ZnPP é formada a partir da mioglobina por uma reação de transmetalação, catalisada pela enzima ferroquelatase (FECH), em que o íon de Fe(II) coordenado ao grupo heme é substituído pelo íon Zn(II). O presunto Parma apresenta uma maior estabilidade oxidativa em relação aos demais produtos cárneos curados além de não conter nitrito e nitrato, portanto, são considerados mais saudáveis. A utilização da FECH no processamento de carnes curadas pode permitir a produção de produtos cárneos curados mais saudáveis e em menor tempo. No presente trabalho a proteína ferroquelatase de Bacillus subtilis (BsFECH) foi expressa em células de E. coli BL21(DE3), purificada por cromatografia de afinidade ao níquel e exclusão por tamanho e caracterizada por dicroísmo circular, emissão de fluorescência do triptofano e cromatografia de exclusão por tamanho analítico. Em termos de estabilidade foi encontrado que altas concentrações de sal aumentam a estabilidade da proteína frente aos agentes denaturantes ureia e temperatura. A BsFECH produzida é capaz de ligar-se ao substrato modelo de porfirina (TPPS), conforme verificado por espectroscopia de UV-Vis, com uma Ka = 3,8x105 M-1 e é capaz de se associar à metamioglobina, conforme verificado por reação de cross-linking com dissuccinimidil suberato e avaliado por SDS-PAGE. A BsFECH aumenta significativamente a taxa de inserção de íons de zinco na TPPS e mostra uma cinética de saturação com uma constante de ligação aparente de Zn(II) ao complexo [BsFECH-TPPS] de 1,3x104 M e uma constante de primeira ordem de 6,6x10-1 h-1 para a dissociação do complexo ternário. A reação de troca ferro/zinco na mioglobina catalisada pela BsFECH é facilitada pela proteólise limitada da mioglobina com pepsina que abre um caminho para a reação de troca metálica com base na interação proteína-proteína entre o fragmento globina da mioglobina e a BsFECH. / The bright red color, characteristic of the Parma ham, results mainly of the pigment Zinc-Protoporphyrin IX (ZnPP). The ZnPP is formed from myoglobin by the reaction, catalyzed by ferrochelatase enzyme (FECH), in which Fe(II) ions coordinated to the heme group is replaced by Zn(II) ions. Parma ham shows greater oxidative stability when compared to others cured meat products besides do not contain nitrite and nitrate and, therefore, is considered healthier. The use of FECH in the processing of cured meats may allow the production of healthier cured meat products in a shorter period of time. In this work, the ferrochelatase protein from Bacillus subtilis was expressed in E. coli BL21(DE3) cells, purified by nickel affinity chromatography and size exclusion, and characterized by circular dichroism, fluorescence emission of tryptophan and analytical size exclusion chromatography. In terms of stability, it was found that the high salt content enhances the protein stability against the denaturation agents urea and temperature. The BsFECH produced is able to bind to the porphyrin model substrate (TPPS), as verified by UV-Vis spectroscopy, with Ka = 3.8x105 M-1 and is capable to associate to metamyoglobin as verified by cross-linking reaction with dissuccinimidil suberato, as observed by SDS-PAGE. The BsFECH increases, significantly, the zinc ions insertion rate in TPPS and shows a saturation kinetics behavior with an apparent biding constant of Zn(II) to the [BsFECH-TPPS] complex of 1.3x104 M and a first order rate constant for the dissociation of ternary complex of 6.6x10-1 h-1. The Fe/Zn exchange reaction in the myoglobin as catalyzed by BsFECH is facilitated by myoglobin-limited proteolysis with pepsin that opens a reaction channel for the metallic exchange based on protein-protein interaction between the globin moiety of myoglobin and BsFECH.

A protoporfirina IX (PpIX) ocupa um lugar especial entre a família das porfirinas devido ao seu importante papel na natureza e diversas aplicações, inclusive em terapia fotodinâmica. Sob ação da luz visível, a PpIX transforma-se em fotoprodutos que podem ser citotóxicos ou fotocitotóxicos, e isto pode, de um lado, aumentar a eficiência do tratamento e, por outro lado, apresentar toxicidade no escuro, prejudicando o paciente. Como as características da sua fototransformação dependem do ambiente onde elas se encontram, tornam-se importantes os estudos dos efeitos do ambiente nas características da sua fototransformação. As propriedades espectroscópicas da PpIX sintética e endógena, extraída das glândulas harderianas de ratos da espécie Rattus novergicus albinus, e seus fotoprodutos e a atividade citotóxica foram estudadas no escuro e sob ação da luz visível em uma cultura de células malignas, em comparação com Photogem® e a porfirina TPPS4. A localização das protoporfirinas e seus fotoprodutos dentro da estrutura celular também foram observadas. Foi notado que existe uma diferença entre os espectros de absorção e fluorescência das PpIX endógena e sintética e também de seus fotoprodutos, e do grau de sua fototransformação. Associou-se estes efeitos à diferença do ambiente onde as porfirinas se encontravam, devido a interação da PpIX endógena e de seu fotoproduto com compostos celulares que poderiam estar presentes depois da purificação da PpIX obtida da glândula. A fotocitotoxicidade das PpIX sintética e endógena foram comparáveis. Os fotoprodutos, tanto da PpIX sintética quanto endógena não apresentaram fotocitotoxicidade ou mostraram fotocitotoxicidade menor do que a das porfirinas, resultado contrário ao encontrado na literatura. Em relação ao padrão Photogem®, as protoporfirinas apresentaram uma fotocitotoxicidade comparável a ele, mas uma citotoxicidade no escuro maior. A TPPS4 demonstrou tanto uma fototoxicidade, como uma citotoxicidade no escuro menor que o Photogem®. Da análise da distribuição intracelular das porfirinas PpIX e seus fotoprodutos com a de marcadores padrões de estruturas celulares, pode ser concluído que eles não penetraram no núcleo da célula, e sua distribuição nas demais partes do citoplasma foi difusa, sem nenhuma localização preferencial. / The protoporphyrin IX (PpIX) occupies a special place among the porphyrins family due their important role in nature and several applications, including Photodynamic Therapy. Under the action of visible light, PpIX becomes photoproducts that can be cytotoxic or photocytotoxic and these effects can, on one hand, increase the treatment efficiency and, on the other hand, be toxic in the dark, harming the patient. Since the characteristics of its phototransformation depend on the environment where they are finding, studies of the effects of environment on the characteristics of its phototransformation are important. The spectroscopic properties and cytotoxic activity were studied in the dark and under visible light action of synthetic and endogenous PpIX, extracted from mice harderian gland of the Rattus novergicus albinus species and its photoproducts, in a culture of malignant cells, compared with Photogem® and TPPS4 porphyrin. The cellular localization of protoporphyrin and its photoproducts inside cellular structure also were observed. It was observed that there is a difference between the fluorescence and absorption spectra of synthetic and endogenous PpIX and between its photoproducts and also the degree of its phototransformation. These effects can be linked to the difference of the environment where the porphyrins were, due the interaction of endogenous PpIX and its photoproducts with cellular components that could be present after purification of PpIX obtained from the gland. The photocytotoxic of synthetic and endogenous PpIX were comparable. The photoproducts of both synthetic and endogenous PpIX showed no photocytotoxic or were smaller than of porphyrins, a contrary result to that it was found in the literature. In relation to pattern composite Photogem®, the protoporphyrin showed a photocytotoxic comparable to it, but protoporphyrin a higher cytotoxicity in the dark. The TPPS4 demonstrated both a lower phototoxicity as a cytotoxicity in the dark than Photogem®. From analysis of intracellular distribution of the porphyrin PpIX and its photoproducts with markers patterns of cellular structures, may be concluded that they did not penetrate into the cell nucleus and its distribution in other parts of the cytoplasm was diffuse, without preferential location.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5303.pdf: 8333184 bytes, checksum: b25ca1b60f49f5b7b3e1fefe4acfa539 (MD5) Previous issue date: 2012-10-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The main objective of this work was to construct amphiphilic chlorins with low aggregation in a physiological environment. The synthesis and structural characterization of the target compounds were carried out, and preliminary photophysical studies have been performed to point out the best candidates for further photochemical and biological studies (PDT studies) Initially, the porphyrin precursor 2 was synthesized using accessible reagents and a simple methodology, as described in Scheme 3. Scheme 3. Synthesis of new chlorins. i) C6H5Cl/PTSA, reflux, 2h and then ii) MeOH/H2SO4 5%, rt, overnight, 72% yield (2 steps); iii) solvent/conditions (Tabela 1) and maleiimide 9; iv) solvent/conditions (Tabela 2) and maleiimide 10; v) NH2OCH2CH2OH, THF, reflux. The second part of the work involved the Diels Alder reactions between the dienophiles (9 and 10) and porphyrin 2, as shown in Scheme 3. The synthesis of the dienophiles involved initial protection with ethylene glycol (to 7) or ethylenedithiol (to 11). The ethylene glycol protected compound 7 did not provide the expected results yielding only by-products. On the other hand, the approach using ethylenedithiol as protecting group allowed the effective synthesis of maleimides 9 and 10 (Scheme 4). Scheme 4. Synthesis of maleimides. We decided to study the relative reactivity of maleimides 9 and 10 under the Diels-Alder reactions conditions with porphyrin 2, as well as establish the ideal conditions to obtain chlorins 3a/3b and 4a/4b. Our best results were obtained for chlorins 3a and 3b with 37% and 37% yield for both; for chlorins 4a and 4b the yields were 36% and 35%, respectively. Finally, the versatility of chlorins 4a and 4b, as multi-functionalizable photosensitizers, was evaluated. These compounds reacted with 2-aminoxyethanol and the oxime-type amphiphilic derivatives 5a/5b were obtained in 67% and 74% yield, respectively. The reported compounds in this dissertation were characterized by 1D and 2D NMR spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, infrared spectroscopy and low or high resolution mass spectrometry. The structures were assigned unambiguously. Through the synthetic studies, some photophysical tests, such as singlet oxygen production measurements, were conducted in order to evaluate the potential of chlorins 3a/3b and 4a/4b for PDT studies. 1H NMR aggregation studies were also performed to demonstrate the absence of aggregation in solution at the studied concentrations (high concentrations). / Neste trabalho empreendemos esforços para produzir clorinas anfifílicas e de baixa agregação em meios fisiológicos. Além da síntese e caracterização estrutural dos novos compostos, foram realizados estudos fotofísicos preliminares, com o objetivo de apontar os melhores candidatos para estudos fotoquímicos e biológicos posteriores (estudos em PDT). Para a síntese dos novos fotossensibilizadores, foi realizada inicialmente a preparação da porfirina de partida 2, pelo uso de reagentes acessíveis e metodologias simples, conforme descrito no Esquema 1. Esquema 1. Síntese de novas clorinas. i) C6H5Cl/PTSA, reflux, 2h e então ii) MeOH/H2SO4 5%, ta, 12h, 72% rendimento (2 etapas); iii) solvente/condições (Tabela 1) e maleimida 9; iv) solvente/condições (Tabela 2) e maleimida 10; v) NH2OCH2CH2OH, THF, PTSA, t.a. Para a realização das reações de Diels Alder propostas no Esquema 1, utilizaram-se dois dienófilos (9 e 10) sintetizados de acordo com o Esquema 2. A abordagem envolvendo a proteção com etileno glicol não forneceu os resultados esperados, entretanto, a abordagem utilizando etilenoditiol como grupo protetor permitiu a síntese das maleimidas 9 e 10 de forma eficiente. Esquema 2. Síntese das maleimidas. Em seguida, foram realizados estudos sistemáticos das reações de Diels-Alder entre 2 e as maleimidas 9 e 10 com o objetivo de comparar as reatividades relativas dos dienófilos, bem como estabelecer as melhores condições reacionais para a obtenção das clorinas 3a/3b a 4a/4b. Os melhores resultados obtidos nas sínteses das clorinas 3a e 3b foram 37% de rendimento para ambas, e, para as clorinas 4a e 4b, 36% e 35% de rendimento, respectivamente. Por fim, visando testar a versatilidade das clorinas 4a e 4b enquanto fotossensibilizadores multi-funcionalizáveis, realizou-se a síntese dos derivados anfifílicos do tipo oxima 5a e 5b pelo uso de 2-aminoxietanol com rendimentos de 70% e 74%, respectivamente. Os compostos sintetizados neste trabalho foram caracterizados utilizando-se técnicas de espectroscopia de RMN 1D e 2D, espectroscopia na região do UV-Vis, espectroscopia na região do Infra-vermelho e espectrometria de massas de baixa e alta resolução, atribuindo as estruturas de forma inequívoca. Ao longo das abordagens sintéticas foram realizados alguns estudos fotofísicos preliminares (medidas de produção de oxigênio singlete) de modo a qualificar as clorinas 3a/3b e 4a/4b enquanto precursoras ou potenciais fotossensibilizadores. Também foram realizados estudos de agregação por RMN de 1H demonstrando-se que as estas estruturas são isentas de agregação em solução.

A protoporfirina IX (PpIX) ocupa um lugar especial entre a família das porfirinas devido ao seu importante papel na natureza e diversas aplicações, inclusive em terapia fotodinâmica. Sob ação da luz visível, a PpIX transforma-se em fotoprodutos que podem ser citotóxicos ou fotocitotóxicos, e isto pode, de um lado, aumentar a eficiência do tratamento e, por outro lado, apresentar toxicidade no escuro, prejudicando o paciente. Como as características da sua fototransformação dependem do ambiente onde elas se encontram, tornam-se importantes os estudos dos efeitos do ambiente nas características da sua fototransformação. As propriedades espectroscópicas da PpIX sintética e endógena, extraída das glândulas harderianas de ratos da espécie Rattus novergicus albinus, e seus fotoprodutos e a atividade citotóxica foram estudadas no escuro e sob ação da luz visível em uma cultura de células malignas, em comparação com Photogem® e a porfirina TPPS4. A localização das protoporfirinas e seus fotoprodutos dentro da estrutura celular também foram observadas. Foi notado que existe uma diferença entre os espectros de absorção e fluorescência das PpIX endógena e sintética e também de seus fotoprodutos, e do grau de sua fototransformação. Associou-se estes efeitos à diferença do ambiente onde as porfirinas se encontravam, devido a interação da PpIX endógena e de seu fotoproduto com compostos celulares que poderiam estar presentes depois da purificação da PpIX obtida da glândula. A fotocitotoxicidade das PpIX sintética e endógena foram comparáveis. Os fotoprodutos, tanto da PpIX sintética quanto endógena não apresentaram fotocitotoxicidade ou mostraram fotocitotoxicidade menor do que a das porfirinas, resultado contrário ao encontrado na literatura. Em relação ao padrão Photogem®, as protoporfirinas apresentaram uma fotocitotoxicidade comparável a ele, mas uma citotoxicidade no escuro maior. A TPPS4 demonstrou tanto uma fototoxicidade, como uma citotoxicidade no escuro menor que o Photogem®. Da análise da distribuição intracelular das porfirinas PpIX e seus fotoprodutos com a de marcadores padrões de estruturas celulares, pode ser concluído que eles não penetraram no núcleo da célula, e sua distribuição nas demais partes do citoplasma foi difusa, sem nenhuma localização preferencial. / The protoporphyrin IX (PpIX) occupies a special place among the porphyrins family due their important role in nature and several applications, including Photodynamic Therapy. Under the action of visible light, PpIX becomes photoproducts that can be cytotoxic or photocytotoxic and these effects can, on one hand, increase the treatment efficiency and, on the other hand, be toxic in the dark, harming the patient. Since the characteristics of its phototransformation depend on the environment where they are finding, studies of the effects of environment on the characteristics of its phototransformation are important. The spectroscopic properties and cytotoxic activity were studied in the dark and under visible light action of synthetic and endogenous PpIX, extracted from mice harderian gland of the Rattus novergicus albinus species and its photoproducts, in a culture of malignant cells, compared with Photogem® and TPPS4 porphyrin. The cellular localization of protoporphyrin and its photoproducts inside cellular structure also were observed. It was observed that there is a difference between the fluorescence and absorption spectra of synthetic and endogenous PpIX and between its photoproducts and also the degree of its phototransformation. These effects can be linked to the difference of the environment where the porphyrins were, due the interaction of endogenous PpIX and its photoproducts with cellular components that could be present after purification of PpIX obtained from the gland. The photocytotoxic of synthetic and endogenous PpIX were comparable. The photoproducts of both synthetic and endogenous PpIX showed no photocytotoxic or were smaller than of porphyrins, a contrary result to that it was found in the literature. In relation to pattern composite Photogem®, the protoporphyrin showed a photocytotoxic comparable to it, but protoporphyrin a higher cytotoxicity in the dark. The TPPS4 demonstrated both a lower phototoxicity as a cytotoxicity in the dark than Photogem®. From analysis of intracellular distribution of the porphyrin PpIX and its photoproducts with markers patterns of cellular structures, may be concluded that they did not penetrate into the cell nucleus and its distribution in other parts of the cytoplasm was diffuse, without preferential location.

A cor vermelha brilhante característica do presunto Parma é resultante, principalmente, do pigmento Zinco-protoporfirina IX (ZnPP). A ZnPP é formada a partir da mioglobina por uma reação de transmetalação, catalisada pela enzima ferroquelatase (FECH), em que o íon de Fe(II) coordenado ao grupo heme é substituído pelo íon Zn(II). O presunto Parma apresenta uma maior estabilidade oxidativa em relação aos demais produtos cárneos curados além de não conter nitrito e nitrato, portanto, são considerados mais saudáveis. A utilização da FECH no processamento de carnes curadas pode permitir a produção de produtos cárneos curados mais saudáveis e em menor tempo. No presente trabalho a proteína ferroquelatase de Bacillus subtilis (BsFECH) foi expressa em células de E. coli BL21(DE3), purificada por cromatografia de afinidade ao níquel e exclusão por tamanho e caracterizada por dicroísmo circular, emissão de fluorescência do triptofano e cromatografia de exclusão por tamanho analítico. Em termos de estabilidade foi encontrado que altas concentrações de sal aumentam a estabilidade da proteína frente aos agentes denaturantes ureia e temperatura. A BsFECH produzida é capaz de ligar-se ao substrato modelo de porfirina (TPPS), conforme verificado por espectroscopia de UV-Vis, com uma Ka = 3,8x105 M-1 e é capaz de se associar à metamioglobina, conforme verificado por reação de cross-linking com dissuccinimidil suberato e avaliado por SDS-PAGE. A BsFECH aumenta significativamente a taxa de inserção de íons de zinco na TPPS e mostra uma cinética de saturação com uma constante de ligação aparente de Zn(II) ao complexo [BsFECH-TPPS] de 1,3x104 M e uma constante de primeira ordem de 6,6x10-1 h-1 para a dissociação do complexo ternário. A reação de troca ferro/zinco na mioglobina catalisada pela BsFECH é facilitada pela proteólise limitada da mioglobina com pepsina que abre um caminho para a reação de troca metálica com base na interação proteína-proteína entre o fragmento globina da mioglobina e a BsFECH. / The bright red color, characteristic of the Parma ham, results mainly of the pigment Zinc-Protoporphyrin IX (ZnPP). The ZnPP is formed from myoglobin by the reaction, catalyzed by ferrochelatase enzyme (FECH), in which Fe(II) ions coordinated to the heme group is replaced by Zn(II) ions. Parma ham shows greater oxidative stability when compared to others cured meat products besides do not contain nitrite and nitrate and, therefore, is considered healthier. The use of FECH in the processing of cured meats may allow the production of healthier cured meat products in a shorter period of time. In this work, the ferrochelatase protein from Bacillus subtilis was expressed in E. coli BL21(DE3) cells, purified by nickel affinity chromatography and size exclusion, and characterized by circular dichroism, fluorescence emission of tryptophan and analytical size exclusion chromatography. In terms of stability, it was found that the high salt content enhances the protein stability against the denaturation agents urea and temperature. The BsFECH produced is able to bind to the porphyrin model substrate (TPPS), as verified by UV-Vis spectroscopy, with Ka = 3.8x105 M-1 and is capable to associate to metamyoglobin as verified by cross-linking reaction with dissuccinimidil suberato, as observed by SDS-PAGE. The BsFECH increases, significantly, the zinc ions insertion rate in TPPS and shows a saturation kinetics behavior with an apparent biding constant of Zn(II) to the [BsFECH-TPPS] complex of 1.3x104 M and a first order rate constant for the dissociation of ternary complex of 6.6x10-1 h-1. The Fe/Zn exchange reaction in the myoglobin as catalyzed by BsFECH is facilitated by myoglobin-limited proteolysis with pepsin that opens a reaction channel for the metallic exchange based on protein-protein interaction between the globin moiety of myoglobin and BsFECH.

A protoporfirina IX (PpIX) é uma substância fotodinâmicamente ativa, entretanto, devido a sua alta lipofilia apresenta dificuldades para penetrar nas camadas mais profundas da pele, não sendo administrada topicamente. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a influência de diferentes tipos de dendrímeros de poliamidoamina (PAMAM) na solubilidade, penetração cutânea e penetração celular da PpIX com o intuito de melhorar a terapia fotodinâmica tópica (TFD) com esta substância. Os estudos de solubilidade da PpIX na presença dos dendrímeros PAMAM G4, G4.5 e G4-OH mostraram que o dendrímero PAMAM G4.5, foi o que solubilizou a maior quantidade de PpIX seguido do PAMAM-OH G4> PAMAM G4 > tampão HEPES. A partir dos estudos de solubilidade foi possível identificar que a PpIX na presença dos dendrímeros PAMAM G-4.5 e G4-OH apresentam diagramas de solubilidade tipo BS, e BI quando na presença do PAMAM G4. Os estudos de varredura em espectroscopia UV-VIS e fluorescência indicaram a presença de agregados principalmente nos complexos PpIX-PAMAM G-4.5 obtidos. Os complexos solúveis PpIX-PAMAM G4-OH apresentaram tamanho médio de 13,2 nm, e potencial zeta de -3,41. Já os complexos com o dendrímero PAMAM G-4.5 apresentaram uma população bidispersa, com tamanhos de 31 e 391 nm e um potencial zeta de -17,3. A análise de DSC e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourrier mostraram alterações nas características da PpIX em solução e quando complexada com os dendrímeros. Nos estudos de permeação e retenção cutânea passiva com os complexos contendo 0,006 mg/mL de PpIX, estes não aumentaram a penetração cutânea do fármaco. No entanto, a complexação permitiu que maiores quantidades de PpIX ficassem disponíveis na solução doadora, e um aumento significativo na penetração da PpIX foi observado quando experimentos com 1 mg/mL de PpIX complexada foram conduzidos; ademais notou-se uma possível ação promotora do dendrímero PAMAM G4-OH. Nos estudos de iontoforese verificou-se que a corrente elétrica não aumentou a penetração da PpIX em relação aos experimentos passivos quando o complexo PpIX-PAMAM G4.5 foi estudado, provavelmente devido a maior liberação da PpIX do complexo na presença da corrente elétrica, aumentando os agregados que são grandes o suficientes para não penetrar na pele. Por outro lado, a iontoforese anódica aumentou a penetração do complexo PpIX-PAMAM G4-OH por eletrosmose até as camadas mais profundas da pele, levando a PpIX inclusive até a solução receptora. Os estudos de cultura de células tumorais confirmaram a capacidade dos dendrímeros em aumentar a penetração da PpIX através de membrana. A complexação melhorou a distribuição da PpIX no interior das células e aumentou significativamente a fotocitotoxicidade desta porfirina. / Protoporphyrin IX (PpIX) is a photodynamic active drug that is not topically administered due to its high lipophilicity and consequent low penetration in deep skin layers. The aim of this work is to study the influence of different types of polyamidoamine dendrimers (PAMAM) in PpIX solubility, skin and cell penetration to enhance topical photodynamic therapy (PDT). The solubility studies of PpIX in the presence of PAMAM dendrimers G4, G4.5 and G4-OH demonstrated that the G4.5 solubilized the greatest amount of PpIX, followed by PAMAM G4-OH> PAMAM G4> HEPES buffer. Solubility studies showed that the PpIX in the presence of PAMAM dendrimers G-4.5 and G4-OH presented solubility diagrams of BS type, and BI type in the presence of PAMAM G4. Studies of scanning UV-VIS and fluorescence indicated the presence of aggregates mainly in PpIX-PAMAM G-4.5 solution. The PpIX-PAMAM G4-OH complexes showed a mean size of 13.2 nm and zeta potential of -3.41; the complexes with PAMAM dendrimer G-4.5 had a bi-dispersed population, with sizes of 31 and 391 nm and a zeta potential of -17.3. The analysis of DSC and Fourier transform infrared Fourier showed changes in the characteristics of PpIX when it was complexed with the dendrimers. Passive skin permeation and retention studies with the complexes containing 0.006 mg/ml PpIX had not increased PpIX penetration, however, the complexation allowed greater amounts of PpIX to become available in the donor solution, and experiments with 1 mg/mL of PpIX increased significantly the penetration of the drug. Moreover, dendrimer PAMAM G4-OH seemed to act as a penetration enhancer. Iontophoresis did not increase skin penetration of PpIX compared to passive studies when the PpIX-PAMAM G4.5 was studied, likely because the electric current increased PpIX release from the complexes, forming aggregates large enough to not penetrate through the skin. On the other hand, anodic iontophoresis increased significantly the penetration of the PpIX-PAMAM G4-OH by eletrosmosis, spreading the drug to deep skins layers, also reaching the receiver solution. Studies in cell culture confirmed the ability of dendrimers to increase the penetration of PpIX through the membrane. The complexation improved the distribution of PpIX within the cells and significantly increased photocytotoxic of the porphyrin.

A terapia fotodinâmica (TFD) associada à administração tópica de agentes fotossensibilizantes é uma terapia promissora para o tratamento tópico do câncer de pele. A protoporfirina IX (PpIX) é uma substância fotodinamicamente ativa usada na TFD, entretanto, devido a sua alta lipofilia ela forma agregados em meio aquoso, o que diminui sua atividade fotodinâmica e dificulta sua administração na pele. Assim, sistemas de liberação nanoparticulados vêm sendo investigados para melhorar a distribuição da PpIX na pele e facilitar sua penetração até as células tumorais. Os dendrímeros de poliamidoamina (PAMAM) representam uma nova geração de nanosistemas que tem despertado grande interesse nos últimos anos. Eles são uma classe especial de polímeros que apresentam estrutura muito ramificada e regular e que interagem com a PpIX formando complexos (nanopartículas dendriméricas de PpIX-PAMAM). A aplicação de uma corrente elétrica de baixa intensidade, conhecida como iontoforese, pode influenciar na penetração cutânea dessas nanopartículas, direcionando-as para o interior das células. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da iontoforese e de nanopartículas de PAMAM de geração 4 hidroxilado (PAMAM G4-OH) com a PpIX na localização subcelular e penetração deste agente fotossensibilizante em tumores cutâneos. Assim foram preparados complexos de PpIX-PAMAM, os quais foram caracterizados em função do tamanho de partículas e potencial zeta. A localização subcelular da PpIX a partir dos complexos foi investigada em carcinoma de células escamosas. A influência dos complexos na geração de oxigênio singleto quando a PpIX sofre irradiação também foi avaliada. Por fim, a penetração da PpIX a partir dos complexos PpIX-PAMAM foi avaliada, in vivo, em pele sadia e em tumores induzidos em camundongos Nude BalbC, com e sem aplicação da iontoforese. O tamanho médio das nanopartículas dendriméricas contendo a PpIX dispersas em meio aquoso foi de aproximadamente 220 nm. Quando avaliadas em função do tempo, este tamanho sofreu um aumento de apenas 5% depois de 24 h, permanecendo constante por 7 dias. O potencial zeta das dispersões foi de 10 mV, em pH 7, e de 30 mV, em pH 5,5, possibilitando a contribuição da eletromigração durante a iontoforese. Nos estudos em cultura de células tumorais observou-se que a complexação com o PAMAM aumentou 30 vezes a localização da PpIX na mitocôndria quando comparada a PpIX livre. Além disso, a quantidade de oxigênio singleto gerada foi semelhante para a PpIX livre não agregada e complexada, 4,3 x 10-3 e 4,6 x 10-3 , respectivamente, sugerindo que o PAMAM manteve a atividade fotodinâmica da PpIX. Nos experimentos in vivo, em pele sadia, verificou-se que a PpIX administrada a partir do complexo com o PAMAM se distribuiu homogeneamente pela pele, enquanto que a PpIX livre apresentou uma fluorescência localizada em apenas algumas área da superfície da pele. A iontoforese facilitou a penetração da PpIX para as camadas mais profundas da pele. Finalmente, no tratamento dos tumores cutâneos, a administração tópica dos complexos por apenas 30 min possibilitou a penetração da PpIX até os tumores localizados abaixo da pele, em concentrações semelhantes para a aplicação passiva e iontoforética. Portanto, a complexação da PpIX com o PAMAM é um sistema de liberação nanoparticulado promissor para o tratamento tópico de tumores cutâneos por TFD. / Photodynamic therapy (PDT) associated with topical administration of photosensitizer agents is a promising therapy for topical treatment of skin cancer. Protoporphyrin IX (PpIX) is a photosensitizer commonly used in PDT; however, due to its high lipophilicity it aggregates in aqueous medium, which decreases its photodynamic activity and hinders its penetration through the skin. In this way, nanoparticles have been designed to improve the distribution of PpIX in the skin and enhance its tumor cell penetration. The polyamidoamine dendrimers (PAMAM) represent a new generation of nanosystems that has aroused great interest in recent years. They are hyberbranched polymers capable to form complexes with PpIX (PpIX-PAMAM), increasing PpIX aqueous solubility. The application of a low intensity electrical current, known as iontophoresis, may influence the nanoparticles skin penetration, directing them to the tumor cells. Therefore, the aim of this study was to evaluate the influence of iontophoresis and PpIX-PAMAM G4-OH complexes in PpIX subcellular localization and penetration into skin tumors. The complexes were prepared and characterized as a function of particle size and zeta potential. The subcellular localization of PpIX from the complexes was investigated in squamous cell carcinoma. The influence of PpIX-PAMAM on the generation of singlet oxygen after irradiation was also evaluated. Finally, the penetration of PpIX from the PpIX-PAMAM complexes was evaluated in vivo in healthy skin and in tumors induced in BalbC nude mice with and without application of iontophoresis. The average size of PpIX-PAMAM nanoparticles dispersed in aqueous medium was approximately 220 nm. When evaluated as a function of time, this size was increased only 5% after 24 h and remained constant for 7 days. The zeta potential of the dispersions was 10 mV at pH 7 and 30 mV at pH 5.5, allowing the contribution of electromigration during iontophoresis. In studies in culture tumor cells it was observed that complexation with PAMAM increased 30 times the localization of PpIX in the mitochondria compared to free PpIX. Furthermore, the amount of singlet oxygen generated when PpIX-PAMAM was irradiated was similar to that generated by the irradiation of the non-aggregated free PpIX, 4.6 x 10-3 and 4.3 x 10-3, respectively, suggesting that PAMAM did not modify the photodynamic activity of PpIX. In vivo experiments on healthy skin have shown that PpIX from the PpIX-PAMAM was homogeneously distributed throughout the skin, whereas free PpIX fluorescence was visualized only in some restricted areas of the skin surface. Iontophoresis facilitated PpIX diffusion to deep layers of the skin. Finally, the treatment of skin tumors have shown that the topical administration of the PpIX-PAMAM for only 30 min, passively or by iontophoresis, allowed the penetration of PpIX into the tumors located below the skin. Therefore, the PpIX complexation with PAMAM is a promising nanoparticle delivery system for the topical treatment of skin tumors by PDT.

A acne é a mais comum doença de pele encontrada pelos dermatologistas, representando cerca de 30% das consultas, onde esta é considerada crônica, pois apresenta alto grau de recidiva podendo acometer 50% da população na vida adulta. Diversos estudos evidenciam bons resultados para tratamento da acne através de fototerapias, entretanto, alguns trabalhos enfatizam que esta modalidade terapêutica é ainda recente e que estudos adicionais e mais detalhados devam ser realizados. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é o estudo da viabilidade de um protótipo integrado para o diagnóstico e tratamento da acne por técnicas ópticas, visando o desenvolvimento de um equipamento para diagnóstico por imagens de fluorescência e um sistema de tratamento por fototerapia para a eliminação das bactérias causadoras da acne, assim, propondo novas soluções para o diagnóstico e tratamento da acne. Para isso foi realizado o desenvolvimento do protótipo-v1 que é constituído pelo sistema de diagnóstico por imagens de fluorescência composto por 01 LED violeta em 405 nm para excitação das amostras (80 mW/cm2), um sistema de filtros e lentes para formação das imagens de fluorescência e uma câmera para a captura das imagens. O sistema de tratamento é composto por 01 LED UV em 405 nm que proporciona uma intensidade de irradiação de 150 mW/cm2 com um diâmetro de 40 mm. Para validação do protótipo-v1 foram realizados seis experimentos distintos, sendo: 1 – Avaliou-se as configurações iniciais do protótipo eram adequadas para a visualização de bactérias presentes no rosto, foram adquiridas imagens de fluorescência na região do nariz; 2 – Avaliou-se a detecção de bactérias presentes em quatro diferentes regiões da face; 3 – Avaliou-se somente com uma lavagem simples é possível fazer a remoção e eliminação das bactérias presentes no rosto; 4 – Avaliou-se a detecção da presença de bactérias no couro cabeludo que são possíveis causadoras de caspa e se ocorre uma maior formação de bactérias no couro cabeludo ao longo do tempo. 5 – Avaliou-se in vivo, em um voluntário, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1; 6 – Avaliou-se in vitro e in vivo, 40 voluntários, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1. Como resultado foi possível realizar a detecção da bactéria P. acnes e fazer uma análise de sua presença, formação e declínio em seis experimentos, através de processamento de imagens e análises comparativas. Sendo que no experimento 1 a 4 avaliou-se a qualidade e as configurações do equipamento de diagnóstico por fluorescência e os experimento 5 e 6 avaliaram tanto o sistema de diagnóstico como o sistema de tratamento. Assim, através destes experimentos realizados foi possível demostrar uma viabilidade da utilização do protótipo-v1 como sistema de diagnóstico e tratamento da acne, demonstrando que é possível se realizar o monitoramento das bactérias causadoras da acne através das imagens de fluorescência e o tratamento da acne utilizando técnicas ópticas. / Acne is the most common skin disease found by dermatologists, representing about 30% of the consultations, where it is considered chronic, because has a high degree of recurrence and can affect 50% of the population in adult life. Several studies have shown good results for treatment of acne via phototherapy, however, some studies emphasize that this type of treatment is still new and additional and more detailed studies should be conducted.In this context, the aim of this work is the viability study of an integrated prototype for acne diagnosis and treatment by optical techniques, aiming at the development of a system for diagnosis by fluorescence imaging and phototherapy for treatment and elimination of bacteria that cause the acne, therefore offering new solutions for the acne diagnosis and treatment. For this, the prototype v1 was developed, which is constituted for diagnostic system by fluorescence image composed of one violet LED at 405 nm for excitation of the samples (80 mW / cm2), a system of filters and lenses for the formation images of fluorescence and a CCD camera to capture the images. The treatment system is composed of one violet LED at 405 nm which provides an irradiation intensity of 150 mW/cm2 with a diameter of 40 mm. For validation of prototype v1 were conducted six different experiments, as follows: 1 - Were evaluated initial prototype settings for the visualization of bacteria in the face for that, were acquired fluorescence images in the nose; 2 - Were evaluated detection of bacteria in four different regions of the face; 3 - Was evaluated only with simple washing can make removal and elimination of bacteria from the face; 4 - Was evaluated detecting the presence of bacteria on the scalp which are possible cause of dandruff and there is a greater formation of bacteria in the scalp along of the time; 5 - Was evaluated in vivo, in a voluntary, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne; 6 - Was evaluated in vitro and in vivo, 40 volunteers, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne. As a result, was possible to detect the P. acnes bacteria and do an analysis of their presence, formation and decline in six experiments, through image processing and comparative analysis. Where in experiment 1 to 4 was evaluated the quality and configurations of diagnostic fluorescence prototype and 5 to 6 experiments evaluating both the diagnostic and treatment system. Thus, through these experiments it was possible to demonstrate the viability of using one prototype v1 as diagnostic system and acne treatment, demonstrating that it is possible to perform the monitoring of acne causing bacteria via fluorescence imaging and treatment of acne using optical techniques.