A terapia gênica por interferência de RNA (RNAi) trata-se de um processo de silenciamento pós-transcricional capaz de suprimir a expressão de um determinado gene. A RNAi é uma proposta terapêutica promissora para o tratamento de muitas doenças severas que ainda não possuem cura ou terapias bem definidas. Porém, é necessário o desenvolvimento de sistemas de liberação clinicamente adequados, seguros e eficazes para se viabilizar essa nova terapêutica, uma vez que obstáculos na administração e distribuição in vivo comprometem o uso clínico dos siRNAs (small interfering RNA). Paralelamente, a liberação tópica de siRNAs surge como uma alternativa promissora para o tratamento de patologias cutâneas. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema de liberação baseado em nanotecnologia para a liberação tópica de siRNAs, visando introduzir a terapia gênica como nova abordagem para o tratamento de patologias cutâneas. Como sistema de liberação, foram desenvolvidas nanodispersões líquido-cristalinas aquosas, compostas por monoleína (MO), um lipídeo polar biocompatível, associadas ou não com ácido oléico (AO). Foram incorporados a esses sistemas os adjuvantes catiônicos polietilenoimina (PEI) e oleilamina (OAM) para obtenção das nanodispersões. Dentre as nanodispersões aquosas desenvolvidas, foram escolhidas as preparações com as menores concentrações de adjuvantes catiônicos, a saber: MO e OAM a 0,4%, MO e PEI a 0,4%, MO, AO e OAM a 2,5% e MO, AO e PEI a 1,0%. Estas formulações apresentaram: reduzido tamanho médio das partículas, baixa polidispersividade, valores de potencial zeta positivos (característica interessante para interação com as moléculas de siRNA que apresentam carga negativa), baixa citotoxicidade in vitro e foram capazes de complexar o siRNA na concentração final de 2,5 ?M. A análise de difração de raios X caracterizou a fase líquido-cristalina desses sistemas como hexagonal, exceto a nanodispersão MO e PEI a 0,4% que foi caracterizada como uma mistura de fase hexagonal e cúbica. As nanodispersões obtidas foram capazes de aumentar a penetração cutânea de siRNA in vitro. Face aos resultados obtidos, podemos concluir que as formulações desenvolvidas são sistemas de liberação de base nanotecnológica promissores para administração tópica de siRNA para o tratamento de patologias cutâneas na terapia gênica. / Gene therapy by RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional silencing process that can suppress the expression of a particular gene. The RNAi is a promising therapeutic approach for the treatment of many severe diseases that have no cure or well-defined treatments. However, the development of clinically appropriate, safe and effective delivery systems is necessary to enable this new therapy, since obstacles in the in vivo administration and distribution committed the clinical use of siRNAs (small interfering RNA). In addition, the topical delivery of siRNAs appears as a promising alternative for the treatment of cutaneous pathologies. In this context, this research aimed to develop a delivery system based on Nanotechnology for the topical delivery of siRNAs, aiming to introduce gene therapy as a new approach for the treatment of skin disorders. As a delivery system, liquid-crystalline nanodispersions, composed by monoolein (MO), a polar biocompatible lipid, associated or not with oleic acid (OA) were developed. The cationic adjuvants polyethylenimine (PEI) and oleylamine (OAM) were incorporated into these systems to obtain the nanodispersions. Among the aqueous nanodispersions developed, preparations with lower concentration of cationic adjuvant were chosen, these consisting of: MO and OAM at 0.4%, MO and PEI at 0.4%, MO, OA and OAM at 2.5% and MO, OA and PEI at 1.0%. These formulations presented: reduced average particle size, low polydispersity, positive values of zeta potential (an interesting feature for interacting with the siRNA molecules that have a negative charge), low cytotoxicity in vitro and they were able to complex the siRNA at a final concentration of 2.5 ?M. The X-ray diffraction analysis characterized the liquid crystalline phase of these systems as hexagonal, except the nanodispersion MO and PEI at 0.4% which was characterized as a mixture of cubic and hexagonal phases. The nanodispersions obtained were able to increase the skin penetration of siRNA in vitro. With the results obtained, we can conclude that the formulations developed are delivery systems based on nanotechnology, promising for topical administration of siRNA for the treatment of cutaneous diseases in gene therapy.

A terapia gênica consiste em introduzir uma sequência de nucleotídeos, codificante ou não-codificante, que tenha a capacidade de interferir na progressão de uma doença por ativação, inativação ou modulação da expressão de um gene alvo. Uma das rotas de transferência gênica é a ex vivo. Essa rota consiste em realizar a modificação gênica ex vivo de um tipo celular do organismo afetado, seguida do transplante celular no indivíduo para a correção do fenótipo. Dentre os vários vetores virais utilizados para transferência gênica, o sistema lentiviral é considerado um dos mais eficazes, visto que é capaz de manter altos níveis de expressão a longo prazo. Além disso, dentre os vetores virais que se integram no genoma, esse é considerado o mais seguro, tendo apresentado apenas um caso com relatado de efeito colateral sem reação adversa. Uma nova tecnologia utilizada para padronizar sistemas biológicos é a biologia sintética. Essa tecnologia pode ser utilizada como ferramenta para produzir e/ou otimizar sistemas de expressão para produção de proteínas de interesse terapêutico. O objetivo desse trabalho é gerar um vetor lentiviral sintético, para terapia gênica ex vivo, para reposição enzimática. Foram geradas quatro linhagens celulares humanas com produção transiente das proteínas terapêuticas Prot_Ctr e Prot_Mut sob controle dos promotores CMV e HeF1a. Para padronização do ensaio de transfecção, foram geradas duas linhagens celulares humanas que expressão da proteína fluorescente verde (GFP) sob controle dos mesmos promotores citados acima. Como controle negativo das linhagens produtoras da proteína terapêutica, foi gerada uma linhagem como vetor plasmidial vazio pLV_GTW_Mock. O nível de expressão do mRNA relativo às proteínas terapêuticas variou de 3.581,95 ± 1.322 a 10.377,18 ± 2.562 URE, não havendo diferenças significativas entre as linhagens produzidas (p > 0,05). O nível de produção da proteínas terapêuticas variou de 30,98 UI/mL a 241,1 UI/mL. A linhagem com maior produção dessa proteína foi a 293T/HeF1a_Prot_Mut, e essa diferença é significativa (p < 0,05). A partir da transfecção dos plasmídeos auxiliares e plasmídeo portador do cDNA que codifica a Prot-Mut na linhagem celular 293-T foi obtido o vetor lentiviral com título de 1,68x107 pLV/mL. Em conclusão, é possível gerar um vetor lentiviral funcional portador da Prot_Mut para utilização em terapia gênica ex vivo. Espera-se que o produto desse projeto de pesquisa gere uma patente. Para evitar a quebra de novidade, atividade inventiva e suficiência descritiva, requisitos mínimos de patenteabilidade, os resultados foram apresentados sem mencionar a doença e o gene em estudo / Gene therapy involves introducing a nucleotide sequence, coding or non-coding that can to interfere with the progression of a disease by activating, inactivating or modulating the expression of a target gene. One of the gene transfer routes is the ex vivo. This route consists in producing a ex vivo gene modification of a cellular kind of the affected organismo, following the transplant of those cells to correct the fenotype. Among the various viral vectors used for gene transfer, the lentiviral system is considered one of the most effective, since it is able to maintain high levels of long-term expression. Between the viral vectors that integrate into the genome, the lentiviral system is considered the safest, and It has only filed a case with reported side effect without adverse reaction. A new technology used to standardize biological systems is the synthetic biology. This technology can be used as a tool to produce and/or optimize expression systems for production of proteins of therapeutic interest. The aim of this study is to generate a synthetic lentiviral vector for ex vivo gene therapy, for enzyme replacement therapy. It were generated four human cell lines with transient production of therapeutic proteins Prot_Ctr and Prot_Mut under the control of CMV and HeF1a promoters. To standardize the transfection assay were generated two human cell lines expressing green fluorescent protein (GFP) under control of the same promoters cited above. As a negative control of the producing cell lines, It was generated a human cell line with an empty plasmid vector pLV_GTW_Mock. The level of mRNA expression relative to the therapeutic proteins ranged from 3581,95 ± 1322 to 10377,18 ± 2562 REU, there were no significant differences among the produced cell lines ( p > 0.05 ). The production level of therapeutic proteins ranged from 30.98 IU/mL to 241.1 IU/mL. The cell line with the highest production of the therapeutic protein was 93T/HeF1a_Prot_Mut+, and this difference is significant (p < 0.05 ). From the transfection of the plasmid containing the cDNA encoding the Prot_Mut and packing plasmid It was obtained lentiviral vector with the titer 1,68x107 pLV/mL. In conclusion, it is possible to generate a functional lentiviral vector carrying the Prot_Mut for use in ex vivo gene therapy. It is expected that the product of this research project generates a patent. To avoid breaking novelty, inventive activity and descriptive sufficiency, minimum requirements for patentability, the results were presented without mentioning the disease and the gene under study

Este trabalho descreve a remediação simultânea de dois genes supressores de tumor, CDKN2A e p53, em três linhagens celulares derivadas de glioblastoma multiforme: U87 (CDKN2A-/-, p53wt/wt), U251 (CDKN2A-/-, p53mut/mut) e T98G (CDKN2A-/-, p53mut/mut). A entrega gênica foi mediada por vetor adenoviral bicistrônico contendo o cassete CDKN2AIRESp53, capaz de expressar as duas proteínas simultaneamente. Vetores monocistrônicos também foram testados (AdCDKN2A e Adp53). Visando detectar apoptose, as linhagens receberam o sensor de atividade de caspase-3/7 GFP-DEVD-ssGLUC por transdução lentiviral. Este possui Gaussia luciferase (GLUC) C-terminal, que é secretada após ativação de caspases e pode ser dosada no sobrenadante. Após a marcação, realizaram-se ensaios de viabilidade celular, proliferação, formação de colônias, senescência, ciclo celular e dosagem de GLUC após remediação dos genes supressores de tumor nas linhagens GBMDEVD-GLUC. Com ensaio de viabilidade, observou-se efeito citotóxico do vetor bicistrônico AdCDKN2AIRESp53 maior que a soma dos obtidos com cada tratamento monocistrônico. No ensaio de senescência, o vetor AdCDKN2A resultou na maior indução do fenótipo senescente em todas as linhagens, seguido por Adp53, enquanto AdCDKN2AIRESp53 produziu resultados similares a um desses dois perfis em cada linhagem. Dosagem de GLUC no sobrenadante foi usada como indicador para atividade de caspase-3/7 após tratamento com os vetores supressores de tumor. O controle AdLacZ resultou em atividade de GLUC maior que nas amostras sem vírus (mock), enquanto tratamento com AdCDKN2A obteve resultados maiores que o controle em 72 h nas três linhagens. O vetor AdCDKN2AIRESp53 alcançou, inesperadamente, resultados variados em 72 h. Os dados obtidos neste trabalho indicam que a remediação simultânea de CDKN2A e p53 possui notável ação antiproliferativa tumoral, podendo levar à morte ou à senescência celular. Também é apontado que o sensor de caspase-3/7 GFP-DEVD-ssGLUC é robusto, mas detecta não apenas a indução de apoptose, mas a combinação de todos os processos ativadores de caspases em uma amostra. / This thesis describes the simultaneous remedy of two tumor suppressor genes, CDKN2A and p53, in three glioblastoma multiforme (GBM)-derived cell lines: U87 (CDKN2A-/-, p53wt/wt), U251 (CDKN2A-/-, p53mut/mut) and T98G (CDKN2A-/-, p53mut/mut). Gene delivery was mediated by a bicistronic adenoviral vector bearing the sequence CDKN2AIRESp53, which simultaneously expresses both proteins. Monocistronic vectors were also tested (AdCDKN2A and Adp53). To detect apoptosis, the GBM cell lines received caspase-3/7 sensor GFP-DEVD-ssGLUC via lentiviral transduction. This sensor has a C-terminal Gaussia luciferase (GLUC), which is secreted by the cell after caspase activation and can be measured in the supernatant. After sensorization, functional assays were carried out, including cell viability, proliferation, colony formation, cell senescence, cell cycle and GLUC measure after treatment with the tumor suppressor vectors in GBMDEVD-GLUC lineages. Viability assay with the AdCDKN2AIRESp53 vector resulted in a remarkable cytotoxic effect, greater than the sum of the effects with each monocistronic treatment. In the senescence assay, vector AdCDKN2A yielded the highest induction of cell senescence in all lineages, followed by Adp53, while AdCDKN2AIRESp53 induced results that followed one of these two profiles in each cell line. GLUC measure was an indicator of intracellular caspase-3/7 activity after treatment with the tumor supressor vectors. Control vector AdLacZ resulted in higher GLUC activity than mock treatment in all three cell lines, while AdCDKN2A treatment showed results bigger than control at 72 h in all cell lines. Bicistronic vector AdCDKN2AIRESp53 reached, unexpectedly, varied results at 72 h in all cell lines. Data obtained in this study indicate that simultaneous remedy of CDKN2A and p53 has remarkable antiproliferative activity in GBM cells, resulting in cell death or cell senescence. It is also shown that caspase-3/7 sensor GFP-DEVD-ssGLUC is a robust tool, but its results detect not only a single cellular process, such as apoptosis, but the combination of all caspase-activating processes in a cell population.

A terapia gênica tem sido empregada em estudos pré-clínicos e clínicos, com o intuito de amenizar ou curar uma doença. Vetores retrovirais são uma ferramenta de transferência gênica largamente utilizada. Vetores bicistrônicos são uma alternativa interessante para o tratamento de doenças complexas. Na construção de um vetor bicistrônico pode-se empregar várias estratégias dentre elas a utilização da sequência IRES. A endostatina, fragmento do colágeno XVIII, tem sido muito utilizada na terapia anti-angiogênica devido sua ação inibitória no crescimento de células endoteliais. A imunoterapia tem sido utilizada como tratamento coadjuvante de tumores. Dentre as citocinas utilizadas, a interleucina-2 promovendo a proliferação de linfócitos T, tem sido utilizada em diversos estudos pré-clínicos e clínicos. O objetivo deste projeto foi construir e caracterizar in vitro um vetor retroviral bicistrônico codificando endostatina e interleucina-2 utlizando a sequência IRES. A construção do vetor foi realizada em três etapas, sendo comprovada a construção final por análise de restrição e seqüenciamento. Células de empacotamento foram transfectadas com o vetor, e posteriormente realizada a transdução na célula alvo. A endostatina e a interleucina-2 foram determinadas por Dot blot, seguido de análise da expressão por RT-PCR e ensaio de atividade. O vetor construído apresentou altos níveis de titulação viral, variando de 4.20x105 a 1.53x106UFC/mL. A determinação da endostatina e da interleucina-2 variaram entre 1.08 a 2.08g/106cels.24h e 0.66 a 0.89&mu;g/106cels.24h, respectivamente. A expressão da endostatina no clone NIH3T3-pLend-IRES-IL2SN foi 2 vezes superior á apresentada pelo clone NIH3T3-pLend-IRES-IL2SN. A endostatina produzida promoveu uma inibição da proliferação de 40% das células endoteliais; e a interleucina-2 promoveu uma proliferação de 10.6% de linfócitos CD4 e 8.9% de CD8. Desta forma, a construção obtida neste trabalho representa uma excelente ferramenta para estudos da biologia celular do câncer e novas estratégias terapêuticas. / Gene therapy has been used in preclinical studies and clinical trials in order to alleviate or cure a disease. Retroviral vectors are a tool for gene transfer is widely used. Bicistronic vectors are an attractive alternative for treatment of complex diseases. A variety of options exists to simultaneously express two genes in genetically modified cells. The most common approach relies on bicistronic vectors in which the genes are linked to each other by an internal ribosome entry site allowing co-translational expression of both cistrons. Endostatin, the C-terminal fragment of collagen XVIII, is a potent angiogenesis inhibitor. At present, ES has been widely used in anti-angiogenic in a variety of experimental tumor models, and clinical trials to test it as an anti-tumor agent are already under way. Immunotherapy has been used as adjuvant treatment for tumors and has been used in several preclinical studies and clinical trials. The objective of this project was to construct and characterize in vitro an IRES-based bicistronic retroviral vector encoding endostatin and intereukin-2. The construction of the vector was performed in three stages, the final construction was analyzed by restriction analysis and sequencing. Packaging cells were prepared. The endostatin and interleukin-2 levels were determined by Dot blot. Monocistronic and bicistronic mRNA expression were analyzed by real time RT-PCR. Bicistronic vector showed high levels of virus trites, ranging from 4.20x105 to 1.53x106UFC/mL. Secreted levels of endostatin and interleukin-2 ranged from 1.08 to 2.08&mu;g/106cells.24h and 0.66 - 0.89g/106cells.24h, respectively. The mRNA expression of ES in the NIH3T3 clone pLend-IRES-IL2SN was 2 times higher than the level presented by the NIH3T3 clone pLendSN. The endostatin promoted inhibition (40%) of endothelial cell proliferation. Interleukin-2 promoted a proliferation of 10.6% lymphocytes CD4 and 8.9% of CD8. We conclude that the IRES bicistronic vector provides a powerful tool for studies of cell biology of cancer and new therapeutic strategies.

A miosina Va é uma proteína motora envolvida no transporte e posicionamento de vesículas, organelas e mRNA. Além disso, postulou-se que a miosina-Va atua no seqüestro do fator pró-apoptótico, Bmf, no citoesqueleto de actina. Pesquisas realizadas em nosso laboratório demonstraram que um fragmento da miosina Va (MVaf), que corresponde ao sítio ligante de DLC2-Bmf, é capaz de induzir intensa apoptose em células de melanoma e de carcinoma in vitro. O presente trabalho teve por objetivo principal avaliar o potencial do MVaf como agente antitumoral, através de abordagens de terapia gênica em modelo animal. Foram geradas linhagens estabilizadas e com expressão controlada pelo sistema Tet-ON onde a expressão de EGFP ou EGFP-MVaf é induzida com a adição de doxiciclina. Essas linhagens foram testadas quanto à porcentagem de morte por apoptose e ativação de caspases. Tumores foram induzidos em camundongos C57BL/6 por inoculação subcutânea de células tumorigênicas positivas ou não para a expressão de EGFP-MVaf. Também foram utilizadas linhagens de fibroblasto embrionário murino selvagem (MEFs WT) e nocautes para os fatores Bim/Bmf e Bax/Bak (MEFsBim-/-,Bmf-/-; MEFsBax-/-,Bak-/-) para estudos do mecanismo de ação do fragmento da miosina Va. Observou-se que a adição de butirato de sódio potencializa a expressão de EGFP-MVaf e, conseqüentemente, o efeito pró-apoptótico desse fragmento e que essas células são mais sensíveis aos quimioterápicos etoposídeo e taxol, apresentando maior susceptibilidade à apoptose. Verificou-se que a expressão de EGFP-MVaf em células de tumores de melanoma induzidos em camundongos C57BL/6J dificulta o crescimento desses tumores. Quanto ao estudo com MEFs, observou-se que células nocautes para os fatores pró-apoptóticos Bim/Bmf e Bax/Bak são menos susceptíveis à morte induzida pelo fragmento da miosina Va. Indução da expressão de MVaf desencadeia a liberação da proteína proapoptótica Smac (fusionada ao repórter fluorescente Cherry) do espaço intermembranas da mitocôndria para o citoplasma sugerindo que a morte apoptótica induzida por MVaf requer a permeabilização da membrana mitocondrial externa (MOMP). Concluindo, os dados apresentados aqui nos permitem propor o MVaf como uma molécula promissora para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas contra o câncer. / Myosin Va is a motor protein involved in the transport and positioning of vesicles, organelles and mRNA. Additionally, myosin-Va has been implicated in the sequestering of a proapoptotic factor, Bmf, to the actin cytoskeleton. Research in our laboratory demonstrated that a fragment of myosin Va (MVaf), which corresponds to the binding site of DLC2-Bmf, is capable to induce intense apoptosis in melanoma and carcinoma cells in vitro. Here, our goal was to assess the potential of MVaf as antitumor agent, through gene therapy approaches in animal models. We generated Tet-ON controlled B16-F10 melanoma cells whose expression of EGFP or EGFP-MVaf is induced with the addition of doxycycline. These cells were tested for apoptotic death and activation of caspases, and were used to induce tumors in C57BL/6J mice by subcutaneous inoculation. We also used cell lines of murine embryonic fibroblasts, wild-type (MEFs WT) and knockouts for the proapoptotic proteins Bim/Bmf or Bax/Bak (MEFsBim-/-,Bmf-/-, MEFsBax-/-,Bak-/-), to study the mechanism by which MVaf induces apoptosis. We observed that addition of sodium butyrate to the cultures enhances the EGFP-MVaf expression and, consequently, the pro-apoptotic effect of this fragment. Treated cells were more sensitive to the chemotherapeutic drugs etoposide and taxol, showing a higher susceptibility to apoptosis. Moreover, in vivo induction of EGFP-MVaf expression retards growth of B16-F10 melanoma tumors in mouse model. As for the study with MEFs, we observed that cells knockout for the proapoptotic factors Bim/Bmf or Bax/Bak are less susceptible to death induced by MVaf than wild-type MEFs. Accordingly, we showed that MVaf expression triggers release of the proapoptotic protein Smac (tagged with the fluorescent protein Cherry) supporting the involvement of the mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP) in the MVaf-induced apoptotic death response. In conclusion, these data lead us to propose MVaf as a promising molecule for the development of new therapeutic approaches against cancer.

A doença renal crônica (DRC) é uma afecção frequente em cães idosos, de alta morbidade e mortalidade, sendo definida como uma injúria renal morfo-funcional irreversível, de um ou ambos os rins, que está intrinsecamente associada à degeneração celular. Seu tratamento é paliativo, sendo que nos estágios mais avançados, o animal pode necessitar de hemodiálise ou transplante renal, prática dificultada e muitas vezes inviável na medicina veterinária. As células-tronco mesenquimais derivadas do tecido amniótico caracterizam-se por ser uma população de células de alta plasticidade e de grande potencial imunomodulador, sendo capazes de se diferenciar e produzir diferentes tipos celulares necessários num processo de reparação. Os avanços nos estudos das células-tronco podem tornar a terapia celular uma forma viável de tratamento alternativo ou adjuvante dessa doença, uma vez que estas poderiam restaurar a funcionalidade e manter a integridade do rim. O objetivo deste estudo foi avaliar se o tratamento experimental com células-tronco mesenquimais derivadas do âmnio (CTMAs) canino podem reduzir ou estabilizar a taxa de progressão e o quadro clínico da DRC em cães. Para tanto, células-tronco provenientes da membrana amniótica foram cultivadas até a segunda passagem (P2) e criopreservadas para posterior aplicação. Onze cães domésticos, machos e/ou fêmeas, acometidos pela DRC adquirida em graus II ou III segundo classificação da IRIS e sem outra afecção adjacente receberam duas aplicações de CTMAs nos dias D0 e D30, por via endovenosa. Para avaliar a progressão ou estabilização do quadro clínico foram colhidas amostras de sangue total, soro sanguíneo e urina para exames de hemograma, bioquímica sérica e urinaria e urinálise em quatro momentos: D0, D7, D30 e D60. A análise estatística foi realizada através da aplicação do teste ANOVA, para comparação de médias nas diferentes fases de tratamento, seguida pelo teste de Tukey, para comparação das médias entre os grupos. Do ponto de vista clínico, dois animais apresentaram melhora e se mantiveram estáveis durante todo o período de acompanhamento, dois animais apresentaram melhora nos primeiros 30 dias, apresentando novamente sintomatologia da doença após esse período e os demais apresentaram melhora nos primeiros sete dias de tratamento, havendo uma piora geral do quadro após esse período. Contudo, os exames laboratoriais em todos os casos não revelaram uma melhora significativa com o tratamento. Aparentemente, a utilização de células-tronco de origem amniótica não influencia de forma relevante na melhora da doença devido à extensa lesão renal que cães apresentam. / Chronic kidney disease (CKD) is a common condition in older dogs with high morbidity and mortality and is defined as an irreversible morpho-functional renal injury of one or both kidneys, which is intrinsically associated with cell degeneration. Its treatment is palliative, and in the more advanced stages, the animal may need dialysis or kidney transplantation, a practice that is difficult and often not feasible in veterinary medicine. The mesenchymal stem cells derived from amniotic tissue characterized by being a population of high plasticity and high cell immunomodulatory potential, being able to differentiate and produce different cell types required in a repair process. Advances in stem cell studies may make cell therapy a viable alternative or adjunctive treatment for this disease, since it could restore functionality and maintain kidney integrity. The objective of this study was to evaluate if the experimental treatment with the canine amnio- derived mesenchymal stem cells (AMSCs) can reduce or stabilize the rate of progression, and clinical condition of CKD in dogs. For this purpose, stem cells from the amniotic membrane were grown until the second pass (P2) and cryopreserved for later use. Eleven domestic male and / or female dogs, affected by the CKD acquired in grades II or III according to IRIS classification and without another adjacent disease, received two applications on days D0 and D30 intravenously. To evaluate the progression or stabilization of the clinical condition, whole blood, blood serum and urine samples were collected for hemogram, serum and urinary biochemistry and urinalysis at four moments: D0, D7, D30 and D60. Statistical analysis was performed using the ANOVA test, to compare means in the different treatment phases, followed by the Tukey test, to compare the means between the groups. From a clinical point of view, two animals showed improvement and remained stable throughout the follow-up period, two animals showed improvement in the first 30 days, showing again symptoms of the disease after this period and the other showed improvement in the first seven days of treatment, with a general worsening of the condition after this period. However, laboratory tests in all cases showed no significant improvement with treatment. Apparently, the use of stem cells of amniotic origin does not influence in a relevant way the improvement of the pathology due the extensive kidney lesion presented by dogs.

A mucopolissacaridose tipo I (MPS I) é causada pela deficiência de alfa-L-iduronidase (IDUA), responsável pelo catabolismo de glicosaminoglicanos (GAGs), levando ao acúmulo multissistêmico de sulfato de heparano e dermatano. Este estudo tem por objetivo avaliar o potencial de sistemas lipídicos nanoestruturados como carreadores do plasmídeo do sistema CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência do gene IDUA/Idua para edição gênica em fibroblastos de pacientes e em modelo murino de MPS I. Foram produzidos lipossomas (DOTAP, DOPE e DSPE-PEG) e nanoemulsões (e TCM) por homogeneização à alta pressão e microfluidização. O DNA foi associado às formulações por adsorção, ou por encapsulamento dos complexos pré-formados DNA/DOTAP no núcleo oleoso da nanoemulsão. A eficiência de transfecção dos complexos foi avaliada em fibroblastos de pacientes MPS I e ocorreu um aumento significativo da atividade de IDUA em 2, 15 e 30 dias após os tratamentos, que promoveu uma redução na quantidade de lisossomos nos fibroblastos tratados. A caracterização físico-química de formulações produzidas por microfluidização complexadas a somente um plasmídeo ou juntamente com um oligonucleotídeo foi verificada e pode-se afirmar que a capacidade de complexação e transfecção depende diretamente do tipo celular e da relação de cargas, e não há implicações quanto ao tamanho das sequências de ácidos nucleicos. Camundongos MPS I receberam os complexos lipossomais por injeção hidrodinâmica e sua biodistribuição foi detectada principalmente no pulmão, coração e fígado. A atividade sérica de IDUA normal aumentou em cerca de 6% e foi mantida por seis meses. A atividade aumentada no pulmão, coração, fígado e rim após eutanásia promoveu redução dos GAGs na urina e nos mesmos tecidos, corroborando com as análises histológicas. Em um estudo em andamento, foi realizada uma investigação mais aprofundada do efeito do tratamento lipossomal na morfologia óssea, sistemas cardiovascular e respiratório, e funções cerebrais dos animais tratados. A análise ecocardiográfica demonstrou uma melhora na hipertrofia e contratilidade do coração, porém não houve melhora na espessura das válvulas. O diâmetro da aorta foi similar ao de animais normais, porém as quebras de elastina ficaram entre o grupo normal e o não tratado. A morfologia facial dos animais tratados foi intermediária, assim como a espessura do osso zigomático. Entretanto, o osso femoral demonstrou espessura comparável ao normal. Já a resistência pulmonar apresentou uma tendência de redução nos animais tratados em relação aos animais MPS I. O conjunto de resultados demonstra o potencial das nanoestruturas lipídicas co-complexadas com o plasmídeo CRISPR/Cas9 e um vetor doador da sequência IDUA/Idua para terapia gênica da MPS I. / Mucopolysaccharidosis type I (MPS I) is caused by the deficiency of alpha-L-iduronidase (IDUA), responsible for the catabolism of glycosaminoglycans (GAGs), leading to multisystemic accumulation of heparan and dermatan sulfate. This study aims to evaluate the potential of lipid-based nanostructures as carriers of the CRISPR/Cas9 plasmid and a vector donor of the IDUA/Idua sequence for gene editing in patients’ fibroblasts and in a murine model of MPS I. Liposomes (DOTAP, DOPE, and DSPE-PEG) and nanoemulsions (also MCT) were produced through high-pressure homogenization or microfluidization. DNA was associated with liposomes and nanoemulsions by adsorption or by encapsulation of DNA/DOTAP preformed complexes in the oil core of nanoemulsions. The transfection efficiency of complexes was evaluated in fibroblasts from MPS I patients and a significant increase in IDUA activity was demonstrated at 2, 15, and 30 days after treatments. It was also possible to observe a significant reduction in lysosomal amount in treated fibroblasts. The physicochemical characterization of liposomes and nanoemulsions produced through microfluidization complexed with a single plasmid or along with an oligonucleotide has been verified and it can be stated that the complexing and transfection capacity of the complexes depends directly on the cell type and the charge ratio, and there are no implications of the size of the nucleic acid sequences. MPS I mice received the liposomal complexes by hydrodynamic injection and their immediate biodistribution was detected mainly in the lung, heart, and liver. An increase of about 6% in normal serum IDUA activity was maintained for six months, in addition to increased lung, heart, liver, and kidney activity after euthanasia. The enhanced enzymatic activity promoted a significant GAGs reduction in urine and in the same tissues, corroborating with histological analysis. In an ongoing study, a deeper investigation was carried out on the effect of liposomal treatment on bone morphology, cardiovascular and respiratory systems, and brain function. The echocardiographic analysis showed an improvement in the parameters of hypertrophy and contractility of the heart, but there was no improvement in heart valves. Aorta diameter was similar to that of normal animals, but elastin breaks were between the normal and untreated groups. Facial morphology of treated animals was intermediate, as well as the analysis of zygomatic bone thickness. However, femoral bone showed thickness comparable to normal animals. Lung resistance, on the other hand, showed a tendency to reduction in treated animals when compared to MPS I. The set of results demonstrates the potential of the co-complexed lipid nanostructures with the CRISPR/Cas9 plasmid and a donor vector of the IDUA/Idua sequence for MPS I gene therapy.

Orientador: Márcio José Tiera / Banca: Julio Cesar Fernandes / Banca: Luis Alexandre Pedro de Freitas / Banca: Éder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Marinônio Lopes Cornélio / Resumo: A quitosana, polímero catiônico de origem natural, biocompatível, biodegradável e de baixa toxicidade vem sendo largamente estudada e utilizada no desenvolvimento de vetores não-virais para uso em terapia gênica. Nesse estudo, derivados de quitosana foram modificados com grupos hidrofílicos dietilaminoetil (DEAE) e diisopropiletilamina (DIPEA) tendo como objetivo melhorar a eficiência de transfecção e a liberação do material genético no ambiente intracelular. Poliplexos dos derivados de quitosana com diferentes massas molares foram investigados em ensaios de transfecção in vitro realizados com células HeLa, utilizando siRNA SSB como agente silenciador. Os resultados obtidos mostraram bons níveis de silenciamento e bloqueio de expressão do RNAm SSB, apresentando, em algumas situações, eficiência superior aos vetores não-virais Lipofetamina®, TransIT-siQUEST® e PEI. Fatores que podem afetar a eficiência de transfecção como pH, massa molar, grau de ionização, tamanho dos poliplexos, potencial zeta e razão N/P foram avaliados. Tanto as quitosanas desacetiladas quanto os seus derivados mostraram níveis de viabilidade celular superiores a 80% em ensaios de citotoxicidade realizados com MTS-PMS. Os resultados sugerem que os derivados de quitosana sintetizados e caracterizados nesse estudo possuem características favoráveis que os habilitam como potenciais vetores não-virais para serem usados em terapia gênica / Abstract: Chitosan, a natural biocompatible, biodegradable and low toxicity cationic polymer has been widely studied and used in the development of non-viral vectors for use in gene therapy. In this study, chitosan derivatives were modified with hydrophilic groups diethylaminoethyl (DEAE) and diisopropylethylamine (DIPEA) aiming to improve the transfection efficiency and the release of the genetic material in the intracellular environment. Poliplexes of chitosan derivatives with different molar masses were investigated in vitro transfection assays performed with HeLa cells using SSB siRNA as the silencing agent. The results showed significant knockdown of SSB mRNA expression for chitosan and its derivatives, presenting, in some situations, superior efficiency to the non-viral vectors Lipofetamina®, TransIT-siQUEST® and PEI. Factors that could affect transfection efficiency such as pH, molar mass, degree of ionization, nanoparticle size, zeta potential and N/P ratio were evaluated. Both deacetylated chitosan and its derivatives showed cell viability above 80% in MTS-PMS cytotoxicity assays. The results suggest that the chitosan derivatives synthesized and characterized in this study have favorable characteristics that enable them as potential non-viral vectors to be used in gene therapy / Doutor

Nosso grupo tem estudado uma estratégia alternativa de tratamento para a deficiência de hormônio de crescimento (DGH), utilizando a administração in vivo do plasmídeo pUC-UBI-hGH, seguida de eletroporação, no músculo quadríceps de camundongos anões e imunodeficientes (lit/scid), que proporcionou níveis sustentáveis de hGH na circulação durante 60 dias e um aumento significativo de peso dos animais tratados. Visando investigar os efeitos autócrinos/parácrinos e endócrinos derivados deste tipo de tratamento, e compará-los aos da administração diária por via parenteral do hormônio de crescimento humano recombinante (r-hGH) neste modelo animal, os seguintes parâmetros de crescimento foram avaliados no presente trabalho: peso corpóreo, comprimento total do corpo e da cauda, pesos de órgãos (fígado, rins, coração, baço, músculos quadríceps e gastrocnêmio) e os níveis plasmáticos de mIGF-I (fator de crescimento semelhante à insulina I de camundongo) e de glicose. Em um primeiro experimento, foram observados aumentos altamente significativos (P<0,001) do peso corpóreo e do comprimento total do corpo e da cauda, após 50 dias de tratamento. Todos os órgãos analisados para o grupo tratado, exceto os músculos gastrocnêmios apresentaram aumentos de peso altamente significativos. O quadríceps direito, o que recebeu a injeção do DNA plasmidial, apresentou um aumento de peso de 48,1% em comparação com o controle injetado com salina (P<0,001), enquanto o aumento de peso dos quadríceps esquerdo, não injetados, dos animais tratados foi de 31% (P<0,005). Estes dados sugerem efeitos locais (autócrino e / ou parácrinos) e sistêmicos (endócrinos) resultantes da injeção do plasmídeo contendo o gene do hGH e da consequente expressão e secreção do hGH. Em outro experimento, a comparação da administração única de DNA plasmidial com injeções diárias de r-hGH proporcionou aumentos significativos dos pesos corpóreos, em relação ao grupo controle, de 23,1% (P<0,01) e de 35,5% (P<0,001) para os grupos tratados com DNA e proteína, respectivamente, enquanto as inclinações das curvas de crescimento foram praticamente idênticas: 0,094 g / animal / dia para a injeção de DNA e 0,095 g / animal / dia para a proteína. Entre os dois grupos tratados, não houve diferenças significativas entre o peso dos seguintes órgãos: rins direito e esquerdo, baço e músculo quadríceps direito. Os níveis de glicose no plasma dos grupos tratados e controle não apresentaram diferenças significativas ao final dos tratamentos de 28 e 50 dias. As diferenças das concentrações de mIGF-I entre os grupos tratados foram significativas apenas após 7 dias de tratamento. Os valores foram sempre maiores para o grupo tratado com DNA plasmidial em relação ao grupo do r-hGH, e os níveis de ambos os grupos tratados foram significativamente superiores ao do grupo controle. Apesar da necessidade de outros estudos para confirmar a segurança e a viabilidade deste tratamento, este tipo de terapia gênica para a DGH pode vir a ser uma alternativa viável ao tratamento padrão desta doença, baseado em repetidas injeções de r-hGH altamente purificado. / Our group has studied an alternative strategy for the treatment of growth hormone deficiency (GHD), using the in vivo administration of the plasmid pUC-UBI-hGH, followed by electroporation, into the quadriceps muscle of immunodeficient dwarf mice (lit/scid), that provided sustainable levels of hGH in the circulation during 60 days and a significant increase of body weight in the treated animals. In order to investigate the autocrine / paracrine and endocrine effects derived from this type of treatment, and compare them to the parentheral daily administration of the recombinant human growth hormone (r-hGH) in this animal model, the following growth parameters were evaluated in this study: body weight, total body length, tail length, organ weights (liver, kidneys, heart, spleen, quadriceps and gastrocnemius muscles) and the plasmatic levels of mIGF-I (mouse insulin-like growth factor I) and glucose. In a first experiment, higly significant increases of body weight, total body length and tail length were observed, after 50 days of treatment. All the analised organs of the treated group, except the two gastrocnemius muscles, presented a highly significant weight increase. The right quadriceps, that received the DNA injection, presented a 48.1% weight increase versus saline injected control (P<0.001), whereas the weight increase of left quadriceps, non injected, of treated animals was 31.0% (P<0.005). These data suggest local (autocrine and / or paracrine) and systemic (endocrine effects as a result of hGH DNA injection and the consequent hGH expression and secretion. In a second experiment, the comparison between single plasmid DNA administration with daily r-hGH injections provided significant body weight increases (P<0.001) of both treated groups, compared to control group, of 23.1% (P<0.01) and 35.5% for DNA and protein treated groups respectively, while the slopes of the growth curves were practically identical: 0.094 g / mouse / day for DNA and 0.095 g / mouse / day for protein injection. In both treated groups, the weights of the following organs did not present significant differences: right and left kidneys, spleen and right quadriceps muscle. The levels of glucose in the plasma of treated and control groups showed no significant differences after 28 and 50 days. The differences in mIGF-I concentration, among the treated groups, were significant only 7 days after treatment. The values were always higher in the group treated with plasmid DNA in relation to the r-hGH group, and the levels of both treated groups were significantly higher than the control group. Despite the need for further studies to confirm the safety and feasibility of this treatment, this type of gene therapy for DGH can be a viable alternative to the standard treatment for this disease, based on repetitive injections of highly purified r-hGH.

A terapia gênica por interferência de RNA (RNAi) é um processo de silenciamento gênico pós-transcricional onde moléculas de small interfering RNA (siRNA) específicas são capazes de suprimir a expressão de um determinado gene. Atualmente, é uma abordagem terapêutica promissora para o tratamento de muitas doenças graves, incluindo doenças cutâneas. No entanto, dificuldades relacionadas à administração e à biodistribuição limitam a utilização clínica dos siRNAs. Neste contexto, foi proposto o uso de um nanocarreador a base de cristais líquidos para viabilizar a aplicação de siRNAs no tratamento tópico da psoríase. A nanodispersão líquido-cristalina (NLC) desenvolvida, composta por monoleína, ácido oleico, polietilenoimina e fase aquosa (8:2:1:89, p/p/p/p), foi capaz de superar as barreiras da via de administração tópica, bem como as limitações resultantes das características das moléculas de siRNA. A NLC foi capaz de complexar o siRNA, protege-lo por 24 h da degradação enzimática e liberá-lo de forma intacta. A NLC promoveu uma alta taxa de captação celular do siRNA em fibroblastos e macrófagos. Sua aplicação tópica pode ser considerada segura para a pele, pois manteve a viabilidade da epiderme humana reconstruída acima de 50% e a quantidade de IL-1? liberada foi inferior a 60 pg/mL. A NLC apresentou eficácia em promover a liberação funcional do siRNA nos modelos in vitro avaliados. No modelo de pele humana reconstruída psoriática, reduziu os níveis de IL-6 (~ 70%) após um único tratamento por 6 h e, os níveis do RNAm IL6 (~ 50%) após o tratamento por 3 dias consecutivos. Em macrófagos, reduziu os níveis do RNAm Tnf em 40% após o tratamento concomitante com LPS por 24 h e, em 60% após o tratamento por 24 h pós-estímulo prévio com LPS. A eficácia foi ainda maior com o pré-tratamento por 24 h seguido do estímulo com LPS, que normalizou os níveis do RNAm Tnf. O tratamento tópico com a NLC veiculando siRNA Tnf foi eficaz em reduzir significativamente os níveis do RNAm Tnf nos modelos in vivo de inflamação cutânea aguda induzida por TPA (~ 60%) e de psoríase induzida por imiquimode (~ 90%) avaliados. No modelo in vivo de psoríase, o tratamento tópico com a NLC veiculando siRNA Tnf também reduziu significativamente a atividade da mieloperoxidade (~ 65%) e a espessura da epiderme (~ 70%) em comparação aos grupos controle. Também foi eficaz na melhora fenotípica dos animais, reduzindo o rubor, descamação, acantose e o número de ataques de coceira, resultados da redução do processo inflamatório decorrente da ação efetiva das moléculas de siRNA Tnf. A NLC também promoveu a penetração cutânea das moléculas de siRNA nas camadas mais profundas da pele, in vivo. Face aos resultados obtidos, pode-se concluir que a NLC é uma estratégia relevante para a administração tópica de siRNAs, que mostrou potencial terapêutico para suprimir genes específicos relacionados a doenças de pele. / Gene therapy by RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional gene silencing process in which specific small interfering RNA (siRNA) molecules can suppress the expression of a particular gene. Currently, is a promising therapeutic approach for the treatment of many severe disorders, including skin diseases. However, difficulties related to the administration and biodistribution limit the clinical use of siRNAs. In this context, a nanocarrier based in liquid crystal has been proposed to enable the application of siRNAs in the topical treatment of psoriasis. The liquid crystalline nanodispersion (LCN) developed, composed by monoolein, oleic acid, polyethylenimine and aqueous phase (8:2:1:89, w/w/w/w), was able to overcome the barriers of topical administration route, as well as limitations resulting from the characteristics of the siRNA molecules. The LCN was able to complex the siRNA, protect it for 24 h from enzymatic degradation and release it in an intact form. The LNC promoted a high cellular uptake of siRNA in fibroblasts and macrophages. Its topical application can be considered safe to the skin since viability of the reconstructed human epidermis remained above 50% and the amount of IL-1? released is less than 60 pg/mL. The LCN showed efficacy in promoting functional release of siRNA in in vitro models evaluated. In psoriatic reconstructed human skin model, it reduced the IL-6 levels (~ 70%) after a single treatment for 6 h and the mRNA IL6 levels (~ 50%) after treatment for 3 consecutive days. In macrophages, it reduced the mRNA Tnf levels in 40% after the concomitant treatment with LPS for 24 h and, in 60% with treatment for 24 h after prior stimulation with LPS. The efficiency was higher with the pretreatment for 24 h followed by stimulation with LPS, that normalized the RNAm Tnf levels. Topical treatment with NLC carrying siRNA Tnf was effective in reduce significantly the mRNA Tnf levels in in vivo models of skin acute inflammation induced by TPA (~ 60%) and of psoriasis induced by imiquimod (~ 90%) evaluated. In the in vivo model of psoriasis, topical treatment with the NLC carrying siRNA Tnf also significantly reduced activity of myeloperoxidase (~ 65%) and the epidermis thickness (~ 70%) compared to control groups. It has also been effective in animal phenotypic improvement, reducing redness, desquamation, acanthosis and the number of itch attacks, results of the reduction in inflammatory process obtained by the effective action of siRNA Tnf molecules. The LCN also promoted the penetration of siRNA molecules into the deeper layers of the skin in vivo. With the results obtained, we can conclude that the LCN is a relevant strategy for topical administration of siRNAs, which showed therapeutic potential to suppress specific genes related to skin diseases.