O melanoma maligno é um tipo de câncer com grande risco de produzir metástases e com altas taxas de mortalidade resultantes de diagnósticos tardios e falta de tratamentos eficazes. Ao longo dos últimos anos, a terapia gênica voltada para o câncer e o desenvolvimento de métodos capazes de visualizar processos moleculares e celulares ao longo da terapia, tem recebido especial atenção. Diante deste quadro, nossos objetivos foram utilizar o sistema de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) para diagnosticar precocemente tumores e investigar a eficácia terapêutica de uma nova imunoterapia em um modelo animal de melanoma metastático. Visando atingir esses objetivos, padronizou-se a síntese e realizou-se o controle de qualidade do 9- [4-18F-fluoro-3-hidroximetil-butil) guanina, [18F] FHBG, considerado o padrão-ouro em estudos clínicos, para acompanhamento de terapia gênica por PET. Métodos: Sintetizou-se o [18F] FHBG, por substituição nucleofílica tipo 2 do precursor tosilato com [18F-] fluoreto de potássio /Kryptofix 2.2.2, seguido de desproteção com HCl 1 M e purificação por HPLC. A identidade química, pureza radioquímica e atividade específica do [18F] FHBG foram determinadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Introduziu-se o gene de timidina quinase (TK) com o vetor retroviral pCL-TK nas linhagens B16F10 (melanoma murino) e LLC (carcinoma de pulmão murino). Os estudos de captação in vitro dos radiotraçadores [18F] FHBG e [18F] FDG foram realizados nas linhagens celulares tumorais murinas transduzidas ou não com a proteína TK. Para os estudos in vivo, camundongos C57BL6 previamente inoculados intravenosamente com células de melanoma expressando a enzima TK, foram imageados subsequentemente utilizando os radiotraçadores [18F] FDG e [18F] FHBG. A eficácia da imunoterapia foi testada em modelo profilático e terapêutico animal de melanoma metastático. Resultados: O tempo de síntese total do [18F] FHBG variou entre 80-150 minutos. O rendimento radioquímico variou entre 1-4%, (n = 19) decaimento corrigido. A pureza radioquímica foi superior a 99% e a atividade específica variou entre 0,14GBq/μmoL-0,21GBq/μmoL. Com a introdução do gene timidina quinase (TK), obtiveram-se as linhagens repórter B16F10-TK e LLC-TK, para os estudos in vitro. As células B16F10 e LLC, expressando GFP foram utilizadas como linhagens controles. Estudos in vitro com o [18F] FHBG revelaram uma captação cerca de 4 vezes maior em células que expressam TK (B16-TK e LLC-TK) em comparação com as células controle GFP. O [18F] FDG apenas captou cerca de duas vezes mais em células TK do que em células que expressam GFP. A detecção de tumores em modelo animal de metástase pulmonar com o [18F] FDG ocorreu a partir de 15 dias do estabelecimento das lesões. No entanto, nos estudos in vivo com [18F] FHBG, houve captação apenas na região intestinal, durante as três semanas em que os animais foram acompanhados. A imunoterapia com células tratadas pela combinação de p19Arf e IFNβ, em camundongos C57BL6 com metástase pulmonar, conferiu redução do tamanho dos focos metastáticos aos animais tratados. Conclusões: Neste trabalho padronizou-se a síntese manual do [18F] FHBG, o qual foi avaliado em estudos in vitro e in vivo. Os estudos in vitro confirmaram a especificidade do [18F] FHBG no monitoramento da expressão de HSV1-tk em linhagens celulares. No entanto, o [18F] FHBG não se acumulou nas lesões metastáticas in vivo e estudos posteriores serão necessários para uma melhor caracterização utilizando o [18F] FHBG. O resultado do tratamento combinado de p19Arf e IFNβ foi promissor para o tratamento de lesões metastáticas. / Malignant melanoma is a type of cancer with a great risk of producing metastases and with high mortality rates resulting from late diagnosis and lack of effective treatments. Over the past few years, directed gene therapy for cancer and the development of methods to visualize molecular and cellular processes throughout therapy, have received special attention. In this context, our aim was to use the Positron Emission Tomography (PET) system, as a tool, for early detection of tumors and investigate the therapeutic efficacy of a new immunotherapy in an animal model of metastatic melanoma. To achieving these goals, the synthesis of [18F] FHBG, the gold standard in clinical studies for monitoring gene therapy by PET, was standardized and the quality control was performed. We also present the results of in vitro uptake and in vivo evaluation of [18F] FHBG, compared to [18F] FDG, the most commonly used radiopharmaceutical for diagnosis in oncology by PET. The vaccine was derived from transduced B16F10-TK cells with the adenoviral vectors AdRGDPGp19Arf and AdRGDPGIFNβ. Methods: [18F] FHBG was synthesized by type 2 nucleophilic radiofluorination of a tosylate precursor with [18F-] potassium fluoride / Kryptofix 2.2.2, followed by deprotection with 1N HCl and purification by HPLC. The chemical identity, radiochemical purity and specific activity of [18F] FHBG were determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The thymidine kinase (TK) gene was introduced with the pCL-TK retroviral vector into the B16F10 (murine melanoma) and LLC (murine lung carcinoma) lines. In vitro uptake studies of [18F] FHBG and [18F] FDG were performed on cell lines transduced or not with TK protein. For in vivo studies, C57BL6 mice, previously injected with HSV1tk expressing tumors, were subsequently imaged using the [18F] FDG and [18F] FHBG radiotracers. The efficacy of immunotherapy was tested in a prophylactic and therapeutic animal model of metastatic melanoma. Results: The total synthesis time of [18F] FHBG ranged from 80-150 min. The radiochemical yield ranged from 1-4%, (n = 19) corrected decay. Radiochemical purity was greater than 99% and the specific activity ranged from 0.14GBq / μmoL- 0.21GBq / μmoL. With the introduction of the thymidine kinase (TK) gene, the B16F10-TK and LLC-TK reporter lines were obtained for in vitro studies, B16F10 cells and LLC, expressing GFP, were used as controls. In vitro studies with [18F] FHBG revealed about 4-fold uptake in TK-expressing cells (B16-TK and LLC-TK) compared to GFP control cells. [18F] FDG binds only about twice as much in TK cells as in cells expressing GFP. The detection of tumors in an animal model of pulmonary metastasis with [18F] FDG occurred 15 days after lesion establishment. However, the in vivo studies with [18F] FHBG, the uptake was only found in the intestinal region, over the 3 weeks in which the mice were followed. Immunotherapy with cells treated by the combination of p19Arf and IFNβ, in C57BL6 mice with pulmonary metastasis, reduced the size of the metastatic foci in treated animals. Conclusions: In this study we demonstrate the standardization of [18F] FHBG synthesis and its use in in vitro and in vivo. The in vitro studies have confirmed the specificity of [18F] FHBG to monitor HSV1-tk expression in cell lines. However, [18F] FHBG did not accumulate in the metastatic lesions in vivo and further studies will be required for a better characterization using [18F] FHBG. The outcome of the combined treatment of p19Arf and IFNβ was promising for the treatment of metastatic lesions.

O conhecimento do genoma humano e os avanços na biologia molecular levaram a descoberta de mecanismos celulares importantes. A terapia gênica surgiu com a proposta de interferir na fisiologia das células, que apresentam alguma disfunção causadora de uma doença, trazendo a possibilidade de tratamento para incontáveis enfermidades. Na tecnologia de RNA de interferência pequenos fragmentos de RNA de fita dupla (small interference RNA, siRNA) são utilizados para inibir a expressão de genes específicos. O olho tem sido um dos órgãos alvo para o uso desse tipo de tecnologia e, além disso, a córnea é uma membrana atrativa devido ao fácil acesso e a existência de diversas enfermidades que acometem a visão. Para aumentar a biodisponibilidade e viabilizar a administração de siRNA utilizando um polímero catiônico, uma formulação termorreversível com quitosana e outra composta de cristais líquidos funcionalizados com ácido hialurônico foram estudadas como possíveis sistemas de liberação ocular de siRNA, sendo que ambas são inéditas para aplicação tópica e oftálmica de siRNA. O gel termorreversível de poloxamer 407 foi associado a dois diferentes tipos de quitosana (LMW com 92,2% de desacetilação e MMW com 77,0% de desacetilação). Ambas as formulações apresentaram características desejáveis tanto como sistema de liberação de genes, tanto por apresentarem residual positivo e capacidade de complexar o siRNA, quanto como sistema compatível com via tópica ocular, devido ao comportamento reológico pseudoplástico. A quitosana LMW e a adição de NaCl à formulação alteraram a Tsol/gel do poloxamer; somente a associação com a quitosana MMW apresentou Tsol/gel adequada. Os sistemas contendo poloxamer em associação com os dois diferentes tipos de quitosana não promoveram a penetração do siRNA in vitro em córnea bovina nas condições experimentais utilizadas. O sistema líquido cristalino foi desenvolvido com monoleína (MO), polietilenimina (PEI), ácido hialurônico (HA) e fase aquosa. A formação de fases cristalinas foi avaliada por microscopia de luz polarizada e a estrutura das mesofases foi confirmada pela difração de raios X a baixo ângulo. O sistema líquido cristalino, composto de uma mistura de cristais de fase cúbica e hexagonal, foi disperso em nanopartículas de tamanho satisfatório, de aproximadamente 166 nm. Os sistemas apresentaram características desejáveis como sistema de liberação de genes, como potencial zeta adequado, capacidade de complexar sem degradar o siRNA e não foram citotóxicos em fibroblastos L929, além de serem compatíveis com a via ocular por serem isotônicos. A dispersão de cristais de MO/PEI foi capaz de transfectar as células L929, entretanto a incorporação do HA diminuiu a absorção celular, provavelmente devido ao elevado peso molecular do ácido hialurônico empregado. O presente estudo permite delinear o futuro desenvolvimento de formulações tópicas para administração de siRNA na córnea. / The understanding of human genome and the evolvement of molecular biology led to discovery of important cellular mechanisms. Gene therapy has emerged as an approach to interfere with cell physiology, whenever it has a dysfunction that causes a disease, bringing new possibility of treatment to countless illnesses. In RNA interference mechanism, small double-stranded RNAs (small interference RNA, siRNA) inhibit specific gene expression. The eye has been one of the targeted organs for the use of such technology and, moreover, the corneal membrane is an attractive tissue due to the easy access and the existence of several diseases that can impair vision. To enhance bioavailability and facilitate the delivery of siRNA using a cationic polymer, a thermoreversible formulation containing chitosan and a liquid crystalline formulation functionalized hyaluronic acid were studied as potential delivery systems for ocular delivery of siRNA and both this systems are inedited as topical and ocular delivery of siRNA. A poloxamer 407 thermoreversible gel of was associated with two different types of chitosan (LMW with 92.2% deacetylation and MMW with 77.0% deacetylation). Both formulations showed desirable characteristics not only as gene delivery systems due to positive residual charge and capacity for complexing the siRNA, but also as a compatible ocular delivery system, due to pseudoplastic rheological behavior. The LMW chitosan and addition of NaCl to the formulation influenced the Tsol/gel of poloxamer gel; only the association with MMW chitosan showed desirable Tsol/gel. The systems containing poloxamer in combination with two different types of chitosan did not promote in vitro penetration of siRNA using bovine cornea under the used experimental conditions. The liquid crystalline system was developed with monoolein (MO), polyethylenimine (PEI), hyaluronic acid (HA) and aqueous phase. The formation of crystalline phases was observed by polarized light microscopy and the mesophases structures were confirmed by small angle X-ray diffraction. The liquid crystalline system composed of a mixture of hexagonal and cubic phases was dispersed into nanoparticles of suitable size, of approximately 166 nm. The formulations showed desirable characteristics as gene delivery systems, such as suitable zeta potential, ability to complex without degrading the siRNA and were not cytotoxic to fibroblasts L929, moreover, were compatible with the ocular administration due to isotonicity. The dispersion of crystals of MO/PEI was able to transfect L929 cells, however the incorporation of the HA decreased cellular uptake, probably due to high molecular weight hyaluronic acid employed. This study provides an outline for the future development of topical formulations to deliver siRNA to the cornea.

A deficiência de hormônio de crescimento (DGH) é tratada convencionalmente com repetidas injeções do hormônio recombinante. Este trabalho teve como objetivo estabelecer uma alternativa de tratamento baseada na transferência dos genes do hormônio de crescimento humano (hGH) ou de camundongo (mGH), em camundongos anões lit/lit ou lit/scid, mediante administração de DNA plasmidial associada à eletrotransferência, com a finalidade de atingir a máxima recuperação de crescimento em comparação ao camundongo normal (catch-up growth). Inicialmente foi realizada a administração do plasmídeo contendo o gene do mGH no músculo quadríceps exposto ou tibial anterior (TA) não exposto. Utilizando diferentes condições de eletrotransferência, baseadas em pulsos alternados de baixa (100 V/cm) e alta (1000 V/cm) voltagem (HV/LV, HV/8LV) ou em pulsos seguidos de baixa voltagem (8 pulsos de 150 V/cm), o músculo TA na condição HV/LV apresentou os maiores níveis de expressão de mGH: 6,7 ± 2,5 ng/mL. O tempo de exposição e a quantidade da enzima hialuronidase (HI) necessária para a eletrotransferência foram também analisados. O tempo de 30 minutos e a dose de 20 U de HI proporcionaram os melhores resultados de expressão. Diferentes quantidades de DNA foram também testadas, mas a administração de 50 &mu;g DNA/animal foi confirmada como a melhor. Na padronização do volume de solução do plasmídeo administrado no TA, foi observado que a injeção de 20 &mu;L de DNA apresentou expressão significativamente maior da proteína em comparação a de 10 &mu;L. Buscando uma maior expressão de GH, foi realizado experimento adicionando poli-L-glutamato ao diluente do DNA, comparando também diferentes condições de eletrotransferência (HV/LV e 375 V/cm). A condição de 375 V/cm, sem a adição do polímero, proporcionou as maiores concentrações, tanto de hGH como de mGH, no soro de camundongos lit/scid e lit/lit, respectivamente. Quando utilizados 3 pulsos de 375 V/cm e a administração do plasmídeo com o gene do mGH em dois locais de cada músculo TA, foram obtidos os mais altos níveis de expressão atingindo 14,7 ± 3,7 ng mGH/mL. Estes foram os parâmetros utilizados em um bioensaio, no qual foi também determinada a medida do comprimento inicial e final do fêmur por radiografia. Neste bioensaio de 36 dias, a curva de crescimento dos camundongos lit/lit tratados foi similar a de camundongos heterozigotos não tratados e os níveis de mGH do grupo DNA foram significativamente maiores (P<0,0002) em relação ao grupo controle. Os camundongos tratados também apresentarem concentração de mIGF-I no soro superior a do grupo controle. Considerando os parâmetros de crescimento avaliados, o grupo tratado com DNA apresentou percentuais de incremento altamente significativos em relação ao grupo controle, com P<0,001 para o peso corpóreo e P<0,002 para o comprimento do corpo, da cauda e para ambos os fêmures, com valores de catch-up da ordem de 79% para o comprimento dos fêmures. Podemos concluir que foi estabelecida uma metodologia eficiente de transferência gênica não viral, que poderá levar a uma completa normalização de crescimento de camundongos anões mediante utilização de animais mais jovens, como mencionado na literatura e em trabalho recente do nosso grupo. / Growth hormone deficiency (GHD) is conventionally treated with repeated injections of the recombinant hormone. This work aimed at establishing an alternative treatment based on the transfer of the human (hGH) or mouse growth hormone (mGH) genes into lit/lit or lit/scid dwarf mice, using plasmid DNA administration associated with electrotransfer, in order to achieve the maximum growth recovery compared to normal mice (catch-up growth). Administration of the plasmid containing the mGH gene was first carried out in the exposed quadriceps or non-exposed anterior tibialis (TA) muscle. Using different electrotransfer conditions, based on alternate pulses of high (1000 V/cm) and low (100 V/cm) voltage (HV/LV, HV/8LV) or consecutive pulses of low voltage (8 pulses of 150 V/cm), the TA muscle in the HV/LV condition showed the highest levels of mGH expression: 6.7 ± 2.5 ng/mL. Exposure time and amount of the enzyme hyaluronidase (HI) required for electrotransfer were also analyzed. The time of 30 minutes and the dose of 20 U HI provided the best results of expression. Different amounts of DNA were also tested, but the administration of 50 &mu;g DNA/animal was confirmed as the best. In the optimization of the volume of plasmid solution administered to TA, it was observed that injection of 20 &mu;L of DNA showed a significantly higher expression of the protein compared with 10 &mu;L. Aiming at a higher GH expression, an experiment was carried out by adding poly-L-glutamate to the DNA diluent, comparing also different electrotransfer conditions (HV/LV and 375 V/cm). The condition of 375 V/cm, without the polymer addition, provided the higher concentrations of both hGH and mGH in the serum of lit/scid or lit/lit mice, respectively. Using 3 pulses of 375 V/cm and administration of mGH-DNA in two locations on each TA muscle, the highest expression levels of up to 14.7 ± 3.7 ng mGH/mL were obtained. These were the parameters utilized in a bioassay, which was also carried out by measurement of the initial and final femur length by radiography. In this 36-day bioassay, the growth curve of treated lit/lit mice was similar to that of heterozygous untreated mice and the mGH levels of DNA group were significantly higher (P<0.0002) than the control group. Treated mice also showed a higher mIGF-I concentration in the serum compared to the control group. Concerning growth parameters, DNA-treated group showed percentages of increase highly significant compared to the control group, with P<0.001 for body weight and P<0.002 for body, tail and both femurs lengths, with catch-up values of the order of 79% for femur lengths. We can conclude that an efficient non-viral gene transfer methodology has been established, which lead to a complete growth normalization of the dwarf mice through the use of younger animals, as reported in the literature and in a recent paper of our group.

Orientador: Marcio José Tiera / Banca: Marcelo Henrique Gehlen / Banca: Rose Mary Zumstein Georgetto Naal / Resumo: Na presente dissertação, foram preparadas quitosanas com diferentes massas molares, 16 kDa, 18 kDa e 29 kDa, e com diferentes graus de substituição de fosforilcolina (PC). As quitosanas de baixa massa molecular foram obtidas pela degradação de quitosana desacetilada. Essas quitosanas foram purificadas com membranas de diálise de tamanho de exclusão apropriadas e caracterizadas por meio de titulação potenciométrica, H-RMN e Cromatografia de permeação em gel (GPC). O estudo físico-químico da interação das quitosanas com DNA foi realizado utilizando-se as técnicas de fluorescência, eletroforese, microscopia óptica, microscopia eletrônica de transmissão e espalhamento de luz dinâmico. As propriedades avaliadas foram a eficiência de interação, a estabilidade dos complexos, potencial zeta e tamanho de poliplexos. Os experimentos foram conduzidos variando-se a força iônica, pH do meio, massa molar de policátion e razão de cargas para quitosanas com diferentes conteúdos de grupos PC. Além das quitosanas preparadas durante o projeto, também se utilizou quitosanas de diferentes massas molares, de 5 e 150 kDa, para estudo dos poliplexos em diferentes forças iônicas. Os resultados mostraram que a eficiência de interação entre quitosana e DNA é reduzida com a presença do grupo PC. Nos estudos de DLS, verificou-se que, em baixos valores de pH, o método de coacervação permite a obtenção de nanopartículas de 150 a 300 nm. A força de interação, o tamanho e a estabilidade das nanopartículas dependem do pH do meio, da força iônica da solução, da massa molar e do conteúdo de fosforilcolina. Em pHs mais elevados, os poliplexos são mais estáveis quanto maior a massa molar ou quando há a presença de grupo fosforilcolina. O trabalho permitiu ampliar os estudos sobre os efeitos da força iônica, do pH, da massa molar e conteúdos de PC e como, tais parâmetros... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work chitosans with different molecular weights and their derivatives containing different amounts of phosphorylcholine (PC) were prepared. The low molecular weights chitosans were obtained by degradation of deacetylated chitosan. These chitosans were purified by dialysis membranes of appropriate sizes of exclusion and characterized by potentiometric titration, H-NMR and gel permeation chromatography (GPC) techniques. The physico-chemical study of the interaction between chitosan and DNA was performed using the ethidium bromide fluorescence assay, gel electrophoresis, optical microscopy, transmission electron microscopy and dynamic light scattering techniques. The experiments were carried out at varying experimental conditions as ionic strength, pH, and charge ratio with chitosans of different molecular weights and phosphorylcholine contents. The results showed that the efficiency of the interaction between chitosan and DNA was reduced with the incorporation of PC on the chitosan chain. The results showed that at low pH values the sizes of the nanoparticles obtained by the coacervation method varied from 150 to 300 nm. The strength of the interaction and the size of the nanoparticles were shown to be dependent of pH, ionic strength, chitosan molecular weight and of the phosphorylcholine contents. The study at high pH values showed that more stable nanoparticles were formed with chitosans having the higher molecular weights. The attaching of phosphorylcholine groups to the chitosan main chain allows obtaining more stable particles at high pH values. In this work we provide new insights on the effects of molecular weight, pH, ionic strength and PC contents on both the chitosan-DNA interaction and the stability of formed nanoparticles / Mestre

A paracoccidioidomicose (PCM) é uma doença sistêmica de caráter granulomatoso, causada pelo fungo termodimórfico Paracoccidioides spp. A PCM é endêmica na America Latina e aproximadamente 80% do pacientes vivem no território brasileiro. O tratamento medicamentoso é eficiente, entretanto, é longo e vários pacientes acabam abandonando e recidivas são comuns neste grupo. A utilização de uma vacina terapêutica poderia resultar na redução do tempo de tratamento assim como, recuperar a resposta imune do hospedeiro frente ao fungo. As vacinas de DNA são uma abordagem promissora na imunoterapia e podem ser injetadas por via intramuscular, intradérmica ou via mucosa. As proteínas de choque térmico (HSPs) são proteínas que estão ligadas a homeostase celular e também possuem efeitos imunológicos em diversos casos como doenças infecciosas e autoimunes. No presente trabalho, analisamos o esquema vacinal terapêutico em camundongos BALB/c previamente infectados intratraquealmente com 3x105 leveduras de P. brasiliensis Pb18, 60 dias depois, submetidos a imunização com pcDNA3 contendo sequências codificadoras de PbHSP60 e/ou IL-12 murina e/ou vetor vazio. Foi observada redução significativa no número de unidades formadoras de colônia (UFCs) nos pulmões de camundongos imunizados com PbHSP60. Os grupos que receberam PbHSP60+pcDNA3 vazio ou PbHSP60x2 apresentaram os maiores índices de redução da cargas fúngicas. A inclusão do plasmídeo contendo o inserto de mIL-12, resultou em um efeito deletério. A análise dos cortes histológicos indicou que os animais vacinados apresentavam áreas bem preservadas e com poucos ou nenhum foco de granuloma. Detectamos um perfil de citocinas típico Th1/Th2. Nossos resultados sugerem que a imunização utilizando plasmídeo contendo o inserto HSP60, tem grande potencial vacinal / The paracoccidioidomycosis (PCM) is a systemic granulomatous disease of character, caused by the thermally dimorphic fungus Paracoccidioides spp. The PCM is endemic in Latin America and approximately 80% of patients are living in Brazil. The medical treatment is effective, however, is long and many patients end up abandoning and relapses are common in this group.The use of a therapeutic vaccine could result in the reducing time of treatment as well as recover the host immune response against the fungus. DNA vaccines are a promising approach for immunotherapy and can be injected by intramuscular, intradermal, or mucosal route. The heat shock proteins (HSPs) are proteins that are linked to cellular homeostasis and also have immunological effects in many cases as infectious and autoimmune diseases. In the present study, we analyzed the therapeutic vaccine schedule in BALB/c mice previously infected intratracheally with 3x105 yeast of P. brasiliensis strain 18, and 60 days after, undergoing immunization with pcDNA3 containing coding sequences PbHSP60 and / or murine IL-12 and / or empty vector. Significant reduction was observed in the number of colony forming units (CFU) in the lungs of mice immunized with PbHSP60. The groups that received empty pcDNA3 and PbHSP60 or PbHSP60x2 have higher rates of reduced fungal loads. The inclusion of the plasmid containing the insert mIL-12 resulted in a deleterious effect. The analysis of histological sections indicated that vaccinated animals had wellpreserved, with few or no focus of granuloma areas. It was detected a profile typical Th1/Th2 cytokines. Our results suggest that immunization using plasmid containing the insert HSP60 vaccine has great potential

O conhecimento do genoma humano e os avanços na biologia molecular levaram a descoberta de mecanismos celulares importantes. A terapia gênica surgiu com a proposta de interferir na fisiologia das células, que apresentam alguma disfunção causadora de uma doença, trazendo a possibilidade de tratamento para incontáveis enfermidades. Na tecnologia de RNA de interferência pequenos fragmentos de RNA de fita dupla (small interference RNA, siRNA) são utilizados para inibir a expressão de genes específicos. O olho tem sido um dos órgãos alvo para o uso desse tipo de tecnologia e, além disso, a córnea é uma membrana atrativa devido ao fácil acesso e a existência de diversas enfermidades que acometem a visão. Para aumentar a biodisponibilidade e viabilizar a administração de siRNA utilizando um polímero catiônico, uma formulação termorreversível com quitosana e outra composta de cristais líquidos funcionalizados com ácido hialurônico foram estudadas como possíveis sistemas de liberação ocular de siRNA, sendo que ambas são inéditas para aplicação tópica e oftálmica de siRNA. O gel termorreversível de poloxamer 407 foi associado a dois diferentes tipos de quitosana (LMW com 92,2% de desacetilação e MMW com 77,0% de desacetilação). Ambas as formulações apresentaram características desejáveis tanto como sistema de liberação de genes, tanto por apresentarem residual positivo e capacidade de complexar o siRNA, quanto como sistema compatível com via tópica ocular, devido ao comportamento reológico pseudoplástico. A quitosana LMW e a adição de NaCl à formulação alteraram a Tsol/gel do poloxamer; somente a associação com a quitosana MMW apresentou Tsol/gel adequada. Os sistemas contendo poloxamer em associação com os dois diferentes tipos de quitosana não promoveram a penetração do siRNA in vitro em córnea bovina nas condições experimentais utilizadas. O sistema líquido cristalino foi desenvolvido com monoleína (MO), polietilenimina (PEI), ácido hialurônico (HA) e fase aquosa. A formação de fases cristalinas foi avaliada por microscopia de luz polarizada e a estrutura das mesofases foi confirmada pela difração de raios X a baixo ângulo. O sistema líquido cristalino, composto de uma mistura de cristais de fase cúbica e hexagonal, foi disperso em nanopartículas de tamanho satisfatório, de aproximadamente 166 nm. Os sistemas apresentaram características desejáveis como sistema de liberação de genes, como potencial zeta adequado, capacidade de complexar sem degradar o siRNA e não foram citotóxicos em fibroblastos L929, além de serem compatíveis com a via ocular por serem isotônicos. A dispersão de cristais de MO/PEI foi capaz de transfectar as células L929, entretanto a incorporação do HA diminuiu a absorção celular, provavelmente devido ao elevado peso molecular do ácido hialurônico empregado. O presente estudo permite delinear o futuro desenvolvimento de formulações tópicas para administração de siRNA na córnea. / The understanding of human genome and the evolvement of molecular biology led to discovery of important cellular mechanisms. Gene therapy has emerged as an approach to interfere with cell physiology, whenever it has a dysfunction that causes a disease, bringing new possibility of treatment to countless illnesses. In RNA interference mechanism, small double-stranded RNAs (small interference RNA, siRNA) inhibit specific gene expression. The eye has been one of the targeted organs for the use of such technology and, moreover, the corneal membrane is an attractive tissue due to the easy access and the existence of several diseases that can impair vision. To enhance bioavailability and facilitate the delivery of siRNA using a cationic polymer, a thermoreversible formulation containing chitosan and a liquid crystalline formulation functionalized hyaluronic acid were studied as potential delivery systems for ocular delivery of siRNA and both this systems are inedited as topical and ocular delivery of siRNA. A poloxamer 407 thermoreversible gel of was associated with two different types of chitosan (LMW with 92.2% deacetylation and MMW with 77.0% deacetylation). Both formulations showed desirable characteristics not only as gene delivery systems due to positive residual charge and capacity for complexing the siRNA, but also as a compatible ocular delivery system, due to pseudoplastic rheological behavior. The LMW chitosan and addition of NaCl to the formulation influenced the Tsol/gel of poloxamer gel; only the association with MMW chitosan showed desirable Tsol/gel. The systems containing poloxamer in combination with two different types of chitosan did not promote in vitro penetration of siRNA using bovine cornea under the used experimental conditions. The liquid crystalline system was developed with monoolein (MO), polyethylenimine (PEI), hyaluronic acid (HA) and aqueous phase. The formation of crystalline phases was observed by polarized light microscopy and the mesophases structures were confirmed by small angle X-ray diffraction. The liquid crystalline system composed of a mixture of hexagonal and cubic phases was dispersed into nanoparticles of suitable size, of approximately 166 nm. The formulations showed desirable characteristics as gene delivery systems, such as suitable zeta potential, ability to complex without degrading the siRNA and were not cytotoxic to fibroblasts L929, moreover, were compatible with the ocular administration due to isotonicity. The dispersion of crystals of MO/PEI was able to transfect L929 cells, however the incorporation of the HA decreased cellular uptake, probably due to high molecular weight hyaluronic acid employed. This study provides an outline for the future development of topical formulations to deliver siRNA to the cornea.

A deficiência de hormônio de crescimento (DGH) é a deficiência mais comum entre os hormônios pituitários. A terapia utilizada atualmente consiste de injeções diárias de hormônio de crescimento humano recombinante (r-hGH), entretanto esta terapia apresenta alguns inconvenientes, como a necessidade de frequentes injeções de r-hGH durante um longo período de vida, dependendo da severidade da deficiência, e o alto custo do hormônio, em razão dos dispendiosos processos de purificação. Uma alternativa ao tratamento padrão seria aquele no qual fossem evitados estes tipos de inconvenientes e o processo de liberação da proteína fosse sustentável, por um longo período e promovesse níveis normais e sustentáveis do fator de crescimento semelhante à insulina I (IGF-I), o principal mediador dos efeitos do GH. Uma alternativa é a terapia gênica in vivo, baseada na administração de DNA plasmidial em diversos órgãos/tecidos, seguida de eletroporação. É considerada uma metodologia bastante promissora e que tem sido alvo de vários estudos para diversos tipos de deficiências sistêmicas. Neste trabalho foram realizadas diversas administrações de um plasmídeo contendo o gene do hormônio de crescimento humano, nos músculos quadríceps exposto ou tibial anterior sem exposição, seguidas de eletroporação, em camundongos anões e imunodeficientes (lit/scid) com 40-80 dias de idade, na tentativa de obter uma correção fenotípica do nanismo, mediante a avaliação de parâmetros de crescimento. A administração deste plasmídeo no músculo tibial anterior, em camundongos com a idade inicial de 40 dias, foi capaz de proporcionar uma normalização dos níveis de mIGF-I, quando comparados aos dos camundongos não-deficientes de GH. Além disso, foram obtidos valores de catch-up dos parâmetros de crescimento longitudinal de 36-77%. Visando uma maior eficiência na expressão de GH, foram construídos plasmídeos parentais, e a partir destes, foram produzidos minicírculos de DNA com os promotores do CMV e Ubiquitina C e com os cDNAs de hGH e mGH. Estes minicírculos de DNA foram transfectados em células HEK 293 e foram até 2 vezes mais eficientes em relação aos plasmídeos convencionais com o promotor do CMV. Estes dados são bastantes promissores e abrem caminho para ensaios mais eficientes, utilizando este tipo de protocolo de terapia gênica para a DGH, visando uma normalização de todos os parâmetros de crescimento. / The human growth hormone deficiency (GHD) is the most common deficiency related to pituitary hormones. The current therapy is based on daily injections of recombinant human growth hormone (r-hGH). This therapy, however, presents some disadvantages, as the need for frequent injections of r-hGH during a long life time, depending on the deficiency severity and the high cost of this hormone, due to the expensive purification processes. An alternative to the standard treatment should be to avoid these inconveniences via a sustainable hormone release, acting for a long time and providing normal and sustainable levels of insulin-like growth factor-I (IGF-I). A possible alternative is in vivo gene therapy, based on the administration of plasmid DNA in several organs/tissues, followed by electroporation. This methodology is considered very promising and has been the target of many different studies for several types of systemic deficiencies. In the present work several administrations of a plasmid containing the human growth hormone gene were carried out, in the exposed quadriceps or non-exposed tibialis cranialis muscle, followed by electroporation, using immunodeficient dwarf mice 40-80 days old. The goal was to obtain a phenotypic correction of dwarfism, through the evaluation of different growth parameters. The administration of this plasmid, in the tibialis cranialis muscle of 40 day old mice, was able to provide a normalization of mIGF-I levels, when compared to non GHD mice. Furthermore, catch-up increases of longitudinal growth parameters of 36-77% were obtained. Aiming a high efficiency on GH expression, parental plasmids were constructed and from these DNA minicircles were generated with CMV and Ubiquitin C promoter and hGH or mGH cDNA sequences. These DNA minicircles were transfected into HEK 293 cells and were even 2 times moren efficient than conventional plasmids with CMV promoter. This data are very promising and pave the way for more efficient assays utilizing this type of gene therapy protocol for GHD, aiming at a normalization of all growth parameters.

As muitas formas diferentes de câncer representam uma grande dimensão no âmbito da saúde pública mundial. Embora os esforços da medicina diagnóstica, vários tumores permanecem sem resposta à terapia tradicional. Uma alternativa é o uso de terapia gênica, a qual consiste a transferência de um gene terapêutico para a célula tumoral com a expectativa de inibição da progressão tumoral. Nosso laboratório desenvolveu uma série de vetores adenovirais onde a expressão do transgene é controlada pela p53 e usamos esses vetores para mostrar que a presença de p19Arf (um parceiro funcional de p53) sensibiliza células de melanoma murino, B16-F10 (p53-tipo selvagem), associado à ação do interferão-beta (IFNbeta, uma citocina pleiotrópica) quando testado in vitro. Mesmo que os vetores adenovirais representem o sistema de transferência gênica mais utilizado para a terapia de genes de câncer, seu uso por via sistêmica é limitado principalmente por inativação pelo sistema imune. Diferentes técnicas visam proteger as partículas de vírus do sistema imunológico e direcioná-las para o leito tumoral. Uma dessas técnicas envolve a utilização de células estaminais mesenquimais (MSCs). As propriedades dos MSC incluem a auto renovação, o potencial de diferenciação, bem como a sua capacidade de migrar e infiltrar tumores. Para este fim, nosso objetivo era utilizar MSCs murinos como portadores de adenovírus que expressam IFNbeta e para verificar se a presença de p19Arf nas células tumorais aumentaria a sua sensibilidade para IFNbeta. Para itso, os CTMs foram isolados da medula óssea ou do tecido adiposo de ratinhos C57BL/ 6 machos. Foi verificada a presença de marcadores de CTM (Sca1, CD29) e a ausência de marcadores para linhagens hematopoiéticas (CD31, CD11b, CD45). Sendo as CTM do tecido adiposo foram mais fáceis de cultivar, estes foram utilizados nos seguintes ensaios. In vitro, a aplicação do vector adenoviral que codifica um gene repórter (eGFP) resultou em mais de 70% de eficiênciamde transdução de CTM, sem indução de alterações morfológicas até 72 horas após o tratamento. A aplicação de vector portador de IFNbeta também foi bem tolerada, no entanto transdução com p19Arf sozinho ou em combinação com IFNbeta induziu alterações morfológicas nas CTMs. Em seguida, as células B16-F10 foram transduzidas ou não com o vetor codificando p19Arf e co-cultivadas com MSCs que foram transduzidas ou não com IFNbeta, demonstrando que a presença de p19Arf confere sensibilidade aumentada de células B16-F10 ao tratamento com IFNbeta . Em ensaios preliminares, os tumores B16-F10 foram estabelecidos subcutaneamente em camundongos C57BL / 6 e, posteriormente, as MSC marcadas com eGFP foram aplicadas na circulação após a injeção da veia da cauda. Após 48 horas, estes tumores foram recuperados e a presença de células positivas para eGFP foi confirmada, indicando que os MSCs se infiltraram no microambiente do tumor / The many different forms of cancer represent a tremendous investment for public health all over the world. Although the efforts of both diagnostic and therapeutic medicine have reduced the number of deaths due to cancer, many tumor types remain impervious to traditional therapy. An alternative is the use of gene therapy which entails the transfer of a therapeutic gene to the tumor cells with the expectation of inhibiting tumor progression. Our laboratory has developed a series of adenoviral vectors where transgene expression is controlled by p53 and we have used these vectors to show that the presence of p19Arf (a functional partner of p53) sensitizes murine melanoma cells, B16-F10 (p53-wild type), to the action of interferon-beta (IFNbeta, a pleiotropic cytokine) when tested in vitro. Even though adenoviral vectors are the most utilized gene transfer system for cancer gene therapy, their systemic application is limited principally by immune inactivation. Different techniques aim to protect the virus particles from the immune system and to direct them to the tumor bed. One of these techniques involves the utilization of mesenchymal stem cells (MSCs). The properties of MSCs include self-renewal, the potential for differentiation as well as their ability to migrate to and infiltrate tumors. To this end, our objective was to utilize murine MSCs as carriers of adenovirus that express IFNbeta and to verify if the presence of p19Arf in the tumor cells would enhance their sensitivity to IFNbeta. For this, MSCs were isolated from bone marrow or adipose tissue from male C57BL/6 mice. The presence of MSC markers (Sca1, CD29) was verified as was the absence of markers for hematopoietic lineages (CD31, CD11b, CD45). Since the MSCs from adipose tissue were easier to cultivate, these were utilized in the following assays. In vitro, application of the adenoviral vector encoding a reporter gene (eGFP) at a multiplicity of infection of 1000 resulted in the transduction of more than 70% of the MSCs and without the induction of morphological alterations even by 72 hours post treatment. The application of a vector encoding IFN? was also well tolerated, however transduction with p19Arf alone or in combination with IFNbeta induced morphologic alterations in the MSCs. Next, B16-F10 cells were transduced or not with the vector encoding p19Arf and co-cultivated with MSCs that had been transduced or not with IFNbeta, demonstrating that the presence of p19Arf confers enhanced sensitivity of B16-F10 cells to the treatment with IFN?. In preliminary assays, B16-F10 tumors were established subcutaneously in C57BL/6 mice and later MSCs labeled with eGFP were applied in the circulation upon tail vein injection. After 48 hours, these tumors were recovered and the presence of eGFP-positive cells was confirmed, indicating that the MSCs infiltrated the tumor microenvironment

A deficiência de hormônio de crescimento (DGH) é a deficiência mais comum entre os hormônios pituitários. A terapia utilizada atualmente consiste de injeções diárias de hormônio de crescimento humano recombinante (r-hGH), entretanto esta terapia apresenta alguns inconvenientes, como a necessidade de frequentes injeções de r-hGH durante um longo período de vida, dependendo da severidade da deficiência, e o alto custo do hormônio, em razão dos dispendiosos processos de purificação. Uma alternativa ao tratamento padrão seria aquele no qual fossem evitados estes tipos de inconvenientes e o processo de liberação da proteína fosse sustentável, por um longo período e promovesse níveis normais e sustentáveis do fator de crescimento semelhante à insulina I (IGF-I), o principal mediador dos efeitos do GH. Uma alternativa é a terapia gênica in vivo, baseada na administração de DNA plasmidial em diversos órgãos/tecidos, seguida de eletroporação. É considerada uma metodologia bastante promissora e que tem sido alvo de vários estudos para diversos tipos de deficiências sistêmicas. Neste trabalho foram realizadas diversas administrações de um plasmídeo contendo o gene do hormônio de crescimento humano, nos músculos quadríceps exposto ou tibial anterior sem exposição, seguidas de eletroporação, em camundongos anões e imunodeficientes (lit/scid) com 40-80 dias de idade, na tentativa de obter uma correção fenotípica do nanismo, mediante a avaliação de parâmetros de crescimento. A administração deste plasmídeo no músculo tibial anterior, em camundongos com a idade inicial de 40 dias, foi capaz de proporcionar uma normalização dos níveis de mIGF-I, quando comparados aos dos camundongos não-deficientes de GH. Além disso, foram obtidos valores de catch-up dos parâmetros de crescimento longitudinal de 36-77%. Visando uma maior eficiência na expressão de GH, foram construídos plasmídeos parentais, e a partir destes, foram produzidos minicírculos de DNA com os promotores do CMV e Ubiquitina C e com os cDNAs de hGH e mGH. Estes minicírculos de DNA foram transfectados em células HEK 293 e foram até 2 vezes mais eficientes em relação aos plasmídeos convencionais com o promotor do CMV. Estes dados são bastantes promissores e abrem caminho para ensaios mais eficientes, utilizando este tipo de protocolo de terapia gênica para a DGH, visando uma normalização de todos os parâmetros de crescimento. / The human growth hormone deficiency (GHD) is the most common deficiency related to pituitary hormones. The current therapy is based on daily injections of recombinant human growth hormone (r-hGH). This therapy, however, presents some disadvantages, as the need for frequent injections of r-hGH during a long life time, depending on the deficiency severity and the high cost of this hormone, due to the expensive purification processes. An alternative to the standard treatment should be to avoid these inconveniences via a sustainable hormone release, acting for a long time and providing normal and sustainable levels of insulin-like growth factor-I (IGF-I). A possible alternative is in vivo gene therapy, based on the administration of plasmid DNA in several organs/tissues, followed by electroporation. This methodology is considered very promising and has been the target of many different studies for several types of systemic deficiencies. In the present work several administrations of a plasmid containing the human growth hormone gene were carried out, in the exposed quadriceps or non-exposed tibialis cranialis muscle, followed by electroporation, using immunodeficient dwarf mice 40-80 days old. The goal was to obtain a phenotypic correction of dwarfism, through the evaluation of different growth parameters. The administration of this plasmid, in the tibialis cranialis muscle of 40 day old mice, was able to provide a normalization of mIGF-I levels, when compared to non GHD mice. Furthermore, catch-up increases of longitudinal growth parameters of 36-77% were obtained. Aiming a high efficiency on GH expression, parental plasmids were constructed and from these DNA minicircles were generated with CMV and Ubiquitin C promoter and hGH or mGH cDNA sequences. These DNA minicircles were transfected into HEK 293 cells and were even 2 times moren efficient than conventional plasmids with CMV promoter. This data are very promising and pave the way for more efficient assays utilizing this type of gene therapy protocol for GHD, aiming at a normalization of all growth parameters.

As muitas formas diferentes de câncer representam uma grande dimensão no âmbito da saúde pública mundial. Embora os esforços da medicina diagnóstica, vários tumores permanecem sem resposta à terapia tradicional. Uma alternativa é o uso de terapia gênica, a qual consiste a transferência de um gene terapêutico para a célula tumoral com a expectativa de inibição da progressão tumoral. Nosso laboratório desenvolveu uma série de vetores adenovirais onde a expressão do transgene é controlada pela p53 e usamos esses vetores para mostrar que a presença de p19Arf (um parceiro funcional de p53) sensibiliza células de melanoma murino, B16-F10 (p53-tipo selvagem), associado à ação do interferão-beta (IFNbeta, uma citocina pleiotrópica) quando testado in vitro. Mesmo que os vetores adenovirais representem o sistema de transferência gênica mais utilizado para a terapia de genes de câncer, seu uso por via sistêmica é limitado principalmente por inativação pelo sistema imune. Diferentes técnicas visam proteger as partículas de vírus do sistema imunológico e direcioná-las para o leito tumoral. Uma dessas técnicas envolve a utilização de células estaminais mesenquimais (MSCs). As propriedades dos MSC incluem a auto renovação, o potencial de diferenciação, bem como a sua capacidade de migrar e infiltrar tumores. Para este fim, nosso objetivo era utilizar MSCs murinos como portadores de adenovírus que expressam IFNbeta e para verificar se a presença de p19Arf nas células tumorais aumentaria a sua sensibilidade para IFNbeta. Para itso, os CTMs foram isolados da medula óssea ou do tecido adiposo de ratinhos C57BL/ 6 machos. Foi verificada a presença de marcadores de CTM (Sca1, CD29) e a ausência de marcadores para linhagens hematopoiéticas (CD31, CD11b, CD45). Sendo as CTM do tecido adiposo foram mais fáceis de cultivar, estes foram utilizados nos seguintes ensaios. In vitro, a aplicação do vector adenoviral que codifica um gene repórter (eGFP) resultou em mais de 70% de eficiênciamde transdução de CTM, sem indução de alterações morfológicas até 72 horas após o tratamento. A aplicação de vector portador de IFNbeta também foi bem tolerada, no entanto transdução com p19Arf sozinho ou em combinação com IFNbeta induziu alterações morfológicas nas CTMs. Em seguida, as células B16-F10 foram transduzidas ou não com o vetor codificando p19Arf e co-cultivadas com MSCs que foram transduzidas ou não com IFNbeta, demonstrando que a presença de p19Arf confere sensibilidade aumentada de células B16-F10 ao tratamento com IFNbeta . Em ensaios preliminares, os tumores B16-F10 foram estabelecidos subcutaneamente em camundongos C57BL / 6 e, posteriormente, as MSC marcadas com eGFP foram aplicadas na circulação após a injeção da veia da cauda. Após 48 horas, estes tumores foram recuperados e a presença de células positivas para eGFP foi confirmada, indicando que os MSCs se infiltraram no microambiente do tumor / The many different forms of cancer represent a tremendous investment for public health all over the world. Although the efforts of both diagnostic and therapeutic medicine have reduced the number of deaths due to cancer, many tumor types remain impervious to traditional therapy. An alternative is the use of gene therapy which entails the transfer of a therapeutic gene to the tumor cells with the expectation of inhibiting tumor progression. Our laboratory has developed a series of adenoviral vectors where transgene expression is controlled by p53 and we have used these vectors to show that the presence of p19Arf (a functional partner of p53) sensitizes murine melanoma cells, B16-F10 (p53-wild type), to the action of interferon-beta (IFNbeta, a pleiotropic cytokine) when tested in vitro. Even though adenoviral vectors are the most utilized gene transfer system for cancer gene therapy, their systemic application is limited principally by immune inactivation. Different techniques aim to protect the virus particles from the immune system and to direct them to the tumor bed. One of these techniques involves the utilization of mesenchymal stem cells (MSCs). The properties of MSCs include self-renewal, the potential for differentiation as well as their ability to migrate to and infiltrate tumors. To this end, our objective was to utilize murine MSCs as carriers of adenovirus that express IFNbeta and to verify if the presence of p19Arf in the tumor cells would enhance their sensitivity to IFNbeta. For this, MSCs were isolated from bone marrow or adipose tissue from male C57BL/6 mice. The presence of MSC markers (Sca1, CD29) was verified as was the absence of markers for hematopoietic lineages (CD31, CD11b, CD45). Since the MSCs from adipose tissue were easier to cultivate, these were utilized in the following assays. In vitro, application of the adenoviral vector encoding a reporter gene (eGFP) at a multiplicity of infection of 1000 resulted in the transduction of more than 70% of the MSCs and without the induction of morphological alterations even by 72 hours post treatment. The application of a vector encoding IFN? was also well tolerated, however transduction with p19Arf alone or in combination with IFNbeta induced morphologic alterations in the MSCs. Next, B16-F10 cells were transduced or not with the vector encoding p19Arf and co-cultivated with MSCs that had been transduced or not with IFNbeta, demonstrating that the presence of p19Arf confers enhanced sensitivity of B16-F10 cells to the treatment with IFN?. In preliminary assays, B16-F10 tumors were established subcutaneously in C57BL/6 mice and later MSCs labeled with eGFP were applied in the circulation upon tail vein injection. After 48 hours, these tumors were recovered and the presence of eGFP-positive cells was confirmed, indicating that the MSCs infiltrated the tumor microenvironment