Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The present work reports the development of new methodologies to evaluate the in vitro and in vivo antioxidant capacity against peroxyl and hydroxyl radicals in five medicinal plant samples (Matricaria chamomilla L., Psidium guajava, Achyrocline satureoides, Baccharis genistelloides and Cymbopogon citratus) and seven phenolic compounds (rutin, quercetin, resveratrol, gallic acid, ferulic acid, caffeic acid and rosmarinic acid). The antioxidant capacity of the samples was analyzed by two independent methods. In the first one, a new approach was used to detect hydroxyl radicals indirectly using an electrochemical procedure, in which the radicals destroy a thiol self-assembled monolayer (SAM) on a gold electrode. This monolayer can block the electrochemical signal of a dissolved redox probe. When such an electrode with a SAM is exposed to free radicals, these radicals destroy the SAM and the electrochemical signal of a redox probe recovers to a degree proportional to the extent of dissolution of the SAM. In the second method, the evaluation of antioxidant capacity against peroxyl and hydroxyl radicals is based on the indirect detection of these reactive oxygen species (ROS) by fluorimetry (ex/em: 485/520 nm) employing 2 -7 -dichlorofluorescin diacetate (DCFH-DA) as a fluorescent probe. After the deacetilation reaction of DCFH-DA, it can be oxidized by ROS to the fluorescent compound DCF. The peroxyl radicals were produced at 37ºC by thermal decomposition of 2,2 -azobis (2 methylpropianamidine) dihydrochloride (ABAP), while hydroxyl radicals were generated by the Fenton reaction. In vivo assays were evaluated using zebrafish (Danio rerio) hepatocytes exposed to P. guajava and C. citratus extracts (better and worst in vitro results, respectively). The results obtained by the electrochemical and fluorimetric methods show that it is difficult to classify the tested plants according to their antioxidant capacity, since the results depended strongly on the extract concentration and composition as well as on the principle of the analytical method. However, there was a good correlation between the in vitro and in vivo assays for P. guajava and C. citratus extracts, since these results showed a reduction in the intracellular ROS concentration in the hepatocytes exposed to P. guajava extract. Furthermore, no antioxidant effect was observed in the assay with C. citrates extract, what is in agreement with the in vitro assays for this plant species. At last, the thesis intended to proof and to highlight the discrepant results obtained by independent methods for the same antioxidant species. Additionally, it aimed to compare the different methods according to the differences among the experimental procedures by using different ROS. Furthermore, the stability, reactivity and the half-life time of the free radicals are discussed. / O presente trabalho visa ao desenvolvimento de novas metodologias para a determinação da capacidade antioxidante in vitro e in vivo contra radicais peroxila e hidroxila em amostras de 5 plantas medicinais (Matricaria chamomilla L., Psidium guajava, Achyrocline satureoides, Baccharis genistelloides e Cymbopogon citratus) e sete compostos fenólicos (rutina, quercetina, resveratrol, ácido cafeico, ácido ferúlico, ácido gálico e ácido rosmarínico). A capacidade antioxidante das amostras foi determinada por dois métodos independentes. No primeiro, testou-se uma nova forma para a detecção de radicais hidroxila, usando-se um procedimento eletroquímico no qual os radicais destroem uma monocamada auto-organizada de hexanotiol sob um eletrodo de ouro. Esta monocamada consegue inibir o sinal eletroquímico de um par redox dissolvido, e, ao ser atacada por radicais livres, estes a destroem, e a recuperação do sinal eletroquímico do par redox se dá de forma proporcional à extensão de dissolução da monocamada. No segundo método, a determinação da capacidade antioxidante contra radicais peroxila e hidroxila ocorre através da detecção indireta destes radicais por fluorimetria (ex/em: 485/520 nm), empregando diacetato de 2 ,7 -diclorofluoresceína (DCFH-DA) como substrato. O DCFH-DA, após sofrer desacetilação, pode ser oxidado por espécies reativas de oxigênio (ERO), gerando fluorescência. Os radicais peroxila foram gerados através da termodegradação do reagente cloreto de 2,2 -azobis (2-metilamidinopropano) (ABAP) a 37ºC, enquanto os radicais hidroxila foram gerados pela reação de Fenton. Ensaios in vivo foram avaliados utilizando-se hepatócitos do peixe zebra (Danio rerio), expostos aos extratos das plantas P. guajava e C. citratus (melhor e pior desempenho in vitro, respectivamente). Os resultados obtidos pelos métodos eletroquímico e fluorimétrico demonstram que é extremamente difícil classificar as plantas de acordo com sua capacidade antioxidante, uma vez que o resultado obtido depende fortemente da concentração e da composição química dos extratos, além do princípio do método analítico empregado. Entretanto, obteve-se uma boa correlação entre os ensaios in vitro e in vivo feitos para os extratos das plantas P. guajava e C. citratus, já que os resultados obtidos mostraram uma redução da concentração de ERO intracelular em forma dose-dependete nos hepatócitos expostos a P. guajava, sem se observar efeito antioxidante no ensaio com C. citratus, a exemplo dos ensaios in vitro realizados. O presente trabalho pretende chamar a atenção para esses diferentes resultados obtidos, e compara os diferentes métodos levando em consideração as diferenças existentes entre as metodologias, assim como as diferenças existentes entre os radicais testados. Além disso, discute-se a estabilidade, a reatividade e tempo de meia-vida destas espécies.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Materials based on polyhydroxybutyrate (PHB), chitosan (CHI) and fibroin (SF) are biocompatible and attractive for applications in bone tissue engineering. In this work, 3D scaffolds of PHB/CHI and PHB/CHI/SF in different proportions was prepared, characterized and evaluated the in vitro behavior: group I: PHB/CHI (50:50 wt.%), group II: PHB/CHI/SF (50:45:5 wt.%) and group III: PHB/CHI/SF (50:35:15 wt.%). The scaffolds were produced by the lyophilization method of the components mixtures. The physical-chemical characterization of the scaffolds was performed by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis. A highly porous nature was revealed by SEM analysis of the scaffolds. The FTIR analysis revealed that the constituents used in the preparation of the scaffolds interacted chemically with each other. Thermal analysis showed that fibroin increases the thermal stability of the scaffolds. The viability and cell proliferation were assessed by the MTT method and the cytotoxicity results showed that all scaffolds are non- cytotoxic. In addition, the scaffolds stimulated cell proliferation and are promising for tissue engineering applications. / Materiais à base de polihidroxibutirato (PHB), quitosana (QUI) e fibroína (SF) são biocompatíveis e atrativos para aplicações na engenharia tecidual óssea. Neste trabalho foi preparado, caracterizado e avaliado o comportamento in vitro de arcabouços 3D de PHB/QUI/SF em diferentes proporções: grupo I: PHB/QUI (50:50 % em massa), grupo II-PHB/QUI/SF (50:45:5 % em massa) e grupo III- PHB/QUI/SF (50: 35:15 % em massa). Os arcabouços foram produzidos pelo método da liofilização das misturas dos componentes dos três grupos. A caracterização físico-química dos arcabouços foi realizada por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e análise termogravimétrica. A análise de MEV mostrou que os arcabouços 3D apresentam uma boa porosidade. Por FTIR observou- se que os componentes utilizados na preparação dos arcabouços interagiram quimicamente entre si. As análises térmicas indicam que a fibroína aumenta a estabilidade térmica dos arcabouços. A viabilidade e a proliferação celular foram avaliadas pelo método do MTT e os resultados de citotoxicidade mostraram que ambos os arcabouços não são citotóxicos. Além disso, os arcabouços estimularam a proliferação celular, sendo promissores para aplicações em engenharia tecidual.

A cartilagem articular é um tema amplamente discutido na literatura por meio de vários estudos e pesquisas. Com o presente estudo, busca-se uma proposta inovadora e original no uso de um biomaterial composto e o desenvolvimento de uma cartilagem artificial que aja como coxim elástico, apresentando características de gel fibro-reforçado com finalidade biomimética mecânica que imite o comportamento da cartilagem articular. Foi conceituado um implante que tivesse uma superfície tribológica para contato com a cartilagem do platô tibial e gradualmente se convertesse em região osteo-integrável para fixação mecânica no osso subcondral. Foi desenvolvido um biomaterial composto por poliuretano e microfibra de biovidro 45S5 em gradiente funcional que foi obtido e validado através de ensaios in vitro, microscopia eletrônica de varredura e análise histológica. Nos testes in vitro seja na condição de citotoxicidade direta ou indireta, notou-se que a quantidade de células foi estatisticamente semelhante ao controle negativo, e estatisticamente diferente do controle positivo indicando que o biomaterial composto de poliuretano e microfibra de biovidro 45S5 apresentou não toxicidade direta ou indireta da amostra e ainda promoveram o crescimento e o espalhamento celular, resultados que o habilitaram para a continuidade nos estudos com experimentos in vivo com coelhos. O material foi manufaturado para aplicação em defeitos osteocondrais de coelhos medindo 3mm de diâmetro e 4mm de profundidade que foi realizado na região central da tróclea femoral. Após períodos experimentais de 15, 30 e 90 dias as análises de microscopia eletrônica de varredura mostrou na região distal da superfície tribológica uma neo-formação de uma estrutura semelhante as trabéculas ósseas que foi considerada biomimética confirmadas por análises histológicas, e na região proximal à superfície tribológica a presença de tecido fibrocartilaginoso com condrócitos e ricamente vascularizado, validando com sucesso o conceito proposto para o implante. / Articular cartilage has been widely discussed in the literature by means of several studies and researches. The present thesis reports on an innovative and original proposal to use a biomaterial compound and the development of an artificial cartilage that acts as a cushion rubber with characteristics of fiber-reinforced gel with biomimetic mechanical purpose mimicking the behavior of articular cartilage. An implant with a tribological surface for contact with the cartilage of the tibial plateau was designed. It should gradually turn into an osteo-integrable region for mechanical fixation in the subchondral bone. A biomaterial composed of polyurethane and bioglass microfiber in functional gradient was then developed and validated by scanning electron microscopy and histological analysis through in vitro tests. Under either direct or indirect cytotoxicity conditions, the tests showed that the amount of cells is statistically similar to negative control and statistically different from the positive control, indicating that the biomaterial composed of polyurethane and bioglass microfiber showed no direct or indirect toxicity and promoted cell growth and spreading. Such results allowed continuing the studies with in vivo experiments with rabbits. The material was manufactured for use in 3mm diameter and 4mm depth osteochondral defects in the central region of the femoral trochlea of rabbits. After experimental periods of 15, 30 and 90 days, the scanning electron microscopy analysis showed a neo-formation of a structure similar to trabecular bones on the tribological surface in the distal region. This neo-formation was considered biomimetic, confirmed by both histological analysis and the presence of richly vascularized fibrocartilaginous tissues with chondrocytes in the region proximal to the tribological surface.