A presente tese trata do estudo de vesículas lipídicas utilizando-se principalmente as técnicas de microscopia óptica de fluorescência e confocal. Vesículas unilamelares gigantes (GUVs) são modelos de membranas biológicas de suma importância na pesquisa científica por apresentarem tamanhos similares aos de células biológicas, permitindo a direta visualização das delas por meio de microscopia óptica e, assim, contribuindo para estudos de propriedades de membranas e mecanismo de interação com moléculas biológicas de interesse. O primeiro estudo desta tese refere-se ao mecanismo de fusão de GUVs, durante o crescimento pelo método de eletroformação, foi investigado através da técnica de microscopia óptica e confocal. Observações mostraram que as vesículas pequenas crescem em tamanho por meio de fusão com outras vesículas, aumentando de tamanho para formar as GUVs. Os resultados obtidos indicaram que a fusão ocorre entre vesículas que estão no mesmo substrato lipídico, não ocorrendo com vesículas já formadas em solução. Em seguida, verificou-se a resposta de GUVs constituídas por diferentes composições lipídicas em relação ao campo elétrico externo aplicado (AC), por meio de microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o campo elétrico (2 V e 60 Hz, por 2h) modifique alguns domínios em GUVs compostas de 25% de DOPC e 75% de SM. Além disso, observações de microscopia indicaram que GUVs constituídas de DOPC, DMPC e DLPC respondem de diferentes formas ao campo elétrico aplicado, bem como à diferença de pressão osmótica externa e interna das vesículas. As GUVs de DLPC apresentaram a maior deformação de membrana quando aplicada uma variação de tensão de 1 a 20 V. Em resposta a um meio externo mais concentrado em glicose formaram-se longos filamentos externos às GUVs que podem ser retraídos com a aplicação de um campo elétrico de 10 V e 20 Hz. Por fim, investigou-se a interação de GUVs compostas por lipídios majoritariamente encontrados nas plaquetas humanas com a urease de Jack bean (JBU), utilizando-se microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o efeito da JBU na membrana seja dependente da concentração, sendo capaz de se inserir na membrana das GUVs nas concentrações de 0,01 e 0,1 μM. / Herein, we report the study of lipid vesicles using fluorescence and confocal microscopy. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are models of biological membranes, which are important in scientific research due to their similar size with biological cell, allowing direct visualization in optical microscopy. Thus, the use of GUVs contributes to studies of the properties of membranes and mechanism of interaction with biological molecules of interest. Firstly, the mechanism of GUVs fusion during growth by electroformation method was investigated by confocal microscopy. Observations have shown that small vesicles grow in size by fusing with neighboring vesicles, increasing in size to form GUVs. The results indicated that fusion between vesicles that are in the same lipid substrate is by far the predominant mechanism at play during giant vesicle electroformation. Further, we studied the response of GUVs composed of different lipid in relation to the external applied electric field (AC), by optical fluorescence microscopy. The results suggest that the electric field (2 V and 60 Hz, 2h) modify some domains in GUVs composed of 25% DOPC and 75% SM. In addition, microscopic observations indicated that GUVs of DOPC, DMPC, and DLPC respond differently to electric field applied and the difference in osmotic pressure outside and inside of the vesicles. The GUVs of DLPC showed the highest deformation of the membrane when applied to a range of 1 to 20 V. In response to an external environment more concentrated glucose were formed long filaments outside the GUVs that can be retracted by applying an electric field of 10 V and 20 Hz. Finally, we investigated the interaction of GUVs mainly composed of lipids found in human platelets with Jack Bean urease (JBU), using optical fluorescence microscopy. The results suggest that the effect of JBU on the membrane is concentration dependent, being able to insert itself in the membrane of GUVs at concentrations of 0.01 and 0.1 μM.

Nanovesículas lipossômicas constituem promissoras estruturas auto-organizadas hábeis para encapsular e transportar diferentes substâncias, como os fármacos, e foram produzidas neste trabalho pelo método da evaporação em fase reversa. Fosfatidilcolina de alta pureza foi utilizada na produção das estruturas. Paralelamente procedeu-se a purificação de fosfatidilcolina por cromatografia em coluna a partir da lecitina de soja fornecida pela indústria de óleo de soja local. O processo foi monitorado por cromatografia em camada delgada e a caracterização foi feita por RMN do 1H e do 31P. O resultado mostrou que fosfatidilcolina pode ser purificada facilmente pela cromatografia em coluna, mas a sua degradação deve ser evitada por processos eficientes de conservação. Quitosana foi obtida pela desacetilação por hidrólise alcalina da quitina comercial. O grau de desacetilação resultante foi caracterizado por infra-vermelho e a massa molar média, assim como outros parâmetros do polímero em solução como raio de giro e segundo coeficiente virial, foram determinados pela técnica de espalhamento de luz estático. O polímero de caráter catiônico quitosana foi empregado na produção de nanovesículas lipossômicas para revestimento das estruturas, visando o aumento da estabilidade física das mesmas. A preparação de lipossomas pela evaporação em fase reversa constitui um processo em etapas, onde os diferentes estágios levam à formação de três sistemas vesiculares de distintas organizações estruturais: micelas reversas, organogel e lipossomas. As técnicas de viscosimetria, turbidimetria, ultra-violeta visível, espalhamento de luz estático e dinâmico e espalhamento de raios-X a baixo ângulo permitiram ampla caracterização destas estruturas com e sem quitosana. Dados como raio hidrodinâmico e ponto de percolação das micelas reversas, espessura lamelar do organogel, intensidade de espalhamento de luz, raio hidrodinâmico, raio de giro e espessura lamelar dos lipossomas foram obtidos. Além disso, o solvente orgânico éter etílico, clássico para este método de preparação foi substituído pelo acetato de etila sem prejuízo na formação das estruturas e com a vantagem do seu menor impacto ambiental. Lipossomas revestidos externa e internamente com quitosana formando um compósito foram obtidos com sucesso e apresentaram uma estabilidade física em solução aquosa maior do que lipossomas convencionais ou não revestidos.

Les liposomes sont des objets du monde colloïdal, composés d’une membrane comportant une ou plusieurs bicouches de phospholipides qui encapsule un noyau aqueux. Grâce à la méthodologie de l’évaporation en phase inverse, des liposomes nanométriques modifiés par l’incorporation de chitosane ont été fabriqués. Ce polysaccharide confère des propriétés intéressantes au système composite résultant. Des liposomes composites micrométriques ont également été produits, par une modification de la méthodologie d’électroformation de vésicules géantes, à partir d’une émulsion inverse comme précurseur. Les études physico-chimiques et structurales que nous avons réalisées ont permis d’identifier de nombreuses altérations dans le système vésiculaire, comme conséquence de la présence du chitosane, mais aussi sur des différentes conditions de transfert d’énergie et d’homogénéisation structurale. Nous avons caractérisé la variation i) de la taille, ii) du nombre de bicouches, iii) de la distance moyenne entre bicouches, iv) du coefficient de diffusion en suspension, v) de l’interaction avec le milieu aqueux et vi) du volume aqueux encapsulé, des liposomes nanométriques composites en fonction des paramètres de préparation suivants : concentration en polymère, utilisation éventuelle de filtration et d’ultrasons. Les modifications observées ont été interprétées en considérant les caractéristiques d’énergie et d’organisation moléculaire. Nous avons démontré que lors d’une considérable augmentation de température, les importantes variations structurales observées pour les vésicules sans chitosane sont très atténuées dans le cas des vésicules composites. Ainsi, une plus grande stabilité physique a été attribuée aux vésicules composites, comme résultat de la dissipation d’énergie thermique par le polymère incorporé. Les études du potentiel de surface, et du coefficient de diffusion différencié en suspension aqueuse, montrent l’efficacité de l’incorporation du chitosane dans les liposomes. La mesure de l’altération de mobilité du groupe phosphate indique l’existence d’interactions électrostatiques entre le polymère et les phospholipides. Nous avons ainsi prouvé la viabilité de l’incorporation de chitosane dans des vésicules micrométriques au moyen d’une méthode d’électroformation modifiée. Nous avons pu localiser le polymère sur la membrane de ces structures, et nous avons montré leur grande stabilité temporelle. Nous avons enfin déterminé de façon quantitative la densité de surface de polymère sur les membranes de phospholipide dans ces vésicules composites. / Lipossomas são vesículas coloidais onde uma membrana formada por uma ou mais bicamadas fosfolipídicas encapsula um núcleo aquoso. Através do método da evaporação em fase reversa foram produzidos lipossomas nanométricos modificados com a incorporação de quitosana, um polissacarídeo com características vantajosas para o sistema compósito resultante. Lipossomas micrométricos compósitos também foram produzidos através de uma modificação no método da eletroformação de vesículas gigantes a partir de uma emulsão precursora. Os estudos físico-químicos e estruturais desenvolvidos identificaram uma série de alterações no sistema vesicular geradas pela presença da quitosana sob diferentes condições energéticas e de métodos de padronização estrutural. Lipossomas nanométricos compósitos apresentaram tamanhos, número de bicamadas, distâncias de repetição de bicamadas, coeficiente de difusão em suspensão aquosa, interação com o meio aquoso e volume aquoso encapsulado que variaram com a presença e concentração do polímero e com a utilização ou não de filtração e ultrasonicação na sua preparação. As modificações foram avaliadas considerando aspectos energéticos e de organização molecular. Com um significativo aumento de temperatura foram obtidas variações estruturais atenuadas nas vesículas compósitas em comparação com vesículas isentas de quitosana. Desta forma foi idendificada uma estabilidade física maior como resultado da dissipação de energia térmica devido à presença do polímero. O potencial superficial e o diferenciado coeficiente de difusão em suspensão aquosa mostraram a incorporação efetiva da quitosana nas estruturas. As alterações de mobilidade do grupo fosfato indicaram interações eletrostáticas entre o polímero e os fosfolipídios. A modificação do método da eletroformação mostrou a viabilidade de incorporação da quitosana na produção de vesículas micrométricas. A localização do polímero nas vesículas resultantes foi identificada na membrana das estruturas e o mesmo mostrou estabilidade de incorporação. Assim, pôde ser procedida a determinação quantitativa de polímero por unidade de superfície da membrana fosfolipídica das vesículas compósitas que correspondeu a 0,2 mg de quitosana por metro quadrado de área de superfície, considerando os dois lados da membrana fosfolipídica. / Liposomes are colloidal vesicles where a membrane formed by one or more phospholipid bilayers encapsulates an aqueous core. Using the reverse phase evaporation method, modified nanometric liposomes were produced with the incorporation of chitosan, a polysaccharide with profitable characteristics for the resulting composite system. Micrometric composite liposomes were also produced by a modification on the electroformation method used to prepare giant vesicles through the application of a precursor emulsion. Structural and physico-chemical studies identified a series of alterations in the vesicular system generated by the presence of chitosan under different energetic conditions and methods of structure standardization. Nanometric composite liposomes featured sizes, number of bilayers, repeat distances of bilayers, diffusion coefficient in aqueous suspension, interactions with the aqueous media and encapsulated aqueous volume which varied with the presence and concentration of the polymer and with the application or not of filtration and sonication on the preparation method. The modifications were evaluated considering properties of energy and organization at the molecular level. Under a considerable increase of temperature, attenuated structural variations were obtained in the composite vesicles in comparison with the vesicles free of chitosan. In this way, a higher physical stability was identified as a result of thermal energy dissipation due to the presence of the polymer. The superficial potential and the distinguished diffusion coefficient in aqueous suspension showed the effective incorporation of chitosan in the structures. The alteration of the mobility of the phosphate group indicated electrostatic interactions between the polymer and the phospholipids. The modification of the electroformation method showed the practicable of chitosan incorporation in the production of micrometric vesicles. The localization of the polymer in the resulting vesicles was identified on the membrane of the structures, which showed stability of incorporation. Besides, it was possible to determine the quantity of polymer per unit of phospholipidic membrane surface of the composite vesicles corresponding to 0.2 mg of chitosan per square meter of phospholipids, considering the two sides of the membrane.

A presente tese trata do estudo de vesículas lipídicas utilizando-se principalmente as técnicas de microscopia óptica de fluorescência e confocal. Vesículas unilamelares gigantes (GUVs) são modelos de membranas biológicas de suma importância na pesquisa científica por apresentarem tamanhos similares aos de células biológicas, permitindo a direta visualização das delas por meio de microscopia óptica e, assim, contribuindo para estudos de propriedades de membranas e mecanismo de interação com moléculas biológicas de interesse. O primeiro estudo desta tese refere-se ao mecanismo de fusão de GUVs, durante o crescimento pelo método de eletroformação, foi investigado através da técnica de microscopia óptica e confocal. Observações mostraram que as vesículas pequenas crescem em tamanho por meio de fusão com outras vesículas, aumentando de tamanho para formar as GUVs. Os resultados obtidos indicaram que a fusão ocorre entre vesículas que estão no mesmo substrato lipídico, não ocorrendo com vesículas já formadas em solução. Em seguida, verificou-se a resposta de GUVs constituídas por diferentes composições lipídicas em relação ao campo elétrico externo aplicado (AC), por meio de microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o campo elétrico (2 V e 60 Hz, por 2h) modifique alguns domínios em GUVs compostas de 25% de DOPC e 75% de SM. Além disso, observações de microscopia indicaram que GUVs constituídas de DOPC, DMPC e DLPC respondem de diferentes formas ao campo elétrico aplicado, bem como à diferença de pressão osmótica externa e interna das vesículas. As GUVs de DLPC apresentaram a maior deformação de membrana quando aplicada uma variação de tensão de 1 a 20 V. Em resposta a um meio externo mais concentrado em glicose formaram-se longos filamentos externos às GUVs que podem ser retraídos com a aplicação de um campo elétrico de 10 V e 20 Hz. Por fim, investigou-se a interação de GUVs compostas por lipídios majoritariamente encontrados nas plaquetas humanas com a urease de Jack bean (JBU), utilizando-se microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o efeito da JBU na membrana seja dependente da concentração, sendo capaz de se inserir na membrana das GUVs nas concentrações de 0,01 e 0,1 μM. / Herein, we report the study of lipid vesicles using fluorescence and confocal microscopy. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are models of biological membranes, which are important in scientific research due to their similar size with biological cell, allowing direct visualization in optical microscopy. Thus, the use of GUVs contributes to studies of the properties of membranes and mechanism of interaction with biological molecules of interest. Firstly, the mechanism of GUVs fusion during growth by electroformation method was investigated by confocal microscopy. Observations have shown that small vesicles grow in size by fusing with neighboring vesicles, increasing in size to form GUVs. The results indicated that fusion between vesicles that are in the same lipid substrate is by far the predominant mechanism at play during giant vesicle electroformation. Further, we studied the response of GUVs composed of different lipid in relation to the external applied electric field (AC), by optical fluorescence microscopy. The results suggest that the electric field (2 V and 60 Hz, 2h) modify some domains in GUVs composed of 25% DOPC and 75% SM. In addition, microscopic observations indicated that GUVs of DOPC, DMPC, and DLPC respond differently to electric field applied and the difference in osmotic pressure outside and inside of the vesicles. The GUVs of DLPC showed the highest deformation of the membrane when applied to a range of 1 to 20 V. In response to an external environment more concentrated glucose were formed long filaments outside the GUVs that can be retracted by applying an electric field of 10 V and 20 Hz. Finally, we investigated the interaction of GUVs mainly composed of lipids found in human platelets with Jack Bean urease (JBU), using optical fluorescence microscopy. The results suggest that the effect of JBU on the membrane is concentration dependent, being able to insert itself in the membrane of GUVs at concentrations of 0.01 and 0.1 μM.

Les liposomes sont des objets du monde colloïdal, composés d’une membrane comportant une ou plusieurs bicouches de phospholipides qui encapsule un noyau aqueux. Grâce à la méthodologie de l’évaporation en phase inverse, des liposomes nanométriques modifiés par l’incorporation de chitosane ont été fabriqués. Ce polysaccharide confère des propriétés intéressantes au système composite résultant. Des liposomes composites micrométriques ont également été produits, par une modification de la méthodologie d’électroformation de vésicules géantes, à partir d’une émulsion inverse comme précurseur. Les études physico-chimiques et structurales que nous avons réalisées ont permis d’identifier de nombreuses altérations dans le système vésiculaire, comme conséquence de la présence du chitosane, mais aussi sur des différentes conditions de transfert d’énergie et d’homogénéisation structurale. Nous avons caractérisé la variation i) de la taille, ii) du nombre de bicouches, iii) de la distance moyenne entre bicouches, iv) du coefficient de diffusion en suspension, v) de l’interaction avec le milieu aqueux et vi) du volume aqueux encapsulé, des liposomes nanométriques composites en fonction des paramètres de préparation suivants : concentration en polymère, utilisation éventuelle de filtration et d’ultrasons. Les modifications observées ont été interprétées en considérant les caractéristiques d’énergie et d’organisation moléculaire. Nous avons démontré que lors d’une considérable augmentation de température, les importantes variations structurales observées pour les vésicules sans chitosane sont très atténuées dans le cas des vésicules composites. Ainsi, une plus grande stabilité physique a été attribuée aux vésicules composites, comme résultat de la dissipation d’énergie thermique par le polymère incorporé. Les études du potentiel de surface, et du coefficient de diffusion différencié en suspension aqueuse, montrent l’efficacité de l’incorporation du chitosane dans les liposomes. La mesure de l’altération de mobilité du groupe phosphate indique l’existence d’interactions électrostatiques entre le polymère et les phospholipides. Nous avons ainsi prouvé la viabilité de l’incorporation de chitosane dans des vésicules micrométriques au moyen d’une méthode d’électroformation modifiée. Nous avons pu localiser le polymère sur la membrane de ces structures, et nous avons montré leur grande stabilité temporelle. Nous avons enfin déterminé de façon quantitative la densité de surface de polymère sur les membranes de phospholipide dans ces vésicules composites. / Lipossomas são vesículas coloidais onde uma membrana formada por uma ou mais bicamadas fosfolipídicas encapsula um núcleo aquoso. Através do método da evaporação em fase reversa foram produzidos lipossomas nanométricos modificados com a incorporação de quitosana, um polissacarídeo com características vantajosas para o sistema compósito resultante. Lipossomas micrométricos compósitos também foram produzidos através de uma modificação no método da eletroformação de vesículas gigantes a partir de uma emulsão precursora. Os estudos físico-químicos e estruturais desenvolvidos identificaram uma série de alterações no sistema vesicular geradas pela presença da quitosana sob diferentes condições energéticas e de métodos de padronização estrutural. Lipossomas nanométricos compósitos apresentaram tamanhos, número de bicamadas, distâncias de repetição de bicamadas, coeficiente de difusão em suspensão aquosa, interação com o meio aquoso e volume aquoso encapsulado que variaram com a presença e concentração do polímero e com a utilização ou não de filtração e ultrasonicação na sua preparação. As modificações foram avaliadas considerando aspectos energéticos e de organização molecular. Com um significativo aumento de temperatura foram obtidas variações estruturais atenuadas nas vesículas compósitas em comparação com vesículas isentas de quitosana. Desta forma foi idendificada uma estabilidade física maior como resultado da dissipação de energia térmica devido à presença do polímero. O potencial superficial e o diferenciado coeficiente de difusão em suspensão aquosa mostraram a incorporação efetiva da quitosana nas estruturas. As alterações de mobilidade do grupo fosfato indicaram interações eletrostáticas entre o polímero e os fosfolipídios. A modificação do método da eletroformação mostrou a viabilidade de incorporação da quitosana na produção de vesículas micrométricas. A localização do polímero nas vesículas resultantes foi identificada na membrana das estruturas e o mesmo mostrou estabilidade de incorporação. Assim, pôde ser procedida a determinação quantitativa de polímero por unidade de superfície da membrana fosfolipídica das vesículas compósitas que correspondeu a 0,2 mg de quitosana por metro quadrado de área de superfície, considerando os dois lados da membrana fosfolipídica. / Liposomes are colloidal vesicles where a membrane formed by one or more phospholipid bilayers encapsulates an aqueous core. Using the reverse phase evaporation method, modified nanometric liposomes were produced with the incorporation of chitosan, a polysaccharide with profitable characteristics for the resulting composite system. Micrometric composite liposomes were also produced by a modification on the electroformation method used to prepare giant vesicles through the application of a precursor emulsion. Structural and physico-chemical studies identified a series of alterations in the vesicular system generated by the presence of chitosan under different energetic conditions and methods of structure standardization. Nanometric composite liposomes featured sizes, number of bilayers, repeat distances of bilayers, diffusion coefficient in aqueous suspension, interactions with the aqueous media and encapsulated aqueous volume which varied with the presence and concentration of the polymer and with the application or not of filtration and sonication on the preparation method. The modifications were evaluated considering properties of energy and organization at the molecular level. Under a considerable increase of temperature, attenuated structural variations were obtained in the composite vesicles in comparison with the vesicles free of chitosan. In this way, a higher physical stability was identified as a result of thermal energy dissipation due to the presence of the polymer. The superficial potential and the distinguished diffusion coefficient in aqueous suspension showed the effective incorporation of chitosan in the structures. The alteration of the mobility of the phosphate group indicated electrostatic interactions between the polymer and the phospholipids. The modification of the electroformation method showed the practicable of chitosan incorporation in the production of micrometric vesicles. The localization of the polymer in the resulting vesicles was identified on the membrane of the structures, which showed stability of incorporation. Besides, it was possible to determine the quantity of polymer per unit of phospholipidic membrane surface of the composite vesicles corresponding to 0.2 mg of chitosan per square meter of phospholipids, considering the two sides of the membrane.

Nanovesículas lipossômicas constituem promissoras estruturas auto-organizadas hábeis para encapsular e transportar diferentes substâncias, como os fármacos, e foram produzidas neste trabalho pelo método da evaporação em fase reversa. Fosfatidilcolina de alta pureza foi utilizada na produção das estruturas. Paralelamente procedeu-se a purificação de fosfatidilcolina por cromatografia em coluna a partir da lecitina de soja fornecida pela indústria de óleo de soja local. O processo foi monitorado por cromatografia em camada delgada e a caracterização foi feita por RMN do 1H e do 31P. O resultado mostrou que fosfatidilcolina pode ser purificada facilmente pela cromatografia em coluna, mas a sua degradação deve ser evitada por processos eficientes de conservação. Quitosana foi obtida pela desacetilação por hidrólise alcalina da quitina comercial. O grau de desacetilação resultante foi caracterizado por infra-vermelho e a massa molar média, assim como outros parâmetros do polímero em solução como raio de giro e segundo coeficiente virial, foram determinados pela técnica de espalhamento de luz estático. O polímero de caráter catiônico quitosana foi empregado na produção de nanovesículas lipossômicas para revestimento das estruturas, visando o aumento da estabilidade física das mesmas. A preparação de lipossomas pela evaporação em fase reversa constitui um processo em etapas, onde os diferentes estágios levam à formação de três sistemas vesiculares de distintas organizações estruturais: micelas reversas, organogel e lipossomas. As técnicas de viscosimetria, turbidimetria, ultra-violeta visível, espalhamento de luz estático e dinâmico e espalhamento de raios-X a baixo ângulo permitiram ampla caracterização destas estruturas com e sem quitosana. Dados como raio hidrodinâmico e ponto de percolação das micelas reversas, espessura lamelar do organogel, intensidade de espalhamento de luz, raio hidrodinâmico, raio de giro e espessura lamelar dos lipossomas foram obtidos. Além disso, o solvente orgânico éter etílico, clássico para este método de preparação foi substituído pelo acetato de etila sem prejuízo na formação das estruturas e com a vantagem do seu menor impacto ambiental. Lipossomas revestidos externa e internamente com quitosana formando um compósito foram obtidos com sucesso e apresentaram uma estabilidade física em solução aquosa maior do que lipossomas convencionais ou não revestidos.

Les liposomes sont des objets du monde colloïdal, composés d’une membrane comportant une ou plusieurs bicouches de phospholipides qui encapsule un noyau aqueux. Grâce à la méthodologie de l’évaporation en phase inverse, des liposomes nanométriques modifiés par l’incorporation de chitosane ont été fabriqués. Ce polysaccharide confère des propriétés intéressantes au système composite résultant. Des liposomes composites micrométriques ont également été produits, par une modification de la méthodologie d’électroformation de vésicules géantes, à partir d’une émulsion inverse comme précurseur. Les études physico-chimiques et structurales que nous avons réalisées ont permis d’identifier de nombreuses altérations dans le système vésiculaire, comme conséquence de la présence du chitosane, mais aussi sur des différentes conditions de transfert d’énergie et d’homogénéisation structurale. Nous avons caractérisé la variation i) de la taille, ii) du nombre de bicouches, iii) de la distance moyenne entre bicouches, iv) du coefficient de diffusion en suspension, v) de l’interaction avec le milieu aqueux et vi) du volume aqueux encapsulé, des liposomes nanométriques composites en fonction des paramètres de préparation suivants : concentration en polymère, utilisation éventuelle de filtration et d’ultrasons. Les modifications observées ont été interprétées en considérant les caractéristiques d’énergie et d’organisation moléculaire. Nous avons démontré que lors d’une considérable augmentation de température, les importantes variations structurales observées pour les vésicules sans chitosane sont très atténuées dans le cas des vésicules composites. Ainsi, une plus grande stabilité physique a été attribuée aux vésicules composites, comme résultat de la dissipation d’énergie thermique par le polymère incorporé. Les études du potentiel de surface, et du coefficient de diffusion différencié en suspension aqueuse, montrent l’efficacité de l’incorporation du chitosane dans les liposomes. La mesure de l’altération de mobilité du groupe phosphate indique l’existence d’interactions électrostatiques entre le polymère et les phospholipides. Nous avons ainsi prouvé la viabilité de l’incorporation de chitosane dans des vésicules micrométriques au moyen d’une méthode d’électroformation modifiée. Nous avons pu localiser le polymère sur la membrane de ces structures, et nous avons montré leur grande stabilité temporelle. Nous avons enfin déterminé de façon quantitative la densité de surface de polymère sur les membranes de phospholipide dans ces vésicules composites. / Lipossomas são vesículas coloidais onde uma membrana formada por uma ou mais bicamadas fosfolipídicas encapsula um núcleo aquoso. Através do método da evaporação em fase reversa foram produzidos lipossomas nanométricos modificados com a incorporação de quitosana, um polissacarídeo com características vantajosas para o sistema compósito resultante. Lipossomas micrométricos compósitos também foram produzidos através de uma modificação no método da eletroformação de vesículas gigantes a partir de uma emulsão precursora. Os estudos físico-químicos e estruturais desenvolvidos identificaram uma série de alterações no sistema vesicular geradas pela presença da quitosana sob diferentes condições energéticas e de métodos de padronização estrutural. Lipossomas nanométricos compósitos apresentaram tamanhos, número de bicamadas, distâncias de repetição de bicamadas, coeficiente de difusão em suspensão aquosa, interação com o meio aquoso e volume aquoso encapsulado que variaram com a presença e concentração do polímero e com a utilização ou não de filtração e ultrasonicação na sua preparação. As modificações foram avaliadas considerando aspectos energéticos e de organização molecular. Com um significativo aumento de temperatura foram obtidas variações estruturais atenuadas nas vesículas compósitas em comparação com vesículas isentas de quitosana. Desta forma foi idendificada uma estabilidade física maior como resultado da dissipação de energia térmica devido à presença do polímero. O potencial superficial e o diferenciado coeficiente de difusão em suspensão aquosa mostraram a incorporação efetiva da quitosana nas estruturas. As alterações de mobilidade do grupo fosfato indicaram interações eletrostáticas entre o polímero e os fosfolipídios. A modificação do método da eletroformação mostrou a viabilidade de incorporação da quitosana na produção de vesículas micrométricas. A localização do polímero nas vesículas resultantes foi identificada na membrana das estruturas e o mesmo mostrou estabilidade de incorporação. Assim, pôde ser procedida a determinação quantitativa de polímero por unidade de superfície da membrana fosfolipídica das vesículas compósitas que correspondeu a 0,2 mg de quitosana por metro quadrado de área de superfície, considerando os dois lados da membrana fosfolipídica. / Liposomes are colloidal vesicles where a membrane formed by one or more phospholipid bilayers encapsulates an aqueous core. Using the reverse phase evaporation method, modified nanometric liposomes were produced with the incorporation of chitosan, a polysaccharide with profitable characteristics for the resulting composite system. Micrometric composite liposomes were also produced by a modification on the electroformation method used to prepare giant vesicles through the application of a precursor emulsion. Structural and physico-chemical studies identified a series of alterations in the vesicular system generated by the presence of chitosan under different energetic conditions and methods of structure standardization. Nanometric composite liposomes featured sizes, number of bilayers, repeat distances of bilayers, diffusion coefficient in aqueous suspension, interactions with the aqueous media and encapsulated aqueous volume which varied with the presence and concentration of the polymer and with the application or not of filtration and sonication on the preparation method. The modifications were evaluated considering properties of energy and organization at the molecular level. Under a considerable increase of temperature, attenuated structural variations were obtained in the composite vesicles in comparison with the vesicles free of chitosan. In this way, a higher physical stability was identified as a result of thermal energy dissipation due to the presence of the polymer. The superficial potential and the distinguished diffusion coefficient in aqueous suspension showed the effective incorporation of chitosan in the structures. The alteration of the mobility of the phosphate group indicated electrostatic interactions between the polymer and the phospholipids. The modification of the electroformation method showed the practicable of chitosan incorporation in the production of micrometric vesicles. The localization of the polymer in the resulting vesicles was identified on the membrane of the structures, which showed stability of incorporation. Besides, it was possible to determine the quantity of polymer per unit of phospholipidic membrane surface of the composite vesicles corresponding to 0.2 mg of chitosan per square meter of phospholipids, considering the two sides of the membrane.

A presente tese trata do estudo de vesículas lipídicas utilizando-se principalmente as técnicas de microscopia óptica de fluorescência e confocal. Vesículas unilamelares gigantes (GUVs) são modelos de membranas biológicas de suma importância na pesquisa científica por apresentarem tamanhos similares aos de células biológicas, permitindo a direta visualização das delas por meio de microscopia óptica e, assim, contribuindo para estudos de propriedades de membranas e mecanismo de interação com moléculas biológicas de interesse. O primeiro estudo desta tese refere-se ao mecanismo de fusão de GUVs, durante o crescimento pelo método de eletroformação, foi investigado através da técnica de microscopia óptica e confocal. Observações mostraram que as vesículas pequenas crescem em tamanho por meio de fusão com outras vesículas, aumentando de tamanho para formar as GUVs. Os resultados obtidos indicaram que a fusão ocorre entre vesículas que estão no mesmo substrato lipídico, não ocorrendo com vesículas já formadas em solução. Em seguida, verificou-se a resposta de GUVs constituídas por diferentes composições lipídicas em relação ao campo elétrico externo aplicado (AC), por meio de microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o campo elétrico (2 V e 60 Hz, por 2h) modifique alguns domínios em GUVs compostas de 25% de DOPC e 75% de SM. Além disso, observações de microscopia indicaram que GUVs constituídas de DOPC, DMPC e DLPC respondem de diferentes formas ao campo elétrico aplicado, bem como à diferença de pressão osmótica externa e interna das vesículas. As GUVs de DLPC apresentaram a maior deformação de membrana quando aplicada uma variação de tensão de 1 a 20 V. Em resposta a um meio externo mais concentrado em glicose formaram-se longos filamentos externos às GUVs que podem ser retraídos com a aplicação de um campo elétrico de 10 V e 20 Hz. Por fim, investigou-se a interação de GUVs compostas por lipídios majoritariamente encontrados nas plaquetas humanas com a urease de Jack bean (JBU), utilizando-se microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o efeito da JBU na membrana seja dependente da concentração, sendo capaz de se inserir na membrana das GUVs nas concentrações de 0,01 e 0,1 μM. / Herein, we report the study of lipid vesicles using fluorescence and confocal microscopy. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are models of biological membranes, which are important in scientific research due to their similar size with biological cell, allowing direct visualization in optical microscopy. Thus, the use of GUVs contributes to studies of the properties of membranes and mechanism of interaction with biological molecules of interest. Firstly, the mechanism of GUVs fusion during growth by electroformation method was investigated by confocal microscopy. Observations have shown that small vesicles grow in size by fusing with neighboring vesicles, increasing in size to form GUVs. The results indicated that fusion between vesicles that are in the same lipid substrate is by far the predominant mechanism at play during giant vesicle electroformation. Further, we studied the response of GUVs composed of different lipid in relation to the external applied electric field (AC), by optical fluorescence microscopy. The results suggest that the electric field (2 V and 60 Hz, 2h) modify some domains in GUVs composed of 25% DOPC and 75% SM. In addition, microscopic observations indicated that GUVs of DOPC, DMPC, and DLPC respond differently to electric field applied and the difference in osmotic pressure outside and inside of the vesicles. The GUVs of DLPC showed the highest deformation of the membrane when applied to a range of 1 to 20 V. In response to an external environment more concentrated glucose were formed long filaments outside the GUVs that can be retracted by applying an electric field of 10 V and 20 Hz. Finally, we investigated the interaction of GUVs mainly composed of lipids found in human platelets with Jack Bean urease (JBU), using optical fluorescence microscopy. The results suggest that the effect of JBU on the membrane is concentration dependent, being able to insert itself in the membrane of GUVs at concentrations of 0.01 and 0.1 μM.

Nanovesículas lipossômicas constituem promissoras estruturas auto-organizadas hábeis para encapsular e transportar diferentes substâncias, como os fármacos, e foram produzidas neste trabalho pelo método da evaporação em fase reversa. Fosfatidilcolina de alta pureza foi utilizada na produção das estruturas. Paralelamente procedeu-se a purificação de fosfatidilcolina por cromatografia em coluna a partir da lecitina de soja fornecida pela indústria de óleo de soja local. O processo foi monitorado por cromatografia em camada delgada e a caracterização foi feita por RMN do 1H e do 31P. O resultado mostrou que fosfatidilcolina pode ser purificada facilmente pela cromatografia em coluna, mas a sua degradação deve ser evitada por processos eficientes de conservação. Quitosana foi obtida pela desacetilação por hidrólise alcalina da quitina comercial. O grau de desacetilação resultante foi caracterizado por infra-vermelho e a massa molar média, assim como outros parâmetros do polímero em solução como raio de giro e segundo coeficiente virial, foram determinados pela técnica de espalhamento de luz estático. O polímero de caráter catiônico quitosana foi empregado na produção de nanovesículas lipossômicas para revestimento das estruturas, visando o aumento da estabilidade física das mesmas. A preparação de lipossomas pela evaporação em fase reversa constitui um processo em etapas, onde os diferentes estágios levam à formação de três sistemas vesiculares de distintas organizações estruturais: micelas reversas, organogel e lipossomas. As técnicas de viscosimetria, turbidimetria, ultra-violeta visível, espalhamento de luz estático e dinâmico e espalhamento de raios-X a baixo ângulo permitiram ampla caracterização destas estruturas com e sem quitosana. Dados como raio hidrodinâmico e ponto de percolação das micelas reversas, espessura lamelar do organogel, intensidade de espalhamento de luz, raio hidrodinâmico, raio de giro e espessura lamelar dos lipossomas foram obtidos. Além disso, o solvente orgânico éter etílico, clássico para este método de preparação foi substituído pelo acetato de etila sem prejuízo na formação das estruturas e com a vantagem do seu menor impacto ambiental. Lipossomas revestidos externa e internamente com quitosana formando um compósito foram obtidos com sucesso e apresentaram uma estabilidade física em solução aquosa maior do que lipossomas convencionais ou não revestidos.