<p> The influence of a logarithmically dependent (van Hove singularity) electronic density of states is studied in the weak-coupling limit. Through analytic and numerical analysis it is found that the model can give rise to temperatures in the 100 K range, and that universal BCS ratios such as 2Δ/kBTC and ΔC/γTC do not change essentially from their constant BCS values. The consequences of this model on the calculation of the isotope effect and specific heat are discussed in detail and compared to recent experimental results.</p> / Thesis / Master of Science (MSc)

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The topological aspects of superconductivity on doped Weyl semimetals are investigated. / Topological phases of matter have sparked significant experimental and theoretical interest due to the topologically robust edge modes they host, as well as their classification through rich mathematics. An interesting example of a topological phase in three dimensions, the Weyl semimetal, can exhibit topological ordering through the existence of Fermi arcs on the surfaces of the material. For the doped Weyl semimetal, we investigate possible resulting Weyl superconducting states --- both the inter-Fermi surface pairing state following Li and Haldane, and the intra-Fermi surface pairing state following Burkov --- in this thesis, and study their topological properties by computing the gapless Weyl-Majorana edge modes they host. The results obtained in Ref. \cite{LH} for the inter-Fermi surface superconducting state are reproduced, and the bulk and edge properties of the intra-Fermi surface pairing superconducting state are studied in detail. / Thesis / Master of Science (MSc) / In this thesis, we study an interesting class of topological materials called the Weyl semimetal as well as its associated superconducting phases. A description of the Fermi arcs on Weyl semimetals are given, and the topological properties of the inter-Fermi surface and intra-Fermi surface pairing states are studied in detail.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RonivonLE_DISSERT.pdf: 2244591 bytes, checksum: e86660db1b3ec37036777503cc5e8a0d (MD5) Previous issue date: 2010-12-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In this work we investigate the effect of a BCS-type pairing term for free spinless fermions, with a propensity to form a condensate of pairs in a 1+1 dimension. Using the of bosonization technique we explore the possible condition of existence of quasiparticles in a superconducting state. Although there is no spontaneous breaking of chiral symmetry the propagator of one-particle fermion is massive and, in fact, resembles the one-particle Green s function of conventional quasiparticles / Neste trabalho investigamos o efeito de um termo de emparelhamento do tipo BCS para f?rmions livres sem spins, com propens?o a formar um condensado de pares em uma dimens?o 1+1. Utilizando a t?cnica de bosoniza??o vamos explorar a poss?vel condi??o de exist?ncia de quasipart?culas em um estado supercondutor. Embora n?o haja nenhuma quebra espont?nea de simetria quiral o propagador de 1-part?cula fermi?nica ? massivo e de fato assemelha-se a fun??o de Green de 1-part?cula de uma quasipart?cula convencional

Grace aux progrès énormes des techniques de refroidissement, des expériences actuelles avec des atomes fermioniques piégés atteignent des températures extrêmement basses de l'ordre du nanoKelvin. Le but principal de ces expériences est l'étude de la transition nommée "BEC-BCS crossover". Pour cela, on change le champ magnétique autour d'une résonance de Feschbach, ce qui implique que la longueur de diffusion change des valeurs répulsives (a positif), à travers la limite unitaire (a infini) aux valeurs attractives (a négatif). Du côté BEC, où le système forme un condensat de Bose-Einstein de molécules fortement liées, aussi bien que du côté BCS, où les atomes forment des paires de Cooper qui ont une grande extension par rapport à la distance moyenne entre les atomes, on s'attend à ce que le système devienne superfluide, à condition que la température soit inférieure à une certaine température critique. Afin de trouver des signes sans équivoque de la superfluidité, il est nécessaire de regarder des observables dynamiques comme l'expansion du nuage atomique lorsque le piège est éteint ou des oscillations collectives du nuage. Le travail effectué au cours de cette thèse est une étude de la dynamique des modes collectifs dans les gaz de fermions froids. Nous avons développé un modèle basé sur l'évaluation de la matrice T. L'utilisation de l'équation de transport de Boltzmann pour les particules permet ensuite une étude semi-numérique des modes collectifs dans tous les régimes d'interaction. Cette étude a permis de mettre en évidence pour la première fois que la fréquence du mode radial quadrupolaire est supérieure à deux fois la fréquence du piège, comme cela est vérifié expérimentalement et contrairement aux premières théories n'incluant pas les effets de champ moyen. Les résultats obtenus ont aussi mis en évidence la nécessité d'une résolution numérique complète de l'équation de Boltzmann et de l'amélioration des techniques de détermination des observables physiques du gaz. Cette résolution numérique de l'équation de Boltzmann a montré que la détermination du temps de relaxation par la méthode des moments est erronée de 30%, ce qui influe fortement sur la détermination de la fréquence et de l'amortissement du mode collectif. Enfin, l'amélioration de la méthode des moments, considérant l'ordre supérieur, permet d'améliorer sensiblement l'accord avec le résultat numérique. Une telle investigation n'avait jamais été réalisée et montre la nécessité de considérer les moments d'ordre supérieurs pour l'étude des modes collectifs par l'équation de Boltzmann d'un gaz de fermions dans la phase normale / Due to the improvement of cooling technics, recent experiments on ultracold Fermi gases now reach temperatures in the range of the nanokelvin. The main goal of these experiments is to study the so called BEC-BCS crossover. By tuning the external magnetic field around a Feschbach resonance, the scattering lengh runs from the repulsive side (a>0) to the attractive side (a<0) through the unitarity limit (a infinite). In the BEC side, where the system can form a Bose Einstein condensate of strongly bounded molecules and also in the BCS side where the atoms can form Cooper pairs, the system can become superfluid if the temperature is below the critical temperature. In order to know if the system is superfluid, one has to look at dynamical observables such the collective oscillations of the cloud. The work of this thesis deals with the dynamics of collective modes of ultracold Fermi gases. We have developped a model based on the T-matrix evaluation. We use the Boltzmann transport equation to study the collective modes in all the interaction regimes. This work shows for the first time that the frequency of the radial quadrupole mode can be more than twice the trap frequency, as it has been observed by experiments. The result comes from the incorporation of medium effects. These first results have also shown the necessity to solve numerically the Boltzmann equation. The numerical resolution shows that the determination of the relaxation time with the methods of moments was wrong by a factor 30%. Consequently, the determination of the frequency and the damping of the collective mode by this analytical method is also wrong. Thus, the improvement of this method, by considering the higher order, provides a better agreement with the numerical results. Such a calculation has never been done and shows the necessity to consider the higher order moments in the description of the collective mode of an ultracold Fermi gas in the normal with the Boltzmann equation

Para medicamentos administrados oralmente, as etapas de liberação do fármaco a partir da forma farmacêutica e sua subsequente absorção constituem importantes processos para que a adequada biodisponibilidade oral ocorra. Deste modo, as características de solubilidade e de permeabilidade são de extrema importância para que mecanismos relacionados à absorção sejam compreendidos no âmbito das propriedades ADME (absorção, distribuição, metabolismo e excreção). Com base nisso, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) foi proposto como uma ferramenta que permite a classificação de fármacos em quatro classes distintas de acordo com a solubilidade e permeabilidade. De maneira complementar, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica de Distribuição de Fármacos (SCBDF) foi proposto levando em consideração a solubilidade e o metabolismo das substâncias, além de considerar o impacto de transportadores presentes nos tecidos biológicas, inclusive no trato gastrintestinal (TGI). Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais (estavudina, lamivudina e zidovudina) por meio do modelo de perfusão in situ com coleta de sangue mesentérico em ratos, considerando os aspectos relacionados ao efluxo e ao metabolismo pré-sistêmico que ocorrem nos enterócitos. Além disso, estudos in vitro em culturas celulares MDCK e MDCK-MDR1 foram realizados a fim de auxiliar na elucidação dos mecanismos de transporte dos referidos fármacos. Para a realização dos estudos de perfusão in situ, ratos Wistar foram anestesiados e a porção do jejuno foi canulada para permitir a entrada do fármaco solubilizado no interior do intestino, bem como a coleta das amostras de perfusato em intervalos regulares de tempo. A veia mesentérica também foi canulada para viabilizar a obtenção das amostras de sangue durante os experimentos. Para os estudos de efluxo, o verapamil foi adicionado à solução de perfusão como inibidor de Pgp (glicoproteína-P), enquanto que o cetoconazol foi empregado como inibidor de enzimas CYP3A. Em modelo in vitro MDCK e MDCK-MDR1, os experimentos foram conduzidos bidirecionalmente com o uso de GG918 como inibidor de P-gp. Em todos os experimentos realizados, o metoprolol e a ranitidina foram empregados como marcadores de alta e de baixa permeabilidade, respectivamente. Os resultados de permeabilidade mostraram que a estavudina e a zidovudina apresentam características de alta permeabilidade, enquanto a lamivudina apresentou o menor resultado dentre os três fármacos. Os ensaios bidirecionais em MDCK, no entanto, mostraram que os três antirretrovirais apresentam baixos valores de permeabilidade, uma vez que seus resultados foram significativamente menores que o valor encontrado para o metoprolol. Com relação à avaliação do mecanismo de efluxo, tanto a lamivudina quanto a zidovudina apresentaram interações significativas com a P-gp nos dois métodos empregados (perfusão in situ e MDCK-MDR1), uma vez que o aumento nos valores de permeabilidade foi constatado quando o inibidor de P-gp foi empregado. Os estudos de metabolismo intestinal realizados por meio do modelo de perfusão in situ mostraram que nenhum dos fármacos antirretrovirais apresentou interação significativa com as enzimas CYP3A quando o cetoconazol foi empregado como inibidor, uma vez que não foram constatadas mudanças significativas nos valores de permeabilidade. A comparação entre os resultados de permeabilidade efetiva (Pef) e de permeabilidade aparente (Pap), obtidos por meio da quantificação das amostras de perfusato e de plasma, respectivamente, permitiu verificar que as diferenças estatísticas entre estes dois parâmetros podem indicar variados mecanismos de transporte, uma vez que a Pap constata a quantidade da substância que realmente foi capaz de superar as barreiras físicas e bioquímicas presentes na parede do TGI. Logo, a Pap é considerada um parâmetro mais próximo das condições in vivo. Esta diferença foi constatada apenas para a zidovudina nos ensaios de transporte de efluxo, uma vez que o valor médio de Pef não representou a mesma conclusão fornecida pelo valor médio de Pap. Os resultados obtidos permitiram concluir que os fármacos antirretrovirais apresentam permeabilidade de moderada a alta em função do possível envolvimento de carreadores de influxo. Além disso, os três fármacos antirretrovirais interagiram de alguma forma com a P-gp, sendo os resultados referentes à lamivudina e à zidovudina mais significativos. Embora tenha sido constatada o envolvimento da P-gp na permeabilidade da zidovudina, sua elevada fração absorvida indica que a absorção desta substância não é limitada por este mecanismo e que a ação do carreador de efluxo não é clinicamente relevante neste caso. Com relação aos estudos de metabolismo, a presença de enzimas CYP3A nos enterócitos também não representou uma condição desfavorável para a absorção dos antirretrovirais. Assim, a avaliação dos mecanismos no presente trabalho contribuiu para a caracterização biofarmacêutica da estavudina, lamivudina e zidovudina e as metodologias descritas podem ser empregadas nas etapas iniciais de desenvolvimento farmacêutico com o objetivo de assegurar a segurança e a eficácia de medicamentos. / For orally administered pharmaceutical products, the drug release from the dosage form and its absorption are considered important processes for adequate oral bioavailability. Thus, the solubility and permeability characteristics are extremely important for understanding of mechanisms related to the absorption in the scope of the ADME properties (absorption, distribution, metabolism and excretion). Based on that, the Biopharmaceutics Classification System (BCS) was proposed as a tool for classifying drugs into four classes considering their solubility and permeability characteristics. In an additional way, the Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System (BDDCS) was proposed considering the solubility and metabolism of compounds. Besides, the BDDCS also considers the impact of transporters in biological tissues, such as in the gastrointestinal tract (GIT). Thus, this study aimed to evaluate the mechanisms involved in the permeability of antiretroviral drugs (stavudine, lamivudine and zidovudine) using the intestinal in situ perfusion model with mesenteric blood sampling in rats, considering efflux and intestinal pre-systemic metabolism that occur in the enterocytes. Furthermore, in vitro studies in cell cultures MDCK and MDCK-MDR1 were performed in order to elucidate the transport mechanisms of the drugs. For intestinal in situ perfusion studies, Wistar rats were anesthetized and a portion of jejunum was cannulated to allow the drug entry into the intestine, as well as the perfusate sampling at regular time intervals. The mesenteric vein was also cannulated to allow blood sampling during the experiments. For efflux studies, verapamil was used as P-gp (P-glycoprotein) inhibitor while ketoconazole was used as CYP3A inhibitor. In in vitro model MDCK and MDCK-MDR1, the experiments were performed bidirectionally using GG918 as P-gp inhibitor. For all experiments, metoprolol and ranitidine were used as markers of high and low permeability, respectively. Permeability results showed that stavudine and zidovudine present high permeability characteristics while lamivudine showed the lowest value. However, bidirectional studies in MDCK showed that the antiretroviral drugs present low permeability since their results are far from metoprolol\'s results. Regarding efflux studies, both lamivudine and zidovudine presented relevant interaction with P-gp in in situ perfusion and MDCK-MDR1 models, since the increase in permeability values was observed when P-gp inhibitor was added. Metabolism studies performed through intestinal in situ perfusion showed that none of antiretroviral drugs interact significantly with CYP3A enzymes, since that no variation in permeability results were noticed. Comparison between effective permeability (Peff) and apparent permeability (Papp), obtained from prefusate and plasma, respectively, allowed to check that statistical differences between these two parameters can indicate different transport mechanisms, since Papp is related to the drug amount that really overcome the physical and biochemical barriers in the gut. Thus, Papp is considered the closest parameter to in vivo condition. This difference was observed for zidovudine in efflux studies, since Peff values does not match with the conclusion provided by the Papp. The results obtained allowed to conclude that the antiretroviral drugs presents moderate to high permeability due to the involvement of influx carriers. Furthermore, the antiretroviral drugs interacted with the P-gp, but lamivudine and zidovudine showed significant results. Although the involvement between zidovudine and P-gp is observed, its high fraction absorbed indicates that the absorption is not limited by efflux transporter, which is not relevant clinically. Regarding 32 metabolism studies, CYP3A enzymes is not considered as a limiting condition for absorption of the antiretroviral drugs. Thus, the evaluation of the mechanisms contributes for biopharmaceutical characterization of stavudine, lamivudine and zidovudine and the methodologies used in this study can be applied in early drug development to ensure adequate safety and efficacy of pharmaceutical products.

Para medicamentos administrados oralmente, as etapas de liberação do fármaco a partir da forma farmacêutica e sua subsequente absorção constituem importantes processos para que a adequada biodisponibilidade oral ocorra. Deste modo, as características de solubilidade e de permeabilidade são de extrema importância para que mecanismos relacionados à absorção sejam compreendidos no âmbito das propriedades ADME (absorção, distribuição, metabolismo e excreção). Com base nisso, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) foi proposto como uma ferramenta que permite a classificação de fármacos em quatro classes distintas de acordo com a solubilidade e permeabilidade. De maneira complementar, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica de Distribuição de Fármacos (SCBDF) foi proposto levando em consideração a solubilidade e o metabolismo das substâncias, além de considerar o impacto de transportadores presentes nos tecidos biológicas, inclusive no trato gastrintestinal (TGI). Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais (estavudina, lamivudina e zidovudina) por meio do modelo de perfusão in situ com coleta de sangue mesentérico em ratos, considerando os aspectos relacionados ao efluxo e ao metabolismo pré-sistêmico que ocorrem nos enterócitos. Além disso, estudos in vitro em culturas celulares MDCK e MDCK-MDR1 foram realizados a fim de auxiliar na elucidação dos mecanismos de transporte dos referidos fármacos. Para a realização dos estudos de perfusão in situ, ratos Wistar foram anestesiados e a porção do jejuno foi canulada para permitir a entrada do fármaco solubilizado no interior do intestino, bem como a coleta das amostras de perfusato em intervalos regulares de tempo. A veia mesentérica também foi canulada para viabilizar a obtenção das amostras de sangue durante os experimentos. Para os estudos de efluxo, o verapamil foi adicionado à solução de perfusão como inibidor de Pgp (glicoproteína-P), enquanto que o cetoconazol foi empregado como inibidor de enzimas CYP3A. Em modelo in vitro MDCK e MDCK-MDR1, os experimentos foram conduzidos bidirecionalmente com o uso de GG918 como inibidor de P-gp. Em todos os experimentos realizados, o metoprolol e a ranitidina foram empregados como marcadores de alta e de baixa permeabilidade, respectivamente. Os resultados de permeabilidade mostraram que a estavudina e a zidovudina apresentam características de alta permeabilidade, enquanto a lamivudina apresentou o menor resultado dentre os três fármacos. Os ensaios bidirecionais em MDCK, no entanto, mostraram que os três antirretrovirais apresentam baixos valores de permeabilidade, uma vez que seus resultados foram significativamente menores que o valor encontrado para o metoprolol. Com relação à avaliação do mecanismo de efluxo, tanto a lamivudina quanto a zidovudina apresentaram interações significativas com a P-gp nos dois métodos empregados (perfusão in situ e MDCK-MDR1), uma vez que o aumento nos valores de permeabilidade foi constatado quando o inibidor de P-gp foi empregado. Os estudos de metabolismo intestinal realizados por meio do modelo de perfusão in situ mostraram que nenhum dos fármacos antirretrovirais apresentou interação significativa com as enzimas CYP3A quando o cetoconazol foi empregado como inibidor, uma vez que não foram constatadas mudanças significativas nos valores de permeabilidade. A comparação entre os resultados de permeabilidade efetiva (Pef) e de permeabilidade aparente (Pap), obtidos por meio da quantificação das amostras de perfusato e de plasma, respectivamente, permitiu verificar que as diferenças estatísticas entre estes dois parâmetros podem indicar variados mecanismos de transporte, uma vez que a Pap constata a quantidade da substância que realmente foi capaz de superar as barreiras físicas e bioquímicas presentes na parede do TGI. Logo, a Pap é considerada um parâmetro mais próximo das condições in vivo. Esta diferença foi constatada apenas para a zidovudina nos ensaios de transporte de efluxo, uma vez que o valor médio de Pef não representou a mesma conclusão fornecida pelo valor médio de Pap. Os resultados obtidos permitiram concluir que os fármacos antirretrovirais apresentam permeabilidade de moderada a alta em função do possível envolvimento de carreadores de influxo. Além disso, os três fármacos antirretrovirais interagiram de alguma forma com a P-gp, sendo os resultados referentes à lamivudina e à zidovudina mais significativos. Embora tenha sido constatada o envolvimento da P-gp na permeabilidade da zidovudina, sua elevada fração absorvida indica que a absorção desta substância não é limitada por este mecanismo e que a ação do carreador de efluxo não é clinicamente relevante neste caso. Com relação aos estudos de metabolismo, a presença de enzimas CYP3A nos enterócitos também não representou uma condição desfavorável para a absorção dos antirretrovirais. Assim, a avaliação dos mecanismos no presente trabalho contribuiu para a caracterização biofarmacêutica da estavudina, lamivudina e zidovudina e as metodologias descritas podem ser empregadas nas etapas iniciais de desenvolvimento farmacêutico com o objetivo de assegurar a segurança e a eficácia de medicamentos. / For orally administered pharmaceutical products, the drug release from the dosage form and its absorption are considered important processes for adequate oral bioavailability. Thus, the solubility and permeability characteristics are extremely important for understanding of mechanisms related to the absorption in the scope of the ADME properties (absorption, distribution, metabolism and excretion). Based on that, the Biopharmaceutics Classification System (BCS) was proposed as a tool for classifying drugs into four classes considering their solubility and permeability characteristics. In an additional way, the Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System (BDDCS) was proposed considering the solubility and metabolism of compounds. Besides, the BDDCS also considers the impact of transporters in biological tissues, such as in the gastrointestinal tract (GIT). Thus, this study aimed to evaluate the mechanisms involved in the permeability of antiretroviral drugs (stavudine, lamivudine and zidovudine) using the intestinal in situ perfusion model with mesenteric blood sampling in rats, considering efflux and intestinal pre-systemic metabolism that occur in the enterocytes. Furthermore, in vitro studies in cell cultures MDCK and MDCK-MDR1 were performed in order to elucidate the transport mechanisms of the drugs. For intestinal in situ perfusion studies, Wistar rats were anesthetized and a portion of jejunum was cannulated to allow the drug entry into the intestine, as well as the perfusate sampling at regular time intervals. The mesenteric vein was also cannulated to allow blood sampling during the experiments. For efflux studies, verapamil was used as P-gp (P-glycoprotein) inhibitor while ketoconazole was used as CYP3A inhibitor. In in vitro model MDCK and MDCK-MDR1, the experiments were performed bidirectionally using GG918 as P-gp inhibitor. For all experiments, metoprolol and ranitidine were used as markers of high and low permeability, respectively. Permeability results showed that stavudine and zidovudine present high permeability characteristics while lamivudine showed the lowest value. However, bidirectional studies in MDCK showed that the antiretroviral drugs present low permeability since their results are far from metoprolol\'s results. Regarding efflux studies, both lamivudine and zidovudine presented relevant interaction with P-gp in in situ perfusion and MDCK-MDR1 models, since the increase in permeability values was observed when P-gp inhibitor was added. Metabolism studies performed through intestinal in situ perfusion showed that none of antiretroviral drugs interact significantly with CYP3A enzymes, since that no variation in permeability results were noticed. Comparison between effective permeability (Peff) and apparent permeability (Papp), obtained from prefusate and plasma, respectively, allowed to check that statistical differences between these two parameters can indicate different transport mechanisms, since Papp is related to the drug amount that really overcome the physical and biochemical barriers in the gut. Thus, Papp is considered the closest parameter to in vivo condition. This difference was observed for zidovudine in efflux studies, since Peff values does not match with the conclusion provided by the Papp. The results obtained allowed to conclude that the antiretroviral drugs presents moderate to high permeability due to the involvement of influx carriers. Furthermore, the antiretroviral drugs interacted with the P-gp, but lamivudine and zidovudine showed significant results. Although the involvement between zidovudine and P-gp is observed, its high fraction absorbed indicates that the absorption is not limited by efflux transporter, which is not relevant clinically. Regarding 32 metabolism studies, CYP3A enzymes is not considered as a limiting condition for absorption of the antiretroviral drugs. Thus, the evaluation of the mechanisms contributes for biopharmaceutical characterization of stavudine, lamivudine and zidovudine and the methodologies used in this study can be applied in early drug development to ensure adequate safety and efficacy of pharmaceutical products.

Para fármacos administrados por via oral, o controle da extensão e da velocidade de absorção depende basicamente de duas importantes etapas: solubilidade do fármaco nos líquidos fisiológicos e sua permeabilidade através das membranas biológicas. Assim, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) foi proposto como uma ferramenta para o desenvolvimento de novos fármacos, de novas formulações e para auxiliar nos processos de bioisenção. No entanto, outro fator relacionado à biodisponibilidade e que deve ser considerado nos estudos biofarmacêuticos é o metabolismo. Desta forma, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica de Distribuição de Fármacos (SCBDF) foi proposto com a finalidade de classificar os fármacos de acordo com suas características de solubilidade e de metabolismo de modo que seja possível avaliar e predizer o comportamento do fármaco in vivo. O metabolismo tem sido amplamente investigado, sobretudo as enzimas do citocromo P450, as quais estão presentes também nos enterócitos. Além disso, o SCBDF oferece um suporte quanto à avaliação dos mecanismos de permeabilidade envolvidos nos processos de absorção, interações fármaco-fármaco e interações fármaco-alimento. Assim, o presente trabalho teve como objetivo elucidar os mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais por meio dos modelos ex vivo (câmaras de difusão vertical tipo Franz) e in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 e microssomas) considerando os aspectos relacionados ao metabolismo intestinal e ao efluxo destes fármacos. Dada a importância da utilização de fármacos antirretrovirais na terapia medicamentosa contra a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (SIDA) e que estes medicamentos são normalmente administrados cronicamente, a compreensão dos mecanismos envolvidos na permeabilidade é de suma importância, uma vez que estes não estão totalmente esclarecidos e poucas informações são encontradas na literatura. Além disso, a biodisponibilidade de fármacos como estavudina, lamivudina e zidovudina indica variação na permeabilidade, necessitando de uma investigação científica mais aprofundada dos processos absortivos. Assim, segmentos de jejuno provenientes de ratos machos Wistar foram utilizados para a avaliação da permeabilidade intestinal dos referidos antirretrovirais considerando a avaliação de efluxo pela glicoproteína-P e o metabolismo intestinal pela CYP3A. De maneira complementar, estudos in vitro com o emprego de membranas artificiais paralelas (PAMPA) e culturas celulares de MDCK-MDR1 foram realizados com a finalidade de auxiliar na elucidação dos mecanismos de permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Além disso, a avaliação do metabolismo dos referidos fármacos foi realizada com o emprego de microssomas a fim de verificar se tais substâncias são substratos de enzimas da família CYP3A e, assim, verificar o impacto do metabolismo intestinal na absorção. Os resultados de permeabilidade obtidos em PAMPA foram: 0,74±0,11 x 10-6 cm/s para a estavudina, 0,25±0,12 x 10-6 cm/s para a lamivudina e 1,14±0,25 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo ex vivo com o emprego de câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados foram: 1,56±0,32 x 10-5 cm/s para a estavudina, 1,26±0,27 x 10-5 cm/s para a lamivudina e 2,54±0,49 x 10-5 cm/s para a zidovudina. Portanto, com base nos resultados obtidos a partir dos dois métodos empregados, sugere-se que 30 outro mecanismo de transporte que não envolva a permeabilidade por difusão transcelular passiva possa estar relacionado à permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Com relação aos estudos de efluxo, os resultados obtidos a partir dos experimentos realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz demonstraram o aumento significativo da permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de P-gp foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 42,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 37,5 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 56,6 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Em culturas celulares MDCK-MDR1, os resultados de permeabilidade foram utilizados para a obtenção das razões entre as direções B&#8594;A e A&#8594;B. Os valores de Papp na condição inibida para os fármacos estudados apresentaram razão menor do que 1. Já a razão B&#8594;A/A&#8594;B para cada fármaco nos ensaios sem inibidor apresentou-se igual ou maior que 2, evidenciando a interação fármaco-transportador. Com base nisso, o modelo ex vivo com o emprego de segmentos intestinais em câmaras de difusão vertical tipo Franz apresentou-se adequado na avaliação do mecanismo de efluxo dos fármacos antirretrovirais, o que foi confirmado com os estudos realizados em MDCK-MDR1. Assim, os fármacos antirretrovirais estudados apresentaram interação significativa com a P-gp. Em relação aos estudos de metabolismo realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados demonstraram grande variação na permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de CYP3A foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 23,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 27,3 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 40,5 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo que emprega microssomas, os resultados de metabolização na ausência e na presença de inibidor de CYP3A foram: de 16,56% para 19,79% para a estavudina, de 14,56% para 15,55% para a lamivudina e de 17,85% para 16,48% para a zidovudina. Com base nisso, sugerese o emprego de microssomas para a determinação de metabolismo, uma vez que o método ex vivo empregado demonstrou grande variação entre os valores obtidos. Desta forma, observou-se que, para cada fármaco, não houve influência significativa no metabolismo pré-sistêmico relacionado às enzimas do complexo CYP3A, o que indica que a absorção oral das referidas substâncias não é limitada por tais enzimas. Portanto, a utilização dos diferentes métodos empregados no desenvolvimento do presente trabalho permitiu compreender os mecanismos envolvidos no transporte dos fármacos antirretrovirais, o que se torna de grande relevância nas etapas de desenvolvimento farmacêutico de novas moléculas e na compreensão de eventos clínicos ainda não esclarecidos atualmente. / For orally administered drugs, control of the extent and rate of absorption depends on two important steps: solubility of the drug in physiological liquids and their permeability across biological membranes. Thus, the Biopharmaceutics Classification System (BCS) has been proposed as a tool for the development of new drugs, new formulations and aid in the biowaiver processes. However, another factor related to bioavailability that should be considered in biopharmaceutic studies is the metabolism. Thus, the Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System (BDDCS) has been proposed for drug classification according to their solubility and metabolism characteristics, so it is possible to evaluate and predict the in vivo behavior of a compound. Metabolism has been extensively investigated, especially cytochrome P450 enzymes, which are also expressed in enterocytes. Besides, BDDCS provides support in evaluating the permeability mechanisms involved in the absorption processes, drug-drug interactions and drug-food interactions. Thus, the present study aimed to evaluate the mechanisms of permeability of antiretroviral drugs through the ex vivo (Franz cells) and in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 and microsomes) models considering aspects related to the intestinal metabolism and efflux of these drugs. Given the importance of the use of antiretroviral drugs in drug therapy against Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) and that these drugs are usually administered in a long-term way, understanding the mechanisms involved in the permeability is of a great importance, since they are not totally elucidated and no information is found in the literature. In addition, drugs as stavudine, lamivudine and zidovudine indicate variation in the permeability, which require further scientific investigation of absorptive processes. Thus, jejunum segments from rats were used to evaluate the intestinal permeability of these antiretroviral drugs, considering the evaluation of efflux by P-glycoprotein and intestinal metabolism by CYP3A. In a complementary manner, in vitro studies using parallel artificial membranes (PAMPA) and cell cultures MDCK-MDR1 were performed to aid in the elucidation of the permeability mechanisms of antiretroviral drugs. Also, the evaluation of the metabolism was carried out using microsomes to verify if such substances are substrates of CYP3A, and verify the impact of the intestinal metabolism in the absorption. The permeability results obtained in PAMPA were: 0.74±0.11x10-6 cm/s for stavudine, 0.25±0.12x10-6 cm/s for lamivudine and 1.14±0.25x10-6 cm/s for zidovudine. In ex vivo method using the intestinal segments in Franz cells, the results were: 1.56±0.32x10-5 cm/s for stavudine, 1.26±0.27x10-5 cm/s for lamivudine and 2.54±0.49x10-5 cm/s for zidovudine. Thus, based on the results obtained from these two methods, it is suggested that the antiretroviral drugs present other transport mechanism that is different from transcellular passive diffusion. For efflux studies, results obtained from experiments performed in Franz cells shown the increase of the permeability of the three antiretroviral drugs when the P-gp inhibitor was used: from 15.6x10-6 to 42,5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 37.5x10-6 cm/s for lamivudine, and 25.4x10-6 to 56.6x10-6 cm/s for zidovudine. In MDCK-MDR1, the permeability results were used for obtaining ratio values between the directions B&#8594;A and A&#8594;B. The Papp values obtained with 33 inhibitor shown a ratio less than 1. For ratio B&#8594;A/A&#8594;B for each drug in experiments without inhibitor, the values obtained was equal or greater than 2, which shows the interaction between drug and transporter. Based on that, the ex vivo model using intestinal segments in Franz cells seems to be adequate for evaluation of efflux mechanism of antiretroviral drugs, which was confirmed by MDCK-MDR1 studies. Thus, the antiretroviral drugs presented interaction with P-gp. For metabolism studies in intestinal segments in Franz cells, a wide range of standard deviation was observed for the three antiretroviral drugs when the CYP3A inhibitor was used: from 15.6x10-6 cm/s to 23.5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 27.3x10-6 cm/s for lamivudine, and from 25.4x10-6 cm/s to 40.5x10-6 cm/s for zidovudine. In experiments in microsomes, the results of metabolization in the absence and presence of CYP3A inhibitor were: from 16.56 to 19.79% for stavudine, from 14.56 to 15.55% for lamivudine and from 17.85 to 16.48% for zidovudine. Based on that, it is suggested the use of microsomes for metabolism evaluation, since the ex vivo method presented high variability between the results obtained. For each drug, no significative influence in pre-systemic metabolism related to CYP3A enzymes was observed, which indicates that the oral absorption of the drugs is not limited by these enzymes. The use of different methods in this work allowed to understand the mechanisms involved in the transport of antiretroviral drugs, which is of a great relevance in drug development and in the understanding of clinical events currently not clarified.

The clinical utility of multi-dimensional MRI applications like multi-parameter mapping and 3D dynamic lung imaging is limited by long acquisition times. Quantification of multiple tissue MRI parameters has been shown to be useful for early detection and diagnosis of various neurological diseases and psychiatric disorders. They also provide useful information about disease progression and treatment efficacy. Dynamic lung imaging enables the diagnosis of abnormalities in respiratory mechanics in dyspnea and regional lung function in pulmonary diseases like chronic obstructive pulmonary disease (COPD), asthma etc. However, the need for acquisition of multiple contrast weighted images as in case of multi-parameter mapping or multiple time points as in case of pulmonary imaging, makes it less applicable in the clinical setting as it increases the scan time considerably. In order to achieve reasonable scan times, there is often tradeoffs between SNR and resolution. Since, most MRI images are sparse in known transform domain; they can be recovered from fewer samples. Several compressed sensing schemes have been proposed which exploit the sparsity of the signal in pre-determined transform domains (eg. Fourier transform) or exploit the low rank characteristic of the data. However, these methods perform sub-optimally in the presence of inter-frame motion since the pre-determined dictionary does not account for the motion and the rank of the data is considerably higher. These methods rely on two step approach where they first estimate the dictionary from the low resolution data and using these basis functions they estimate the coefficients by fitting the measured data to the signal model. The main focus of the thesis is accelerating the multi-parameter mapping and 3D dynamic lung imaging applications to achieve desired volume coverage and spatio-temporal resolution. We propose a novel dictionary learning framework called the Blind compressed sensing (BCS) scheme to recover the underlying data from undersampled measurements, in which the underlying signal is represented as a sparse linear combination of basic functions from a learned dictionary. We also provide an efficient implementation using variable splitting technique to reduce the computational complexity by up to 15 fold. In both multi- parameter mapping and 3D dynamic lung imaging, the comparisons of BCS scheme with other schemes indicates superior performance as it provides a richer presentation of the data. The reconstructions from BCS scheme result in high accuracy parameter maps for parameter imaging and diagnostically relevant image series to characterize respiratory mechanics in pulmonary imaging.

Body condition scoring is a technique used to noninvasively assess fat reserves. It provides an objective estimate to describe the current and past nutritional status of the dairy cow and has been associated with increased disease risk and breeding success. Traditionally body condition scores are taken manually by visual appraisal on a 1 to 5 scale, in one-quarter increments. However, recent studies have shown the potential of automating the body condition scoring of cows using images. The first objective was to estimate the likelihood of disease development and breeding success, using odds ratios, associated with body condition score scored automatically at various points in lactation. The second objective of our research was to use a commercially available automated body condition scoring camera system to monitor body condition across the lactation period to evaluate differences between stratified parameters and to develop an equation to predict the dynamics of the body condition score. We found that poor body condition score at different times during the transition period are associated with increased disease occurrence and lower reproductive success. Automated body condition scoring (ABCS) curve during lactation was influenced by many factors, such as parity, ABCS at time of calving, disease occurrence, and milk production.