O amido, encontrado abundantemente na natureza, é formado por dois polímeros: a amilopectina e a amilose. Ambos polímeros possuem excelentes qualidades industriais tais como, a biodegradabilidade e o baixo custo de obtenção. Entretanto, a amilopectina possui baixa solubilidade em solução aquosa. Para expandir a gama de aplicações deste polímero como, por exemplo, a produção de filmes biodegradáveis solúveis em água e que possam ser usados como revestimento de proteção no transporte de alimentos, ainda se fazem necessários alguns estudos. Um deles é tentar correlacionar como a funcionalização do seu esqueleto polimérico pode afetar a reação de formação destes filmes. Neste sentido, o objetivo desta Dissertação de Mestrado foi estudar a síntese da carboximetil amilopectina (CMAm) variando-se a pressão, temperatura e razão entre água e solvente orgânico. Sintetizamos várias CMAm a partir da amilopectina de milho ceroso, por meio de uma reação heterogênea utilizando hidróxido de sódio e ácido cloroacético. Empregou-se uma mistura de dimetilsulfóxido (DMSO) e água como solvente, com uma proporção variável entre 0 a 50% de água, para as pressões ambiente (758,3 mmHg) e reduzida (80 ± 20 mmHg) e para as temperaturas 70 e 80 ºC. Para cada uma das condições sintéticas estudadas, obtivemos CMAm com graus de substituição (GS) diversos. Os GS foram determinados por titulações condutimétricas com hidróxido de amónio e para as amostras sintetizadas com 0 a 40% de água foram confirmados por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), obtendo-se uma boa correlação entre estes valores (R2 de 0,94263). Atribuiu-se os picos referentes às estruturas monossubstituídas (2-; 3- ou 6-mono-O-carboximetil glicose), dissubstituídas (2,3-; 2,6- ou 3,6-di-O carboximetil glicose) e trissubstituídas (2,3,6-tri-O-carboximetil glicose) por meio da cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa (LC-MS). A síntese realizada a 70 oC, pressão reduzida apresenta uma distribuição de CMAm substituída mais homogênea do que as demais condições sintéticas estudadas. Por medidas de potencial zeta em função do pH, determinaram-se para as CMAm de GS 0,86 e 0,43 o ponto isoelétrico no pH de 3,6 e 4,6; respectivamente. O espalhamento dinâmico de luz mostrou que a funcionalização da amilopectina com grupos carboximetílicos levou a abertura da sua estrutura inicial, extremamente ramificada, permitindo a formação de agregados maiores em solução aquosa para as amostras sintetizadas a 80 ºC sob pressão reduzida. Em contraste, as sínteses a 70 ºC nas pressões ambiente e reduzida provocaram uma diminuição no tamanho dos agregados em solução aquosa em função do GS. Por fim, a análise por microscopia ótica e eletrônica de varredura dos filmes de CMAm sintetizadas neste trabalho mostraram que são totalmente dependentes do GS, tipo de substituinte e o tamanho dos agregados em solução aquosa. / Starch is abundant in nature and composed by two polymers: amylopectin and amylose. Both biopolymers have excellent industrial characteristics, such as biodegradability and low cost. However, amylopectin has a very low solubility in aqueous solution. In order to expand the uses this biopolymer, for instance, the production of aqueous soluble and biodegradable films for food packing, there are still many open fields to study. One of them is to find the correlation between how the functionalization of the polymer backbone can affect the film formation process. For this reason, the goal of this work was to study the synthesis of carboxymethyl amylopectin (CMAm) varying the employed pressure, temperature and the ratio of water and organic solvent. Several CMAm were synthetized using amylopectin from maize, by means of an heterogeneous reaction using sodium hydroxide and chloroacetic acid. We have used a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and water as reaction solvent with variable ratio of 0 to 50% of water, employed ambient (758,3 mmHg) or reduced (80 ± 20 mmHg) pressure and temperatures of 70 and 80 ºC. The degree of substitution (DS) were determined for every synthetic condition studied in this work. The DS were determined through conductometric titration with ammonium hydroxide. The DS of the samples synthesized with 0 to 40% of water, were confirmed by high performance liquid chromatography (HPLC), with good correlation between these values (R2 of 0,94263). The peaks of the monosubstituted structures (2-; 3- ou 6-mono-O-carboxymethyl glucose), disubstituted (2,3-; 2,6- ou 3,6-di-O carboxymethyl glucose) e trisubstituted (2,3,6-tri-Ocarboxymethyl glucose) were attributed by liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS). The synthesis made at 70 oC, reduced pressure, showed a more even distribution of substituted CMAm than the other synthetic conditions analyzed in this work. The isoelectric point of CMAm of DS of 0.86 and 0.43 were determined by zeta potential as function of pH. They were, respectively of pH 3.6 and 4.6. The dynamic light scattering showed that the funcionalization of the amylopectin with carboxymethyl groups has opened the initial branched polymer backbone, for samples synthesized at 80 ºC under reduced pressure, forming large aggregates in aqueous solution. On the other hand, the synthesis at 70 ºC at ambient and reduced pressures has caused a reduction of the aggregates sizes in aqueous solution as function of increasing DS. The optic and electronic scan microscopies of the CMAm films showed that they are completely dependent on DS, sort of susbstituents and sizes of the aggregates in aqueous solution.

O amido, encontrado abundantemente na natureza, é formado por dois polímeros: a amilopectina e a amilose. Ambos polímeros possuem excelentes qualidades industriais tais como, a biodegradabilidade e o baixo custo de obtenção. Entretanto, a amilopectina possui baixa solubilidade em solução aquosa. Para expandir a gama de aplicações deste polímero como, por exemplo, a produção de filmes biodegradáveis solúveis em água e que possam ser usados como revestimento de proteção no transporte de alimentos, ainda se fazem necessários alguns estudos. Um deles é tentar correlacionar como a funcionalização do seu esqueleto polimérico pode afetar a reação de formação destes filmes. Neste sentido, o objetivo desta Dissertação de Mestrado foi estudar a síntese da carboximetil amilopectina (CMAm) variando-se a pressão, temperatura e razão entre água e solvente orgânico. Sintetizamos várias CMAm a partir da amilopectina de milho ceroso, por meio de uma reação heterogênea utilizando hidróxido de sódio e ácido cloroacético. Empregou-se uma mistura de dimetilsulfóxido (DMSO) e água como solvente, com uma proporção variável entre 0 a 50% de água, para as pressões ambiente (758,3 mmHg) e reduzida (80 ± 20 mmHg) e para as temperaturas 70 e 80 ºC. Para cada uma das condições sintéticas estudadas, obtivemos CMAm com graus de substituição (GS) diversos. Os GS foram determinados por titulações condutimétricas com hidróxido de amónio e para as amostras sintetizadas com 0 a 40% de água foram confirmados por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), obtendo-se uma boa correlação entre estes valores (R2 de 0,94263). Atribuiu-se os picos referentes às estruturas monossubstituídas (2-; 3- ou 6-mono-O-carboximetil glicose), dissubstituídas (2,3-; 2,6- ou 3,6-di-O carboximetil glicose) e trissubstituídas (2,3,6-tri-O-carboximetil glicose) por meio da cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa (LC-MS). A síntese realizada a 70 oC, pressão reduzida apresenta uma distribuição de CMAm substituída mais homogênea do que as demais condições sintéticas estudadas. Por medidas de potencial zeta em função do pH, determinaram-se para as CMAm de GS 0,86 e 0,43 o ponto isoelétrico no pH de 3,6 e 4,6; respectivamente. O espalhamento dinâmico de luz mostrou que a funcionalização da amilopectina com grupos carboximetílicos levou a abertura da sua estrutura inicial, extremamente ramificada, permitindo a formação de agregados maiores em solução aquosa para as amostras sintetizadas a 80 ºC sob pressão reduzida. Em contraste, as sínteses a 70 ºC nas pressões ambiente e reduzida provocaram uma diminuição no tamanho dos agregados em solução aquosa em função do GS. Por fim, a análise por microscopia ótica e eletrônica de varredura dos filmes de CMAm sintetizadas neste trabalho mostraram que são totalmente dependentes do GS, tipo de substituinte e o tamanho dos agregados em solução aquosa. / Starch is abundant in nature and composed by two polymers: amylopectin and amylose. Both biopolymers have excellent industrial characteristics, such as biodegradability and low cost. However, amylopectin has a very low solubility in aqueous solution. In order to expand the uses this biopolymer, for instance, the production of aqueous soluble and biodegradable films for food packing, there are still many open fields to study. One of them is to find the correlation between how the functionalization of the polymer backbone can affect the film formation process. For this reason, the goal of this work was to study the synthesis of carboxymethyl amylopectin (CMAm) varying the employed pressure, temperature and the ratio of water and organic solvent. Several CMAm were synthetized using amylopectin from maize, by means of an heterogeneous reaction using sodium hydroxide and chloroacetic acid. We have used a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and water as reaction solvent with variable ratio of 0 to 50% of water, employed ambient (758,3 mmHg) or reduced (80 ± 20 mmHg) pressure and temperatures of 70 and 80 ºC. The degree of substitution (DS) were determined for every synthetic condition studied in this work. The DS were determined through conductometric titration with ammonium hydroxide. The DS of the samples synthesized with 0 to 40% of water, were confirmed by high performance liquid chromatography (HPLC), with good correlation between these values (R2 of 0,94263). The peaks of the monosubstituted structures (2-; 3- ou 6-mono-O-carboxymethyl glucose), disubstituted (2,3-; 2,6- ou 3,6-di-O carboxymethyl glucose) e trisubstituted (2,3,6-tri-Ocarboxymethyl glucose) were attributed by liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS). The synthesis made at 70 oC, reduced pressure, showed a more even distribution of substituted CMAm than the other synthetic conditions analyzed in this work. The isoelectric point of CMAm of DS of 0.86 and 0.43 were determined by zeta potential as function of pH. They were, respectively of pH 3.6 and 4.6. The dynamic light scattering showed that the funcionalization of the amylopectin with carboxymethyl groups has opened the initial branched polymer backbone, for samples synthesized at 80 ºC under reduced pressure, forming large aggregates in aqueous solution. On the other hand, the synthesis at 70 ºC at ambient and reduced pressures has caused a reduction of the aggregates sizes in aqueous solution as function of increasing DS. The optic and electronic scan microscopies of the CMAm films showed that they are completely dependent on DS, sort of susbstituents and sizes of the aggregates in aqueous solution.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-10-30T18:08:06Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3193864 bytes, checksum: e32b441fffefc13d9b4c3c3e937ea1fe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-30T18:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3193864 bytes, checksum: e32b441fffefc13d9b4c3c3e937ea1fe (MD5) Previous issue date: 2017-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A celulose é o biopolímero orgânico mais abundante encontrado na natureza, e a sua extração a partir da madeira de eucalipto vem sendo o principal incentivador para o desempenho bioeconômico de base florestal no Brasil, destacando-se os produtos derivados da celulose, como os nanocristais e microcristais de celulose (CNC e CMC), por exemplo, por se tratar de materiais sustentáveis, leves, biodegradáveis, com alta resistência intrínseca, e com grande quantidade de aplicações e vantagens. Todavia, as variáveis do processo de obtenção desses nanopolímeros variam conforme a matéria prima e as condições de hidrólise ácida, influenciando no rendimento e nas suas propriedades, podendo interferir no seu uso final. Por outro lado, tem-se o adesivo ureia-formaldeído, um polímero muito usado na indústria de painéis de madeira reconstituída e de madeira compensada, e que apesar de suas vantagens, possui baixa resistência à umidade, emissão de formaldeído e menor resistência mecânica quando comparado a outros adesivos sintéticos. Os problemas da ureia-formaldeído podem ser minimizados ou solucionados com a adição de nanocristais ou microcristais de celulose como aditivo. Desse modo, o objetivo desse trabalho foi otimizar as condições de hidrólise ácida para obter nanocristais e microcristais de celulose, utilizando a polpa kraft branqueada de eucalipto como matéria prima e, além disso, avaliar o efeito da aplicação de nanocristais e microcristais como aditivo em adesivo à base de ureia-formaldeído. O trabalho foi dividido em três capítulos, a saber: capítulo 1 – Obtenção e caracterização de cristais de celulose: revisão de literatura; capítulo 2 – Obtenção de nanocristais e microcristais de celulose a partir da polpa kraft de eucalipto; capítulo 3 – Efeito da adição de cristais de celulose em adesivo de ureia-formaldeído. No capítulo 2 foram avaliadas as variáveis tempo e temperatura na hidrólise ácida em diferentes polpas kraft de eucalipto branqueadas, na produção e nas características dos nanocristais de celulose (CNC) e microcristais de celulose (CMC). Foi observado que as variáveis, tempo e temperatura, influenciaram no rendimento e nas características dos CNC‟s e dos CMC‟s obtidos das três diferentes polpas hidrolisadas. As melhores condições de hidrólise para cada polpa foram: polpa 1 (55 oC, 120 minutos de hidrólise), polpa 2 (50 oC, e 120 minutos de hidrólise) e polpa 3 (50 oC e 120 minutos de hidrólise). A hidrólise da polpa de fibras desagregadas (polpa 1) foi dificultada pela integridade das fibras. A desintegração das fibras facilitou a hidrólise da polpa 2 e aumentou o rendimento de nanocristais. E a polpa proveniente da madeira de reação (polpa 3) foi facilmente hidrolisada e convertida em nanocristais comparada as demais polpas. Os nanocristais das polpas 1, 2 e 3 tiveram formato de agulhas, diâmetro médio de 6; 4; e 3 nm, respectivamente, e comprimento médio de 154; 130; e 304 nm, respectivamente. O índice de cristalinidade foi de 74,6; 74,5; e 78,2%, para os CNC‟s das polpas 1, 2 e 3, respectivamente. Os microcristais das polpas 1, 2 e 3 tiveram formato de bastonete, diâmetro médio de 2,4; 1,4; e 1,1 μm, respectivamente, e comprimento médio de 37; 22; e 15 μm, respectivamente. O índice de cristalinidade de 73,1; 74,5; e 77,1% para os CMC‟s das polpas 1, 2 e 3, respectivamente. O polimorfismo da celulose das três polpas, assim como dos respectivos nanocristais e microcristais derivados foi da celulose tipo I. No capítulo 3 foi avaliado o efeito da adição de nanocristais e microcristais de celulose nas propriedades do adesivo à base de ureia formaldeído (UF), e na resistência ao cisalhamento da linha de cola em juntas coladas de madeira de eucalipto. Foi observado que a adição de nanocristais no adesivo UF interferiu no teor de sólidos, pH, tempo de gelatinização, viscosidade, e no tempo de trabalho. Verificou-se que a adição de nanocristais aumentou a resistência ao cisalhamento a seco e a úmido das juntas coladas até proporção de adição de 3% com base no teor de sólidos do adesivo. Acima desse percentual, houve uma redução gradativa da resistência ao cisalhamento a seco e a úmido, e verificou-se que todas as proporções de adições contribuíram para um aumento da resistência quando comparado com a testemunha. A adição de microcristais pouco influenciou no teor de sólidos, no pH, no tempo de gelatinização, a exceção do tempo de trabalho. Porém a adição limite de 0,75% de microcristais obtidos em laboratório (CMC) e carboximetil celulose (CMeC), afetaram na viscosidade. Ainda, a adição de CMC e CMeC no adesivo UF aumentou a resistência ao cisalhamento nas condições seca e úmida das juntas coladas até a adição de 0,5% com base no teor de sólidos do adesivo. Apesar de haver uma redução gradativa da resistência ao cisalhamento, nas condições seca e úmida, com a adição de 0,5% até 0,75% de CMC e de CMeC, todas as proporções de adições contribuíram para um aumento da resistência, quando comparado com o adesivo testemunha. Desta forma, conclui-se que os nanocristais e microcristais de celulose são partículas eficazes de reforço quando associado à matriz polimérica do adesivo ureia-formaldeído, possivelmente em decorrência das ligações de hidrogênio entre as hidroxilas da UF e CNC/CMC, melhorando a interação madeira-adesivo, adesivo- nanocristais, e adesivo-microcristais. A sua aplicação como aditivo na proporção de 3% de nanocristais e 0,5% de microcristais é recomendado, a fim de melhorar a resistência ao cisalhamento do adesivo UF, assim como sua resistência à umidade. / Cellulose is the most abundant organic biopolymer found in nature, and its extraction from eucalyptus wood has been the main driving force behind Brazil‟s forest-based bioeconomic performance. Cellulose derived products such as nanocrystals and microcrystals of cellulose (CNC and CMC), for example, have stood out because they are sustainable, lightweight, biodegradable materials with high intrinsic resistance, and a large number of applications and advantages. However, the variables involved in the production process for this nanotechnology vary according to the raw material and acid hydrolysis conditions, influencing the yield and the particle properties, and possibly interfering in their use. On the other hand, despite its advantages, urea formaldehyde, a polymer widely used as glue in the reconstituted wood panel and plywood industries, has low resistance to humidity, emits formaldehyde and has lower mechanical resistance when compared to other synthetic adhesives. The problems of urea formaldehyde can be minimized or resolved by adding cellulose nanocrystals or microcrystals. Therefore, the objective of this research was to optimize acid hydrolysis conditions to obtain cellulose nanocrystals and microcrystals using bleached kraft pulp of eucalypt as a raw material and also, to evaluate the effect of applying nanocrystals and microcrystals as an additive in urea formaldehyde based adhesives. The research is divided into the following three chapters: Chapter 1 - Obtainment and characterization of cellulose crystals: literature review. Chapter 2 - Influence of eucalypt kraft pulp on the production of cellulose nanocrystals and microcrystals. Chapter 3 - Effect of adding cellulose crystals to urea formaldehyde adhesive. In chapter 2, the time and temperature variables in acid hydrolysis in different bleached eucalypt kraft pulps, in the production and characteristics of cellulose nanocrystals (CNC) and microcrystalline cellulose (CMC) were evaluated. It was observed that the variables, time and temperature, influenced the yield and characteristics of the CNC's and the CMC's obtained from the three different hydrolysed pulps. The best hydrolysis conditions for each pulp were: pulp 1 (55 oC, 120 minutes of hydrolysis), pulp 2 (50 oC, and 120 minutes of hydrolysis) and pulp 3 (50 ° C and 120 minutes hydrolysis). The hydrolysis of pulp of disintegrated fibers (pulp 1) was hampered by the fiber integrity. Disintegration of the fibers facilitated the hydrolysis of pulp 2 and increased the nanocrystal yield. Additionally, the pulp from the reaction wood (pulp 3) was easily hydrolyzed and converted into nanocrystals when compared to other pulps. The nanocrystals of pulps 1, 2 and 3 were needle-shaped, mean diameter of 6; 4; and 3 nm, respectively, and mean length of 154; 130; and 304 nm, respectively. The crystallinity index was 74.6; 74.5; and 78.2% for the CNCs of pulps 1, 2 and 3, respectively. Microcrystals of pulps 1, 2 and 3 were rod-shaped, mean diameter 2.4; 1.4; and 1.1 m, respectively, and mean length of 37; 22; and 15 m, respectively. The crystallinity index was 73.1; 74.5; and 77.1% for the CMCs of pulps 1, 2 and 3, respectively. The cellulose polymorphism of the three pulps, as well as the respective nanocrystals and microcrystals derived therefrom, was of type I cellulose. The effect of the addition of cellulose nanocrystals and microcrystals on the properties of urea formaldehyde (UF) and the shear strength of the glue line in bonded joints of eucalyptus wood was observed. It was found that the addition of nanocrystals in the UF adhesive interfered in solids content, pH, gelatinization time, viscosity, and working time. We verified that the addition of nanocrystals increased the dry and wet shear strength of the bonded joints to a 3% addition rate based on the solids content of the adhesive. Above this percentage, there was a gradual reduction in dry and wet shear strength, and it was observed that all proportions of addition contributed to an increase in strength when compared to the control. The addition of microcrystals had little influence on solids content, pH, gelatinization time, with the exception of working time. However, the limit addition of 0.75% of laboratory microcrystals (CMC) and carboxymethylcellulose (CMeC), affected viscosity. Furthermore, the addition of CMC and CMeC in the UF adhesive increased the shear strength under dry and wet conditions of the bonded joints up to the addition of 0.5% based on the solids content of the adhesive. Although there was a gradual reduction of shear strength in dry and wet conditions with the addition of 0.5% to 0.75% of CMC and CMeC, all proportions of addition contributed to an increase in strength when compared with the control adhesive. Thus, it was concluded that cellulose nanocrystals and microcrystals are effective at reinforcing particles when associated with the polymer matrix of the urea-formaldehyde adhesive, possibly due to the hydrogen bonds between the hydroxyls of UF and CNC/CMC, improving wood-adhesive interaction, adhesive-nanocrystals and adhesive-microcrystals. Its use as an additive at a proportion of 3% nanocrystals and 0.5% microcrystals is recommended in order to improve the shear strength of the UF adhesive as well as its resistance to moisture.

Orientador: Osvaldo Novais de Oliveira Junior. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2010.

Chitosan is a biocompatible and biodegradable mucoadhesive polymer with unique advantages, such as the distinct trait of opening the junctions to allow paracellular transport of antigen and good tolerability. However, the poor solubility of chitosan in neutral or alkalinized media has restricted its applications in the pharmaceutical field. Chitosan can be easily carboxymethylated to improve its solubility in aqueous media, while its biodegradability and biocompatibility are preserved. Apart from this, carboxymethyl chitosan (CMCS) can be easily processed into nanoparticles which highlight its suitability and extensive usage for preparing different drug delivery formulations. The present study deals with the development and characterization of a delivery system based on CMCS nanoparticles using ovalbumin as model protein. We demonstrated that ovalbumin loaded nanoparticles were successfully synthetized using calcium chloride as a cross-linker by ionic gelation. The nanoparticles exhibited an average size of approximately 169 nm and presented a pseudo-spherical shape. The nanoparticles size increased according to the addition of CaCl2 due to the strong electrostatic attraction. During storage the nanoparticles size increased was attributed to swelling and aggregation. The loading efficiency of ovalbumin was found to be 17%. Confocal microscopy clearly showed the association between ovalbumin and CMCS chains into nanoparticles. Therefore, we suggest these nanoparticles can be considered as an attractive and promising carrier candidate for proteins and antigens. The major challenge that limits the use of such carriers is their instability in an aqueous medium. Thus, the next step of this work was to determine the robustness of several formulations using distinct freeze-drying protocols. This study demonstrated that mannitol in concentration of 10% (w/v) is well suited to preserve ovalbumin loaded CMCS nanocapsules from aggregation during lyophilization and subsequent reconstitution. Importantly, the results showed that an annealing step has a huge impact on porosity of freeze-dried cake by nearly complete crystallization of mannitol, once the crystalline matrix prevents the partial collapse and the formation of larger pores observed without annealing. Therefore, the usual observation that annealing increases the pore size due to growth of ice crystal size does not always apply, at least when crystallization of solute is involved. Since all characterizations and stability studies had been performed, the main purpose of this study was to develop a stable antigen delivery system for oral immunization using CMCS and inactivated rabies virus (RV) as the antigen. RV loaded nanoparticles was found to enhance both systemic (IgG) and local (IgA) immune responses against RV after oral delivery in mice. The effective doses 50% were 50-times higher than the negative controls, indicating that the immune response started only after the third boosting dose. Furthermore, enough neutralizing antibodies was produced to be protected against the harmful effects of the rabies virus. It is therefore concluded, that the CMCS nanoparticles formulated in this study, are suitable for oral vaccine delivery, and can be suggested as a promising delivery system for a diverse range of antigens as well as a gene/protein delivery system, especially for those positively charged. Since several approaches show that effective intervention in airway allergic inflammation can be achieved with allergen-activated interleukin-10-secreting cells, the final part of this work was dedicated to assessing whether IL-10 loaded chitosan nanoparticles (IL10-CSNPs) could be used as a possible inhalable therapeutic tool for preventing exacerbations in asthmatic patients. As positive controls, we also assess whether interleukin 17A and interleukin 9 have the ability to stimulate human airway smooth muscle (HASM) cell contractility using magnetic twisting cytometry (MTC). Significant decreased baseline cell stiffness was observed in HASM cells pre-treated with IL-10, but not with IL10-CSNPs, whereas treatment with IL-17A significantly enhanced baseline cell stiffening. Our findings reveal a previously unknown mechanism underlying immunotherapy for prevention and treatment of asthma. / A quitosana é um polímero mucoadesivo biocompatível e biodegradável, com vantagens únicas, tais como a característica distinta de abrir as junções que permitim o transporte paracelular de antígenos e boa tolerabilidade. No entanto, sua baixa solubilidade em meios neutros ou alcalinizados tem restringido suas aplicações no campo farmacêutico. A quitosana pode ser facilmente carboximetilada para melhorar de sua solubilidade em meios aquosos, enquanto sua biodegradabilidade e biocompatibilidade são preservadas. Além disso, a carboximetilquitosana (CMCS) pode ser facilmente processada na forma de nanopartículas, o que destaca sua adequabilidade para uso extensivo no preparo de sistemas de delivery de medicamentos. O presente estudo trata do desenvolvimento e caracterização de um sistema de delivery baseado em nanopartículas de CMCS utilizando ovalbumina como proteína modelo. Nós demonstramos que as nanopartículas carregadas com ovalbumina foram sintetizadas com sucesso utilizando cloreto de cálcio como agente de reticulação por gelificação iônica. As nanopartículas exibiram um tamanho médio de aproximadamente 169 nm e apresentaram uma forma pseudo-esférica. O tamanho das nanopartículas aumentou de acordo com a adição de CaCl2 devido à forte atração eletrostática. Durante o armazenamento, o tamanho aumentado das nanopartículas foi atribuído a incorporação de água e agregação. A eficiência de encapsulamento da ovalbumina foi de aproximadamente 17%. A microscopia confocal mostrou claramente a associação entre ovalbumina e a cadeias de CMCS nas nanopartículas. Sugerimos, portanto, que tal sistema pode ser considerado como candidato atraente e promissor para o carreamento de proteínas e antígenos. O principal desafio que limita o uso desses carreadores consiste na instabilidade em meio aquoso. Assim, o próximo passo deste trabalho foi determinar a robustez de várias formulações utilizandose diferentes protocolos de liofilização. Este estudo demonstrou que o manitol em uma concentração de 10% (p/v) é adequado para preservar da agregação as nanocápsulas de CMCS carregadas com ovalbumina durante a liofilização e subsequente reconstituição. Mais importante, os resultados mostraram que uma etapa de annealing tem um enorme impacto sobre a porosidade da amostra liofilizada devido a quase completa cristalização do manitol, uma vez que a matriz cristalina evita o colapso parcial e a formação de poros maiores observados na ausência do annealing. Portanto, a observação comum de que o annealing aumenta o tamanho doporos devido ao crescimento dos cristais de gelo nem sempre se aplica, pelo menos quando a cristalização de um soluto está envolvida. Uma vez que todas as caracterizações e estudos de estabilidade foram realizados, o principal objetivo deste estudo foi desenvolver um sistema estável de delivery de antígeno para imunização oral utilizando CMCS e vírus rábico inativado (RV) como antígeno. Verificou-se que as nanopartículas carregadas com RV aumentam as respostas imune sistêmica (IgG) e local (IgA) contra o RV após administração oral em camundongos. As doses efetivas 50% foram 50 vezes maiores que os controles negativos, indicando que a resposta imune foi iniciada apenas após a terceira dose da vacina. Além disso, foram produzidos anticorpos neutralizantes suficientes para proteção contra os efeitos nocivos do vírus rábico. Conclui-se, portanto, que as nanopartículas de CMCS formuladas neste estudo, são adequadas para o delivery oral de vacinas, e podem ser sugeridas como um sistema promissor de delivery para uma gama diversa de antígenos, bem como para o delivery de genes/proteínas, especialmente para aqueles carregados positivamente. Uma vez que diversas abordagens mostram que uma intervenção efetiva em casos de inflamação alérgica de vias aéreas pode ser conseguida por meio de células secretoras de interleucina 10 (IL-10) mediante ativação por alergenos, a parte final deste trabalho esteve dedicada a avaliação de nanopartículas de quitosana carregadas com IL-10 (IL10-CSNPs) como possível ferramenta terapêutica inalável para prevenção de exacerbações em pacientes asmáticos. Como controles positivos, avaliou-se adicionalmente se as interleucinas 17A (IL-17A) e 9 (IL-9) possuem a capacidade de estimular a contratilidade de células humanas de músculo liso de vias aéreas humanas (HASM) por meio de citometria de torção magnética (MTC). Uma diminuição significativa da rigidez celular basal foi observada em células HASM pré-tratadas com IL-10, mas não com IL10-CSNPs, enquanto que o tratamento com IL-17A aumentou significativamente a magnitude rigidez celular basal. Nossos resultados revelam um mecanismo previamente desconhecido subjacente à imunoterapia para prevenção e tratamento da asma.