nÃo hà / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / IntroduÃÃo: A Doxorubicina (DOX), antineoplÃsico antracÃclico, à largamente utilizada no tratamento dos mais diversos tipos de tumores sÃlidos e neoplasias hematolÃgicas. A Cardiotoxicidade provocada pelo uso de antibiÃticos antracÃclicos tem sido observada hà algumas dÃcadas como fator agravante e limitante do uso terapÃutico da DOX. Apesar do conhecimento de inÃmeros fatores que podem mediar a induÃÃo da cardiotoxicidade pela DOX, os mecanismos fisiopatolÃgicos continuam nÃo esclarecidos. Objetivo: Avaliar o efeito da amifostina e glutationa na cardiotoxicidade aguda induzida por doxorubicina e estudar a morfologia do tecido cardÃaco de camundongos tratados com doxorubicina por microscopia de forÃa atÃmica. Material e MÃtodos: Camundongos C57BL/6 fÃmeas (n=8) foram tratados com doxorubicina (25mg/Kg i.p.) ou salina (0,2mL i.p.) e sacrificados 96 horas apÃs tratamento. Outro grupo experimental foi tratado com amifostina (AMF 25, 50 e 100 mg/Kg s.c.), glutationa (GLT 125, 250 e 500mg/Kg s.c.) ou salina 30 mim antes da injeÃÃo de doxorubicina, no caso da glutationa a administraÃÃo foi diÃria atà o dia do sacrifÃcio. Os parÃmetros analisados foram: eletrocardiograma, Ãndices cardÃaco e esplÃnico, dosagem de grupos sulfidrilas nÃo protÃicos, dosagem de CK e CK-MB, parÃmetros histolÃgicos, dosagem por ELISA de TNF-&#61537;, IL-1&#61538;&#61484; expressÃo por imunohistoquÃmica de TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS, apoptose e anÃlise por microscopia de forÃa atÃmica. Resultados: O tratamento com AMF nas doses de 50 e 100mg/Kg e GLT 250 e 500 mg/Kg foi capaz de aumentar a percentagem de sobrevivÃncia dos animais que foram submetidos a cardiotoxicidade aguda induzida por DOX (25 mg/Kg) quando comparados com o grupo injetado somente com DOX. A AMF e GLT tambÃm foram capazes de prevenir, em comparaÃÃo ao grupo DOX (p<0,05), as alteraÃÃes nos valores eletrocardiogrÃficos, (aumento do QRS e QTc e diminuiÃÃo da amplitude de R), as alteraÃÃes nos Ãndices cardÃacos e esplÃnicos, a elevaÃÃo dos nÃveis sÃricos das enzimas CK e CK-MB, a reduÃÃo dos nÃveis de grupos sulfidrilas nÃo protÃicos no tecido cardÃaco e as alteraÃÃes histolÃgicas (degeneraÃÃo hidrÃpica e vacuolizaÃÃo, focos de hialinizaÃÃo de fibras cardÃacas, picnose e necrose) induzidas pela DOX (25mg/Kg). A DOX induziu aumento da marcaÃÃo imunohistoquÃmica para cÃlulas apoptÃticas e expressÃo de iNOS e diminuiu a expressÃo de TNF-&#61537;. A AMF foi capaz de prevenir estas alteraÃÃes, sendo esta prevenÃÃo apenas discreta para a expressÃo de TNF-&#61537;. A microscopia de forÃa atÃmica revelou alteraÃÃes morfolÃgicas nÃo vistas pela microscopia Ãptica e mostrou ser uma ferramenta valiosa na avaliaÃÃo de efeitos de drogas. ConclusÃo: Nossos resultados sugerem o efeito citoprotetor da amifostina pelo aumento da atividade da glutationa peroxidase no tecido cardÃaco e que esta se mostra tÃo eficiente quanto a droga de referencia dexrazoxane. A utilizaÃÃo da microscopia atÃmica introduz uma ferramenta de anÃlise comparativa em escala nanomÃtrica, tornando possÃvel observar a destruiÃÃo membranar cardÃaco condizente com dano oxidativo. / IntroduÃÃo: A Doxorubicina (DOX), antineoplÃsico antracÃclico, à largamente utilizada no tratamento dos mais diversos tipos de tumores sÃlidos e neoplasias hematolÃgicas. A Cardiotoxicidade provocada pelo uso de antibiÃticos antracÃclicos tem sido observada hà algumas dÃcadas como fator agravante e limitante do uso terapÃutico da DOX. Apesar do conhecimento de inÃmeros fatores que podem mediar a induÃÃo da cardiotoxicidade pela DOX, os mecanismos fisiopatolÃgicos continuam nÃo esclarecidos. Objetivo: Avaliar o efeito da amifostina e glutationa na cardiotoxicidade aguda induzida por doxorubicina e estudar a morfologia do tecido cardÃaco de camundongos tratados com doxorubicina por microscopia de forÃa atÃmica. Material e MÃtodos: Camundongos C57BL/6 fÃmeas (n=8) foram tratados com doxorubicina (25mg/Kg i.p.) ou salina (0,2mL i.p.) e sacrificados 96 horas apÃs tratamento. Outro grupo experimental foi tratado com amifostina (AMF 25, 50 e 100 mg/Kg s.c.), glutationa (GLT 125, 250 e 500mg/Kg s.c.) ou salina 30 mim antes da injeÃÃo de doxorubicina, no caso da glutationa a administraÃÃo foi diÃria atà o dia do sacrifÃcio. Os parÃmetros analisados foram: eletrocardiograma, Ãndices cardÃaco e esplÃnico, dosagem de grupos sulfidrilas nÃo protÃicos, dosagem de CK e CK-MB, parÃmetros histolÃgicos, dosagem por ELISA de TNF-&#61537;, IL-1&#61538;&#61484; expressÃo por imunohistoquÃmica de TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS, apoptose e anÃlise por microscopia de forÃa atÃmica. Resultados: O tratamento com AMF nas doses de 50 e 100mg/Kg e GLT 250 e 500 mg/Kg foi capaz de aumentar a percentagem de sobrevivÃncia dos animais que foram submetidos a cardiotoxicidade aguda induzida por DOX (25 mg/Kg) quando comparados com o grupo injetado somente com DOX. A AMF e GLT tambÃm foram capazes de prevenir, em comparaÃÃo ao grupo DOX (p<0,05), as alteraÃÃes nos valores eletrocardiogrÃficos, (aumento do QRS e QTc e diminuiÃÃo da amplitude de R), as alteraÃÃes nos Ãndices cardÃacos e esplÃnicos, a elevaÃÃo dos nÃveis sÃricos das enzimas CK e CK-MB, a reduÃÃo dos nÃveis de grupos sulfidrilas nÃo protÃicos no tecido cardÃaco e as alteraÃÃes histolÃgicas (degeneraÃÃo hidrÃpica e vacuolizaÃÃo, focos de hialinizaÃÃo de fibras cardÃacas, picnose e necrose) induzidas pela DOX (25mg/Kg). A DOX induziu aumento da marcaÃÃo imunohistoquÃmica para cÃlulas apoptÃticas e expressÃo de iNOS e diminuiu a expressÃo de TNF-&#61537;. A AMF foi capaz de prevenir estas alteraÃÃes, sendo esta prevenÃÃo apenas discreta para a expressÃo de TNF-&#61537;. A microscopia de forÃa atÃmica revelou alteraÃÃes morfolÃgicas nÃo vistas pela microscopia Ãptica e mostrou ser uma ferramenta valiosa na avaliaÃÃo de efeitos de drogas. ConclusÃo: Nossos resultados sugerem o efeito citoprotetor da amifostina pelo aumento da atividade da glutationa peroxidase no tecido cardÃaco e que esta se mostra tÃo eficiente quanto a droga de referencia dexrazoxane. A utilizaÃÃo da microscopia atÃmica introduz uma ferramenta de anÃlise comparativa em escala nanomÃtrica, tornando possÃvel observar a destruiÃÃo membranar cardÃaco condizente com dano oxidativo. / Introduction: Doxorubicin (DOX) is an antineoplasic anthracyclic agent used on the treatment of several solid tumors and hematological cancers. DOX-induced cardiotoxicity has been studied for decades as a limiting factor on the anticancer therapy with this drug. Despite the current knowledge concerning the mechanisms of DOX-induced cardotoxicity, its pathophysiology is still not clear. Purpose: To evaluate of the amifostine and glutathione citoprotective effect on the DOX-induced acute cardiotoxicity and to study the morphology of cardiac tissue through the use of atomic force microscopy as a tool. Materials and Methods: C57BL/6 female mice were treated with doxorubicin (25mg/Kg i.p.) or saline (0,2mL i.p.) and sacrificed 96 hours after treatment. In another experimental setting, mice were given amifostine (AMF 25, 50 e 100 mg/Kg s.c.), glutathione (GLT 125, 250 e 500mg/Kg s.c.) or vehicle, 30 mim before the administration of DOX, except glutathione that was injected daily. Analitical parameters included: electrocardiograms, cardiac and spleen indices, non protein suphidrils groups levels, CK and CK-MB cardiac enzymes levels, histological analysis, cardiac levels of (TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS) determined by ELISA, immunohistochemistry for TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS, apoptosis and atomic force microscopy tissue analysis. Results: AMF (100mg/Kg) and GLT (250 e 500 mg/Kg) treatments were able of improve the survival rate of animals in spite of the injection of DOX (25 mg/Kg) in comparison to DOX-treated only group (p<0.05). A AMF e GLT were also able to prevent electrocardiographic changes (rising of QRS e QTc and reduced R amplitude), changes in the cardiac and spleen indices, the augmentation of blood levels of CK e CK-MB, reduction of non proteic suphidrils groups levels, and histological changes induced by DOX (25mg/Kg). DOX induced the augmentation of the immunostaining for apoptotic cells and iNOS what was prevented by the administration of amifostine. The atomic force microscopy reveals morphological changes on the tissue organizational structure which is not possible to be observed through optical microscopy. Conclusion: Our results suggest that the amifostine citoprotective effect on DOX-induced acute cardiotoxicity is due the rising of glutathione peroxidase activity in the cardiac tissue. The citoprotective effect of amifostine is as efficient as the reference drug dexrazoxane. The use of atomic force microscopy as a new pharmacological tool for comparative analysis in nanometric scale allow us to observe DOX-induced membrane destruction what is suggestive of oxidative stress process. / Introduction: Doxorubicin (DOX) is an antineoplasic anthracyclic agent used on the treatment of several solid tumors and hematological cancers. DOX-induced cardiotoxicity has been studied for decades as a limiting factor on the anticancer therapy with this drug. Despite the current knowledge concerning the mechanisms of DOX-induced cardotoxicity, its pathophysiology is still not clear. Purpose: To evaluate of the amifostine and glutathione citoprotective effect on the DOX-induced acute cardiotoxicity and to study the morphology of cardiac tissue through the use of atomic force microscopy as a tool. Materials and Methods: C57BL/6 female mice were treated with doxorubicin (25mg/Kg i.p.) or saline (0,2mL i.p.) and sacrificed 96 hours after treatment. In another experimental setting, mice were given amifostine (AMF 25, 50 e 100 mg/Kg s.c.), glutathione (GLT 125, 250 e 500mg/Kg s.c.) or vehicle, 30 mim before the administration of DOX, except glutathione that was injected daily. Analitical parameters included: electrocardiograms, cardiac and spleen indices, non protein suphidrils groups levels, CK and CK-MB cardiac enzymes levels, histological analysis, cardiac levels of (TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS) determined by ELISA, immunohistochemistry for TNF-&#61537;, IL-1&#61538;, iNOS, apoptosis and atomic force microscopy tissue analysis. Results: AMF (100mg/Kg) and GLT (250 e 500 mg/Kg) treatments were able of improve the survival rate of animals in spite of the injection of DOX (25 mg/Kg) in comparison to DOX-treated only group (p<0.05). A AMF e GLT were also able to prevent electrocardiographic changes (rising of QRS e QTc and reduced R amplitude), changes in the cardiac and spleen indices, the augmentation of blood levels of CK e CK-MB, reduction of non proteic suphidrils groups levels, and histological changes induced by DOX (25mg/Kg). DOX induced the augmentation of the immunostaining for apoptotic cells and iNOS what was prevented by the administration of amifostine. The atomic force microscopy reveals morphological changes on the tissue organizational structure which is not possible to be observed through optical microscopy. Conclusion: Our results suggest that the amifostine citoprotective effect on DOX-induced acute cardiotoxicity is due the rising of glutathione peroxidase activity in the cardiac tissue. The citoprotective effect of amifostine is as efficient as the reference drug dexrazoxane. The use of atomic force microscopy as a new pharmacological tool for comparative analysis in nanometric scale allow us to observe DOX-induced membrane destruction what is suggestive of oxidative stress process.

El objetivo de esta Tesis es diseñar sistemas multifuncionales que combinen funciones de diagnóstico y terapia, o teranósticos, a base de nanopartículas magnéticas (NPMs) de óxido de hierro (magnetita/maghemita) para su potencial aplicación en patologías oncológicas. Para ello se realizó un trabajo experimental que involucró la optimización de las metodologías de síntesis de las NPMs y la posterior incorporación secuencial de los distintos componentes, en conjunto con las caracterizaciones y ensayos tendientes a evaluar su funcionalidad en cada etapa. En primer término, se estudiaron las vías de síntesis de NPMs de manera de conseguir un control sobre las propiedades fisicoquímicas, y de la estabilidad de NPMs en suspensión acuosa. Se modificó la superficie de las NPMs con ácido fólico (AF) de manera de proporcionar a las NPMs selectividad para acumularse en células tumorales debido a que el receptor de folatos se encuentra sobreexpresado en células de varios tipos de cáncer. En una etapa posterior, se cargaron las NPMs modificadas con AF con fármacos oncológicos para impartir la función terapéutica. La Doxorubicina (Doxo) es uno de los agentes quimioterapéuticos más efectivos usados en el tratamiento de varios tipos de cáncer. A pesar de su gran uso, varios efectos secundarios se encuentran asociados a la distribución sistémica de este fármaco una vez administrado. Estos efectos secundarios están relacionados con la necesidad de administrar dosis elevadas del fármaco debido a la escasa selectividad y eficacia asociada con su distribución no específica en el cuerpo. Las siguientes instancias del desarrollo de este trabajo de tesis se dedicaron a evaluar las potencialidades de los agentes teranósticos para: (i) direccionamiento mediado por un campo magnético; (ii) actuar como medio de contraste en diagnóstico por imagen mediante resonancia magnética (RMI), (iii) ejercer su acción terapéutica. En el Capítulo I se introducen los conceptos básicos sobre nanotecnología, nanociencia y nanomateriales. Se describen en mayor detalle las razones por las cuales se seleccionaron las NPMs para el desarrollo de este trabajo de tesis. Dentro del conjunto de NPMs se puntualiza en las de óxido de hierro, en particular, magnetita (MAG, Fe3O4). Los métodos de síntesis de este óxido de hierro son brevemente reseñados, profundizando en la técnica de co-precipitación. Además se describen las diferentes estrategias de estabilización y funcionalización del núcleo magnético. Se resumen las aplicaciones de las NPMs en biomedicina. En este sentido, se describen las ventajas de las mismas como herramientas de diagnóstico, al actuar como agentes de contraste en RMI. También se muestran las formas de vectorización de fármacos mediante el empleo de NPMs y se enuncian las habilidades de las nanoformulaciones descriptas para actuar como agentes teranósticos. Finalmente se enumeran el objetivo general y los objetivos específicos, así como la hipótesis planteada en esta tesis. En el Capítulo II se describen los reactivos empleados y las técnicas de caracterización aplicadas a las diferentes nanoformulaciones junto con el tratamiento necesario de las muestras en cada caso. El Capítulo III se dedicó al estudio de las metodologías de síntesis, estabilización y control de la estabilidad de las NPMs de MAG. Se describen los resultados obtenidos al emplear dos métodos de síntesis: co-precipitación y su variante reducción-precipitación, con el fin de seleccionar una metodología adecuada para la obtención de NPMs de MAG en función de las aplicaciones propuestas. En base a los resultados, se seleccionó la técnica de co-precipitación como la más adecuada, y se incluyó un estudio exhaustivo de las variables experimentales asociadas a dicha técnica con el propósito de conseguir un control de las propiedades fisicoquímicas. Este análisis involucró el estudio de los mecanismos que conducen a la formación de las NPMs de MAG así como una completa caracterización y los ensayos necesarios para evaluar la estabilidad, en términos de la evolución del diámetro hidrodinámico (DH) en función del tiempo de almacenamiento en suspensión acuosa. En el Anexo I se informan los resultados que complementan a este capítulo. En el Capítulo IV se estudió la incorporación de un ligando selectivo, la vitamina B9 ó AF, a la superficie de MAG, previamente funcionalizada con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS). Para ello se evaluaron dos metodologías: la adsorción simple del AF y el anclaje covalente mediado por carbodiimida. Se combinaron los datos experimentales obtenidos con estudios teóricos. Esto permitió adquirir conocimientos acerca del mecanismo de interacción AF-MAG@APTS y corroborar la disponibilidad del grupo selectivo del AF posterior a su incorporación a la superficie de MAG@APTS. En una segunda instancia, se estudió la estabilidad de las nanoformulaciones obtenidas de acuerdo a dos criterios: (i) evolución del DH en función del tiempo de almacenamiento en dispersión acuosa y (ii) estudio de la capacidad de retención del AF incorporado. Finalmente, se incluye un estudio tendiente a predecir el comportamiento de las nanoformulaciones en un medio que simula el plasma sanguíneo en términos de osmolaridad, pH y contenido de proteína. En el Capítulo V se presentan y discuten los ensayos realizados para proveer a las nanoformulaciones de la acción terapéutica necesaria para constituir un agente teranóstico. La carga de la droga se realizó mediante adsorción superficial, explorando la influencia de diferentes parámetros asociados a dicho procedimiento. Se evaluó la liberación de Doxo in vitro mediante la implementación de una metodología que intenta simular la ruta que debería atravesar la nanoformulación una vez inyectada, vía intravenosa, en el torrente sanguíneo hasta su acumulación en el tumor. En el Capítulo VI se investigó la habilidad de las NPMs, presentadas en los Capítulos IV y V, para ser guiadas magnéticamente al exponerlas a un campo magnético externo mediante ensayos in vitro. Se propuso el empleo de un sistema de flujo continuo acoplado a un espectrofotómetro Uv-Visible, con el objetivo de monitorear la disminución del contenido de NPMs de la dispersión estudiada como consecuencia de la retención de las mismas por acción de un imán de NdFeB colocado en el sitio blanco. En este capítulo, se analizó además, la capacidad de las nanoformulaciones como agentes de contraste. Se determinó la eficiencia de contraste de cada formulación, comparando los valores obtenidos con los correspondientes a agentes de contrastes comerciales. En el Capítulo VII se incluyen ensayos in vitro, empleando una línea celular de cáncer colorrectal (CCR), con el fin de evaluar la capacidad del nanoteranóstico preparado de inhibir el crecimiento celular, a través de la internalización y la posterior liberación de droga en forma intracelular. En este mismo capítulo, se presentan, como complemento, los resultados correspondientes al estudio de la biocompatibilidad de las mismas nanoformulaciones utilizando un modelo animal de zebrafish. En el Anexo II se informan los resultados que complementan a este capítulo. Finalmente, en el Capítulo VIII, se puntualizan las conclusiones generales abordadas a partir de los resultados obtenidos y analizados en cada uno de los capítulos. Se definen además, los lineamientos de la proyección de futuros trabajos. / The aim of this thesis is to design multifunctional nanosystems combining the diagnostic and therapy or theranostics, based on magnetic nanoparticles (MNPs) of iron oxide (magnetite/maghemite) for their potential application in the treatment of oncological pathologies. To this end, an experimental work involving the optimization of MNPs synthetic procedures followed by a sequential incorporation of different components was performed. The synthesis of MNPs was carefully studied in order to achieve a control on their physicochemical properties and stability in aqueous suspension. The folate receptor is overexpressed in several types of tumor cells. Therefore, MNPs surface was modified with folic acid (FA) to provide them selectivity and affinity towards tumor cells. At a later stage, MNPs modified with FA were loaded with an oncological drug aiming to impart them therapeutic function. Doxorubicin (Doxo) is one of the most effective and used chemotherapeutic agents for the treatment of many types of cancer. In spite of this, several side effects are associated with the systemic distribution of this drug once administrated. These unwanted effects are related to large drug dosage, poor selectivity and low efficiency associated to the non specific distribution of drugs in the body. The following instances comprising this work were devoted to evaluate the capabilities of the theranostic agents concerning: (i) in vitro magnetic targeting, (ii) diagnostic as contrast agent for imaging magnetic resonance (MRI); (iii) therapeutic functions. In Chapter I, the fundamental concepts regarding the nanotechnology, nanoscience and nanomaterials are introduced. The abilities of MNPs to these kinds of applications are emphasized, justifying their selection for the development of this thesis. Magnetite (MAG, Fe3O4) was employed to formulate the MNPs. The methods of synthesis are briefly reviewed, highlighting the co-precipitation technique. Besides, different stabilization and functionalization strategies of the magnetic core are described. The applications of MNPs in biomedicine are summarized. Their capabilities as contrast agents in RMI, and target drug delivery are presented, as well as their potential as theranostic agents. Finally, the hypothesis followed by the general and specific objectives is defined. Chapter II describes all reagents and solvents employed in this work. Besides, the techniques used for the nanoparticles characterizations are described together with preparative treatment of the samples for each one. In Chapter III, the study of the synthesis methodologies, and stabilization of MAG are presented. Two methods of obtention are described; co-precipitation and its reduction-precipitation, both were evaluated in order to select a suitable methodology for achieving MAG. The co-precipitation technique was chosen based on the reached results. An exhaustive study of the experimental conditions associated to this methodology was included. This analysis involved the study of MAG formation mechanisms as well as a complete structural and surface characterization. The necessary tests to evaluate the stability, in terms of the evolution of the hydrodynamic diameter (HD) as a function of the storage time in aqueous suspension were performed. Complementary results are reported in Annex I. In Chapter IV the incorporation of FA to MAG surface, previously modified with APTS, was studied aiming to provide selectivity towards folate receptors. To do this, two methodologies were evaluated: simple adsorption and covalent linkage. The obtained experimental data were combined with theoretical studies to gain knowledge about the possible mechanisms to FA-MAG@APTS linkage. These data also provided evidence regarding the availability of the selective FA group after its incorporation into the MAG@APTS surface. The stability of the obtained nanoformulations was studied based on two criteria: (i) the evolution of the HD as a function of the storage time in aqueous dispersion and (ii) the study of the FA retention. Finally, a study tending to predict the behavior of nanoformulations in a medium simulating blood plasma in terms of osmolarity, pH and albumin content was developed. In this sense, the aggregation trend and the nanosystems stability were the analyzed parameters. In Chapter V, the assays devoted to provide the nanoformulations with therapeutic action are presented and discussed. The loading of the drug (Doxo) was carried out by simple adsorption. The influence of different parameters associated with the reaction was explored. The release of Doxo was analyzed by implementing an original procedure to simulate the pathways followed by MNPs once intravenously administered. In Chapter VI, the magnetic target ability of MNPs presented in Chapters IV and V, was in vitro investigated. To achieve this, a novel continuous flow system was fabricated to quantify the amount of MNPs retained in the magnet site in an environment mimicking the bloodstream. On the other hand, the efficiency of the nanosystems as selective contrast agents in MRI was analyzed using a clinical equipment. Chapter VII includes in vitro tests, using a human colorectal cancer cell line (CCR). The evaluated parameters were the MNPs internalization, cellular viability and the therapeutic action of the MNPs loaded Doxo. On the other hand, the results corresponding to biocompatibility studies of the same nanoformulations in vivo are presented. To this end an animal model, zebrafish (Danio rerio), was implemented. Complementary results are reported in Annex II. Finally, Chapter VIII lists the overall conclusions of this investigation work and establishes the guidelines for the future works.

O gênero Streptomyces tem sido estudado nas últimas décadas, pela sua capacidade de produzir vários produtos naturais bioativos. Os microrganismos produtores de antibióticos exigem um ou mais mecanismos de resistência durante a produção destes. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produz o antitumoral cosmomicina D que faz parte da família das antraciclinas. Neste estudo, se apresenta um modelo de resistência que é expresso conjuntamente com a biossíntese do antibiótico. Os três mecanismos incluem uma bomba de efluxo, um mecanismo enzimático envolvido na resposta a espécies reativas de oxigênio, e um mecanismo envolvido no reparo do DNA, pela ação da proteína homóloga UvrA. Os genes de resistência de S. olindensis foram clonados e expressos em S. albus, contendo o plasmídeo de expressão PEM4A com o promotor constitutivo ermE*p. Avaliou-se a capacidade de resistência à diferentes concentrações das antraciclinas cosmomicina D e doxorubicina. A expressão de cada um dos mecanismos de resistência incrementou a resposta às antraciclinas. / Streptomyces produce various bioactive natural products and possess resistance systems for these metabolites, which are co-regulated with antibiotic biosynthesis genes. Antibiotic producer microorganisms require one or more self-resistance determinants to survival during antibiotic production. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produces the antitumoral Cosmomycin D, a member of the anthracycline family. In this study we show the resistance genes in Cosmomycin D biosynthetic cluster that provide self-resistance, including an ATP-dependent efflux pump, resistance to DNA damage through UvrA class IIa protein, and response to reactive oxygen species by the enzyme Glutathione peroxidase. We cloned and expressed the resistance genes from S. olindensis in <i.S. albus, containing the expression plasmid PEM4A with the constitutive promoter ermE*p. We evaluated the capacity of resistance to different concentrations of anthracyclines Cosmomycin D and the commercial Doxorubicin. The expression of each resistance component increment the response to anthracyclines.

O gênero Streptomyces tem sido estudado nas últimas décadas, pela sua capacidade de produzir vários produtos naturais bioativos. Os microrganismos produtores de antibióticos exigem um ou mais mecanismos de resistência durante a produção destes. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produz o antitumoral cosmomicina D que faz parte da família das antraciclinas. Neste estudo, se apresenta um modelo de resistência que é expresso conjuntamente com a biossíntese do antibiótico. Os três mecanismos incluem uma bomba de efluxo, um mecanismo enzimático envolvido na resposta a espécies reativas de oxigênio, e um mecanismo envolvido no reparo do DNA, pela ação da proteína homóloga UvrA. Os genes de resistência de S. olindensis foram clonados e expressos em S. albus, contendo o plasmídeo de expressão PEM4A com o promotor constitutivo ermE*p. Avaliou-se a capacidade de resistência à diferentes concentrações das antraciclinas cosmomicina D e doxorubicina. A expressão de cada um dos mecanismos de resistência incrementou a resposta às antraciclinas. / Streptomyces produce various bioactive natural products and possess resistance systems for these metabolites, which are co-regulated with antibiotic biosynthesis genes. Antibiotic producer microorganisms require one or more self-resistance determinants to survival during antibiotic production. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produces the antitumoral Cosmomycin D, a member of the anthracycline family. In this study we show the resistance genes in Cosmomycin D biosynthetic cluster that provide self-resistance, including an ATP-dependent efflux pump, resistance to DNA damage through UvrA class IIa protein, and response to reactive oxygen species by the enzyme Glutathione peroxidase. We cloned and expressed the resistance genes from S. olindensis in <i.S. albus, containing the expression plasmid PEM4A with the constitutive promoter ermE*p. We evaluated the capacity of resistance to different concentrations of anthracyclines Cosmomycin D and the commercial Doxorubicin. The expression of each resistance component increment the response to anthracyclines.

O objetivo geral deste trabalho foi explorar a versatilidade de filmes multicamadas de polieletrólitos (PEM) e suas aplicações em sistemas de entrega de drogas e como filmes funcionais para aplicações biomédicas. Filmes PEM montados pela técnica de camada por camada (layer­-by­-layer, LbL), foram explorados em três aplicações principais. Na primeira, foi explorado o desenvolvimento de um protocolo de funcionalização em filmes de poli(alilamina)/poli (estireno sulfonato), PAH/SPS. Os parâmetros de construção do filme para biotinilação dos grupamentos amina do PAH foram otimizados e aplicados na captura e detecção do antígeno específico da próstata (PSA), na concentração de 100 a 0,1 ng/mL, usando pontos quânticos (Qdots). Em comparação com outros trabalhos, este sistema apresentou uma boa sensibilidade na detecção de PSA, dentro do limite de detecção clínica de 0,4 a 0,1 ng/mL. A segunda aplicação envolveu o desenvolvimento de filmes de sacrifício baseados nas interações naturais da mucina submandibular bovina e da lectina, jacalina (BSM/JAC). Filmes de BSM/JAC apresentaram estabilidade quando submetidos a uma ampla faixa de pH (pH 3-­-9) e em solução de alta força iônica (5 M NaCl). A dissolução dos filmes BSM/JAC pôde ser seletivamente desencadeada mediante à incubação em solução de melibiose, 37 °C, pH 7,4, sem apresentar citotoxicidade às células. Na última parte deste trabalho, a incorporação de lipossomos ecogênicos (ELIP) em mochilas celulares foi investigada. Mochilas celulares são \"patches\" de 7­-10 &#181;m de diâmetro que podem ser fabricados por meio de deposição alternada de polímeros utilizando-­-se a técnica de LbL, sobre uma matriz pré­-moldada obtida por fotolitografia, a fim de criar um sistema composto por três multicamadas estratificadas: uma região de liberação, para promover o destacamento do substrato, uma região de carga de droga, e uma região adesiva às células. O uso de ELIP permitiu incorporação de até 9x mais doxorrubicina (DOX) se comparado com o fármaco livre em solução absorvido pelos dos filmes. A liberação de DOX pelos filmes foi monitorado por 25 dias. Mochilas contendo ELIP-­DOX foram então aderidos a monócitos, e sua viabilidade monitorados por 72h. Mochilas vazias mostraram diminuir a proliferação de monócitos ao longo das 72 horas, enquanto mochilas carregadas com ELIP-­DOX mostraram uma diminuição dramática na população celular, apontando uma potencialização dos efeitos da droga pela sua proximidade com as células. / The overall goal of this thesis was to exploit the versatility of polyelectrolite multilayers (PEM) to be applied in drug delivery systems and biofunctionalizable films for biomedical applications. PEM films assembled by the layer-by­-layer technique were explored in three main applications. In the first part of this work, the development of a functionalization protocol of poly(allylamine)/poly(styrene sulfonate), PAH/SPS was explored. The optimal film parameters to the use of biotinylated multilayers were applied for the capture and detection of prostate specific antigen (PSA) protein in the range of 100 to 0.1 ng/mL, by using quantum dots. Compared to previous work, this system presented a good sensitivity for PSA detection that is within the clinical limit range of 0.4 to 0.1 ng/mL. The second application involved the creation of a novel sacrificial multilayer film. Films based in natural interactions of bovine submaxillary mucin and the lectin jacalin, BSM/JAC were assembled. BSM/JAC films showed stability when underwent a wide rage of pH (pH 3 to 9) and high ionic strength (5 M NaCl) solutions. BSM/JAC dissolution could be triggered released by incubation in melibiose at 37 °C in pH 7.4 buffer, without cytotoxicity. In the last part of this work the incorporation of echogenic liposomes (ELIP) into cell backpacks was investigated. Cell backpacks are 7-10 &#181;m diameter patches that can be fabricated through LbL polymer deposition onto a photopatterned array to create a stacked composite of three stratified multilayer systems: a releasable region for easy detachment from the substrate, a drug payload region, and a cell adhesive region. The use of ELIP allowed up to 9x more doxorubicin (DOX) loading when compared to free drug in solution adsorbed through the films. DOX release from films was monitored for over 25 days. ELIP­-DOX backpacks were then attached to mouse monocytes and their viability monitored by 72h. Empty backpacks showed to decrease monocytes proliferation over the course of 72h, while ELIP­-DOX backpacks showed a dramatic decrease in cell population, showing that DOX effects were enhancement in drug potency by its proximity.

O objetivo geral deste trabalho foi explorar a versatilidade de filmes multicamadas de polieletrólitos (PEM) e suas aplicações em sistemas de entrega de drogas e como filmes funcionais para aplicações biomédicas. Filmes PEM montados pela técnica de camada por camada (layer­-by­-layer, LbL), foram explorados em três aplicações principais. Na primeira, foi explorado o desenvolvimento de um protocolo de funcionalização em filmes de poli(alilamina)/poli (estireno sulfonato), PAH/SPS. Os parâmetros de construção do filme para biotinilação dos grupamentos amina do PAH foram otimizados e aplicados na captura e detecção do antígeno específico da próstata (PSA), na concentração de 100 a 0,1 ng/mL, usando pontos quânticos (Qdots). Em comparação com outros trabalhos, este sistema apresentou uma boa sensibilidade na detecção de PSA, dentro do limite de detecção clínica de 0,4 a 0,1 ng/mL. A segunda aplicação envolveu o desenvolvimento de filmes de sacrifício baseados nas interações naturais da mucina submandibular bovina e da lectina, jacalina (BSM/JAC). Filmes de BSM/JAC apresentaram estabilidade quando submetidos a uma ampla faixa de pH (pH 3-­-9) e em solução de alta força iônica (5 M NaCl). A dissolução dos filmes BSM/JAC pôde ser seletivamente desencadeada mediante à incubação em solução de melibiose, 37 °C, pH 7,4, sem apresentar citotoxicidade às células. Na última parte deste trabalho, a incorporação de lipossomos ecogênicos (ELIP) em mochilas celulares foi investigada. Mochilas celulares são \"patches\" de 7­-10 &#181;m de diâmetro que podem ser fabricados por meio de deposição alternada de polímeros utilizando-­-se a técnica de LbL, sobre uma matriz pré­-moldada obtida por fotolitografia, a fim de criar um sistema composto por três multicamadas estratificadas: uma região de liberação, para promover o destacamento do substrato, uma região de carga de droga, e uma região adesiva às células. O uso de ELIP permitiu incorporação de até 9x mais doxorrubicina (DOX) se comparado com o fármaco livre em solução absorvido pelos dos filmes. A liberação de DOX pelos filmes foi monitorado por 25 dias. Mochilas contendo ELIP-­DOX foram então aderidos a monócitos, e sua viabilidade monitorados por 72h. Mochilas vazias mostraram diminuir a proliferação de monócitos ao longo das 72 horas, enquanto mochilas carregadas com ELIP-­DOX mostraram uma diminuição dramática na população celular, apontando uma potencialização dos efeitos da droga pela sua proximidade com as células. / The overall goal of this thesis was to exploit the versatility of polyelectrolite multilayers (PEM) to be applied in drug delivery systems and biofunctionalizable films for biomedical applications. PEM films assembled by the layer-by­-layer technique were explored in three main applications. In the first part of this work, the development of a functionalization protocol of poly(allylamine)/poly(styrene sulfonate), PAH/SPS was explored. The optimal film parameters to the use of biotinylated multilayers were applied for the capture and detection of prostate specific antigen (PSA) protein in the range of 100 to 0.1 ng/mL, by using quantum dots. Compared to previous work, this system presented a good sensitivity for PSA detection that is within the clinical limit range of 0.4 to 0.1 ng/mL. The second application involved the creation of a novel sacrificial multilayer film. Films based in natural interactions of bovine submaxillary mucin and the lectin jacalin, BSM/JAC were assembled. BSM/JAC films showed stability when underwent a wide rage of pH (pH 3 to 9) and high ionic strength (5 M NaCl) solutions. BSM/JAC dissolution could be triggered released by incubation in melibiose at 37 °C in pH 7.4 buffer, without cytotoxicity. In the last part of this work the incorporation of echogenic liposomes (ELIP) into cell backpacks was investigated. Cell backpacks are 7-10 &#181;m diameter patches that can be fabricated through LbL polymer deposition onto a photopatterned array to create a stacked composite of three stratified multilayer systems: a releasable region for easy detachment from the substrate, a drug payload region, and a cell adhesive region. The use of ELIP allowed up to 9x more doxorubicin (DOX) loading when compared to free drug in solution adsorbed through the films. DOX release from films was monitored for over 25 days. ELIP­-DOX backpacks were then attached to mouse monocytes and their viability monitored by 72h. Empty backpacks showed to decrease monocytes proliferation over the course of 72h, while ELIP­-DOX backpacks showed a dramatic decrease in cell population, showing that DOX effects were enhancement in drug potency by its proximity.