Devido ao uso excessivo de antibióticos houve e ainda há um crescimento no número de cepas resistentes aos medicamentos existentes. Por causa desse crescimento de bactérias multirresistentes, o número de pesquisas que procuram alternativas terapêuticas antibacterianas tem aumentado, e dentre elas está a terapia fotodinâmica antimicrobiana ou inativação fotodinâmica (IFD). A inativação fotodinâmica, utilizada no controle biológico de microrganismos, envolve a ação de um fotossensibilizador (FS), ativado por um comprimento de onda específico, no intuito de oxidar substratos biológicos, resultando em efeito citotóxico. A cúrcuma ou curcumina natural, conhecida como açafrão da terra, consiste em mistura de três curcuminóides: curcumina, demetoxicurcumina e bis-demetoxicurcumina. A curcumina apresenta várias propriedades farmacológicas, no entanto, possui solubilidade extremamente baixa em soluções aquosas, que dificulta a sua utilização como agente terapêutico. O presente estudo propôs desenvolver nanopartículas poliméricas de PLGA contendo curcumina natural a fim de melhorar sua solubilidade e estabilidade, e também verificar sua eficácia na inativação fotodinâmica de microrganismos. As nanopartículas PLGA-CURC sintetizadas através da nanoprecipitação resultaram em três sistemas diferentes, com tamanho médio e eficiência de encapsulamento de 172 nm e 70% para PLGA-CURC1, 215 nm e 80% para PLGA-CURC2, e 242 nm e 80% para PLGA-CURC3. Testes de estabilidade mostraram proteção do polímero contra a degradação precoce da curcumina natural. Os ensaios microbiológicos in vitro com a solução de curcumina natural, as PLGA-CURC1 e PLGA-CURC2 foram eficientes na inativação da bactéria Gram-positiva Staphylococcus aureus, e do fungo Candida albicans. Porém, a solução apresentou toxicidade no escuro em altas concentrações, ao contrario das nanopartículas. O sistema PLGA-CURC2 com sua carga superficial modificada, gerou o sistema PLGA-CURC3, que inativou efetivamente a bactéria Gram-negativa Escherichia coli. Assim, concluiu-se que foi possível deixar a curcumina natural solúvel em água através do encapsulamento em nanopartículas de PLGA, certificar a melhora na estabilidade em meio aquoso (estocagem), além de inativar bactérias e fungo. / Due to excessive over use of antibiotics there was and still are growth in the number of bacterial strains resistant to existing drugs. Because of the growth of multiresistant bacteria, the number of searches looking for alternatives antibacterial therapeutic has increased, and among them is the antimicrobial photodynamic therapy or photodynamic inactivation (PDI). The photodynamic inactivation used in biological control of microorganisms, involves the action of a photosensitizer (PS), activated by a specific wavelength in order to oxidize organic substrates, resulting in cytotoxic effect. Turmeric or natural curcumin, consists of a mixture of three curcuminoids: curcumin, demethoxycurcumin and bis-demethoxycurcumin. Curcumin has various pharmacological properties, however, has extremely low solubility in aqueous solutions, which makes the use as therapeutic agent harder. The present study aims to develop polymeric PLGA nanoparticles containing natural curcumin in order to improve their solubility and stability, and also verify its efficacy in photodynamic inactivation of microorganisms. The PLGA-CURC nanoparticles was synthesized by nanoprecipitation, resulting in three different systems, with an average size of 172 nm and 70% encapsulation efficiency for PLGA-CURC1, 215 nm and 80% for PLGA-CURC2, and 242 nm and 80 % for PLGA-CURC3. Stability tests showed the polymer protected the natural curcumin against premature degradation. Microbiological tests in vitro with the natural curcumin solution, the PLGA-CURC1 and PLGA-CURC2 were efficient in the inactivation of Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus, and fungus Candida albicans. However, the solution presented dark toxicity at high concentrations, unlike the nanoparticles. The PLGA-CURC2 system with a modified surface charge, gave the PLGA-CURC3 system, which effectively inactivated Gram-negative bacterium Escherichia coli. Thus, it was concluded that it was possible to let curcumin water soluble by encapsulation in PLGA nanoparticles, to ensure improved stability in aqueous medium (storage), and to inactivate bacteria and fungus.

A protoporfirina IX (PpIX) ocupa um lugar especial entre a família das porfirinas devido ao seu importante papel na natureza e diversas aplicações, inclusive em terapia fotodinâmica. Sob ação da luz visível, a PpIX transforma-se em fotoprodutos que podem ser citotóxicos ou fotocitotóxicos, e isto pode, de um lado, aumentar a eficiência do tratamento e, por outro lado, apresentar toxicidade no escuro, prejudicando o paciente. Como as características da sua fototransformação dependem do ambiente onde elas se encontram, tornam-se importantes os estudos dos efeitos do ambiente nas características da sua fototransformação. As propriedades espectroscópicas da PpIX sintética e endógena, extraída das glândulas harderianas de ratos da espécie Rattus novergicus albinus, e seus fotoprodutos e a atividade citotóxica foram estudadas no escuro e sob ação da luz visível em uma cultura de células malignas, em comparação com Photogem® e a porfirina TPPS4. A localização das protoporfirinas e seus fotoprodutos dentro da estrutura celular também foram observadas. Foi notado que existe uma diferença entre os espectros de absorção e fluorescência das PpIX endógena e sintética e também de seus fotoprodutos, e do grau de sua fototransformação. Associou-se estes efeitos à diferença do ambiente onde as porfirinas se encontravam, devido a interação da PpIX endógena e de seu fotoproduto com compostos celulares que poderiam estar presentes depois da purificação da PpIX obtida da glândula. A fotocitotoxicidade das PpIX sintética e endógena foram comparáveis. Os fotoprodutos, tanto da PpIX sintética quanto endógena não apresentaram fotocitotoxicidade ou mostraram fotocitotoxicidade menor do que a das porfirinas, resultado contrário ao encontrado na literatura. Em relação ao padrão Photogem®, as protoporfirinas apresentaram uma fotocitotoxicidade comparável a ele, mas uma citotoxicidade no escuro maior. A TPPS4 demonstrou tanto uma fototoxicidade, como uma citotoxicidade no escuro menor que o Photogem®. Da análise da distribuição intracelular das porfirinas PpIX e seus fotoprodutos com a de marcadores padrões de estruturas celulares, pode ser concluído que eles não penetraram no núcleo da célula, e sua distribuição nas demais partes do citoplasma foi difusa, sem nenhuma localização preferencial. / The protoporphyrin IX (PpIX) occupies a special place among the porphyrins family due their important role in nature and several applications, including Photodynamic Therapy. Under the action of visible light, PpIX becomes photoproducts that can be cytotoxic or photocytotoxic and these effects can, on one hand, increase the treatment efficiency and, on the other hand, be toxic in the dark, harming the patient. Since the characteristics of its phototransformation depend on the environment where they are finding, studies of the effects of environment on the characteristics of its phototransformation are important. The spectroscopic properties and cytotoxic activity were studied in the dark and under visible light action of synthetic and endogenous PpIX, extracted from mice harderian gland of the Rattus novergicus albinus species and its photoproducts, in a culture of malignant cells, compared with Photogem® and TPPS4 porphyrin. The cellular localization of protoporphyrin and its photoproducts inside cellular structure also were observed. It was observed that there is a difference between the fluorescence and absorption spectra of synthetic and endogenous PpIX and between its photoproducts and also the degree of its phototransformation. These effects can be linked to the difference of the environment where the porphyrins were, due the interaction of endogenous PpIX and its photoproducts with cellular components that could be present after purification of PpIX obtained from the gland. The photocytotoxic of synthetic and endogenous PpIX were comparable. The photoproducts of both synthetic and endogenous PpIX showed no photocytotoxic or were smaller than of porphyrins, a contrary result to that it was found in the literature. In relation to pattern composite Photogem®, the protoporphyrin showed a photocytotoxic comparable to it, but protoporphyrin a higher cytotoxicity in the dark. The TPPS4 demonstrated both a lower phototoxicity as a cytotoxicity in the dark than Photogem®. From analysis of intracellular distribution of the porphyrin PpIX and its photoproducts with markers patterns of cellular structures, may be concluded that they did not penetrate into the cell nucleus and its distribution in other parts of the cytoplasm was diffuse, without preferential location.

O melanoma representa 4% dos tipos de neoplasias cutâneas e causa 79% de morte por doenças de pele no mundo. Um dos grandes problemas relacionados ao tratamento de melanoma advém da sua resistência às terapias convencionais e, assim, a terapia fotodinâmica surgiu como uma alternativa terapêutica promissora, devido ao seu papel no tratamento de diversos tipos de câncer, além de outras doenças de pele. Ela é baseada no acúmulo seletivo de uma molécula fotoativa no tecido alvo, seguida da iluminação por uma fonte de luz, cujo comprimento de onda é específico para a excitação dessa molécula, ocasionando no dano celular. Neste estudo, foram realizados experimentos in vitro investigando a resposta fotodinâmica em melanoma humano, através de um modelo de tumor tridimensional por levitação magnética. Inicialmente, um protocolo de obtenção dos tumores de melanoma foi desenvolvido para avaliação da terapia em diferentes doses de luz e concentrações de fotossensibilizador. Em seguida, ensaios de cinética e quantificação intracelular com dois fotossensibilizadores, Photogem® e Photodithazine®, também foram feitos com o intuito de averiguar a sua distribuição, bem como tempo de internalização nos tumores. Tendo estabelecido que a incubação por 16 horas com Photodithazine® foi o parâmetro experimental mais adequado, a terapia fotodinâmica foi realizada, em sessão única, com irradiação em 660 nm em tumores de duas diferentes espessuras. Logo, testes de citotoxicidade foram utilizados para comparar os resultados de ambas as condições, onde se notou que o aumento na espessura atenuou o dano oxidativo decorrente da terapia. Além disso, foi observado que o acréscimo na dose de luz não acarretou em mudanças muito significativas na morte celular. No entanto, o maior dano celular, de aproximadamente 90% de morte, foi obtido com 100 μg/mL de Photodithazine® e iluminação com 60 J/cm², resultando na desagregação dos tumores, efeitos promissores da terapia no melanoma. Uma possível alternativa sugerida para aprimorar a eficiência fotodinâmica, seria a aplicação de mais sessões de terapia fotodinâmica, uma vez que os experimentos realizados nesse trabalho foram com uma sessão e, esse procedimento, poderia ocasionar em maior morte celular. / Melanoma accounts for 4% of skin cancers and causes 79% of death from skin diseases worldwide. A major problem associated with melanoma treatment is due to its increasingly resistance to conventional therapies. Thus, photodynamic therapy has emerged as a promising alternative modality to several types of cancer and other skin disorders. It generally involves the selective accumulation of a photoactive molecule in target tissue, followed by illumination with light source of an appropriate wavelength, to excite this molecule, resulting in cell damage. This study sought to investigate the photodynamic response in human melanoma, through a three dimensional tumor model by magnetic levitation. Initially, a protocol to obtain melanoma tumors was developed, to evaluate the therapy at different doses of light and photosensitizer concentrations. Posteriorly, kinetic assays and intracellular quantification with two photosensitizers, Photogem® and Photodithazine®, were also carried out in order to ascertain its distribution, as well as time internalization in tumors. Having established that incubation for 16 hours with Photodithazine® was the most suitable experimental parameter, photodynamic therapy was performed in a single session, with irradiation of 660 nm in two tumors, different in thicknesses. Therefore, cytotoxicity tests were used to compare the results of both conditions, where it was noted that the increased tumor depth may attenuate oxidative damage, induced by the therapy. Furthermore, it was observed that the increase in light dose did not result in significant changes in cell death. Nevertheless, the greater cell damage, approximately 90% kill was obtained with 100 ug/mL Photodithazine® and illumination with 60 J / cm², causing tumor breakdown, which is a promising effect in melanoma therapy. An alternative suggested to enhance the photodynamic efficiency, would be to apply more sessions of photodynamic therapy, so this procedure could result in increased cell death.

A terapia fotodinâmica é uma técnica que vem sendo aprimorada para o tratamento de cânceres e infecções e seu efeito terapêutico consiste na geração de espécies reativas de oxigênio que causam danos irreversíveis às células, levando-as a morte. Ela é considerada menos invasiva que outros tratamentos, podendo ser repetida diversas vezes e utilizada em conjunto com outros tratamentos sem o comprometimento do paciente. Um dos focos da terapia fotodinâmica é o tratamento de cânceres de pele melanoma devido a localização superficial das lesões e a elevada taxa de letalidade que a doença ocasiona, esta alta taxa esta relacionada a formação de tumores secundários em outras regiões do corpo que dificulta a cura. Neste trabalho buscou-se entender a interação do fotossensibilizador de segunda geração, Photodithazine, com as células de melanoma murino de linhagem B16F10. Foram analisadas a captação celular e a co-localização intracelular deste fotossensibilizador através da marcação de componentes celulares em microscopia confocal. Ensaios de viabilidade celular foram realizados para obtenção das concentrações menos citotóxicas sem e com luz, utilizando o teste de MTT. Foi realizada a caracterização do tempo de vida médio fluorescência do fotossensibilzador durante a terapia fotodinâmica em microscópio FLIM (fluorescence lifetime imaging microscopy). Os resultados indicaram que um maior tempo de incubação no escuro causa maior citotoxicidade para as concentrações acima de 0,1 mg/mL de Photodithazine. Os ensaios de terapia fotodinâmica apresentaram redução de mais de 90% de viabilidade celular para baixas concentrações de Photodithazine®, utilizando fluências acima de 2J/cm2. O tempo de vida médio de fluorescência do Photodithazine livre em solução apresentou tempo de 3,75 ns e quando ligado às células de 4,63 ns, durante a terapia fotodinâmica o tempo de vida médio de fluorescência apresentou alteração de aproximadamente 0,2 ns. Através do cálculo de coeficientes de correlação, foi observado a alta co-localização em mitocôndrias. / Photodynamic therapy is a technique manly applied in the treatment of cancers and infections. The principal compound of this therapy is the reactive oxygen species generated that react and damage various cellular components, causing cell death. Photodynamic therapy is considered minimally invasive and can be repeated several times without compromising the patient. One of the main focuses of photodynamic therapy is threatment of melanoma skin cancer due to it is superficial location of the lesions and also because the disease has a high rate of mortality, caused by the formation of secondary tumors elsewhere in the body that makes it difficult to cure. In this study, murine melanoma cells were studied in monolayer model using Photodithazine, a photosensitizer of second generation. Cellular uptake and intracellular co-localization of the photosensitizer was observed by labeling cellular components that were analyzed by confocal microscopy. Cell viability assays were performed to obtain the cytotoxic concentrations in the dark, using the MTT test. Using the less cytotoxic concentrations, photodynamic therapy trials was performed to obtain the cytotoxic fluences. Finally, the average lifetime fluorescence of photosensitizer was measured to characterize the photodynamic therapy in FLIM (fluorescence lifetime imaging microscopy). The results indicated that longer dark incubation cause greater cytotoxicity at the concentrations above 0.1 mg/mL of Photodithazine. Thereby the results of photodynamic therapy experiments observed the decreasing from over 90% cell viability at low concentrations of Photodithazine using fluences above 2 J/cm2. The average fluorescence lifetime of the free Photodithazine solution was 3.75 ns and cell-bound 4.63 ns, during the photodynamic therapy the average lifetime fluorescence changed approximately 0.2 ns. By calculating correlation coefficients, the high colocalization was observed in mitochondria.

A incidência de câncer tem aumentado nas últimas décadas, o que coloca essa doença como um problema de saúde pública mundial. Para melhorar o prognóstico do paciente, é necessário o desenvolvimento e/ou aprimoramento de técnicas que aumentem a efetividade e diminuam os efeitos adversos do tratamento. Entre as técnicas para tratamento local de lesões neoplásicas, destacam-se a terapia fotodinâmica (TFD) e a radioterapia (RT). A TFD consiste na interação entre fotossensibilizador, luz e oxigênio molecular; que combinados causam morte celular. A RT, por sua vez, é uma técnica já consagrada clinicamente que utiliza radiação ionizante para o tratamento de tumores malignos. O efeito da combinação entre as técnicas não está claramente estabelecido, e poderia aumentar o dano causado ao tecido enquanto diminui os efeitos colaterais provenientes da RT. Neste contexto, o objetivo deste estudo é analisar os efeitos da TFD associada à RT quando comparados aos efeitos individuais de cada terapia, avaliando se existe um método preferencial de combinação das técnicas. A primeira etapa do estudo foi realizada na Universidade de São Paulo e tratou a pele sadia de ratos Wistar com diferentes protocolos que combinavam as técnicas em diversos protocolos. Análises clínicas, imunohistoquímica e histológica, além da coleta de espectros de fluorescência, foram realizadas com o intuito de observar a possível sinergia dos efeitos das terapias combinadas. Os resultados mostraram uma maior necrose tecidual para a combinação TFD+24h+RT. A combinação RT+24h+TFD não apresentou um dano tão expressivo quanto o grupo TFD+24h+RT, devido a ineficiência de produção de PpIX em tecido previamente irradiado, comprovado pelo espectro de fluorescência. Na segunda etapa, realizada no Dartmouth College, os grupos que apresentaram maior dano foram escolhidos para avaliação do dano vascular por análises de refletância, da qual foram extraídas informações sobre a saturação de oxigênio, concentrações de meta-hemoglobina e bilirrubina, fração de volume sanguíneo e raio do vaso, tanto em tecido sadio de ratos Wistar quanto em tumores cutâneos em camundongos Nude. O recrescimento dos tumores também foi avaliado. A análise óptica se mostrou um método efetivo para monitorar o dano causado pela TFD na pele normal, mas ineficiente para monitorar o dano na combinação dos grupos, uma vez que a RT não apresenta dano vascular importante. Para os tumores, as análises ópticas não foram eficazes para monitorar o dano das terapias A curva de crescimento do tumor mostrou que o grupo TFD+24h+RT foi a melhor combinação para TFD e RT. Estudar a combinação do uso de raios-X com o efeito fotodinâmico é muito importante para o entendimento de fatores associados ao tratamento de tumores malignos. Os resultados obtidos devem contribuir na escolha da melhor combinação entre os tratamentos, potencializando o resultado do tratamento de lesões, diminuindo o tempo de tratamento e os efeitos colaterais. / The cancer incidence has shown a great increase recently, making this disease a worldwide public health problem. Improving a patient\'s prognosis requires development and/or improvement of techniques that increase efficacy and reduce side effects of the treatment. Among the techniques for non-systemic treatment of cancer, photodynamic therapy (PDT) and radiotherapy stand out. PDT consists in an interaction between photosensitizer, light and molecular oxygen to induce cell death, whereas radiotherapy is a well-established technique which uses ionizing radiation for tumor treatment. The effect of the technique combination is not clear and is expected to increase the damage in the tissue while decreasing the side effects from RT. In this context, the aim of this study is to analyze the effects of PDT associated with RT compared to individual effects of each therapy, assessing whether there is a preferred method of combination of both. The first stage of the study was conducted at the University of Sao Paulo and treated healthy skin of Wistar rats with different protocols that combined the techniques in various protocols. Clinical, immunohistochemistry and histological evaluations, as well as collecting fluorescence spectra were conducted in order to observe the possible synergistic effects of combined therapies. The results showed greater tissue necrosis for combining PDT+24h+RT. The combination RT+24h+PDT did not show as significant damage as the PDT+24h+RT group, due to PpIX production inefficiency in previously irradiated tissue, evidenced by fluorescence spectrum. In a second stage, performed at Dartmouth College, vascular damage was evaluated for the groups that showed enhanced damage through reflectance analysis, which provided information about oxygen saturation, met-hemoglobin and bilirubin concentrations, blood volume fraction and vessel radius, both in healthy tissue of Wistar rats and skin tumors in Nude mice. The regrowth of tumors was also evaluated. The optical analysis proved to be an effective method to monitor the damage caused by PDT in normal skin. This is not, however, an efficient method for monitoring the damage on the combination of groups, since the RT does not present any significant vascular damage. For tumors, the optical analysis did not show an effective method to monitor the damage of therapies. Tumor regrowth curves showed that the PDT+24h+RT group was the best combination for PDT and RT. The study of combination using X-rays and the photodynamic effect is very important to understand factors associated with the treatment of malignant tumors. The results should help in choosing the best combination of treatments and may be used to enhance the result of a lesion treatment, reducing treatment time and side effects.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A periodontite agressiva é um processo inflamatório de origem bacteriana mediado pelo sistema imunológico do hospedeiro e é provavelmente a forma mais grave de doença periodontal, apresentando destruição das estruturas tanto de proteção quanto de suporte dentário, num período relativamente rápido, normalmente levando a perda prematura dos elementos dentários e, em alguns casos, terapia antimicrobiana adjunta é necessária em adição à terapia mecânica. O objetivo do presente ensaio clínico randomizado controlado foi avaliar o efeito clínico da terapia fotodinâmica como adjunto ao tratamento periodontal não cirúrgico no tratamento da periodontite agressiva Os seguintes parâmetros clínicos foram avaliados: índice de placa visível, sangramento à sondagem, profundidade de bolsa à sondagem, nível de inserção clínica relativo, envolvimento de furca e mobilidade. Foram selecionados dez pacientes com periodontite agressiva, os quais foram examinados no dia zero e após três meses.O desenho do estudo consistiu em um modelo de boca dividida, onde um hemiarco foi tratado com raspagem e alisamento radicular e terapia fotodinâmica (laser diodo) e o outro apenas com raspagem e alisamento radicular. Três meses após o término do tratamento, os grupos terapêuticos apresentaram resultados semelhantes para todos os parâmetros clínicos avaliados: ambas as terapias tiveram sucesso, como redução de profundidade de bolsa, ganho de nível de inserção clínica relativo, redução de índice de placa visível, redução de sangramento à sondagem, diminuição de envolvimento de furca e diminuição de mobilidade, porém sem diferenças estatisticamente significantes entre elas. Dentro das limitações do presente estudo, os resultados sugerem que a terapia fotodinâmica adjuntamente ao tratamento periodontal não cirúrgico mecânico foi tão eficaz quanto o tratamento periodontal não cirúrgico mecânico sozinho. / Aggressive periodontitis is an inflammatory process of bacterial origin mediated by host immune response and is probably the most serious form of periodontal disease, with destruction of the structures of protection and support, with fast course, often leading to premature loss of the teeth and, in some cases, adjunct antimicrobial therapy is need in addition to mechanical therapy. The aim of this randomized controlled trial was to investigate the clinical effect of photodynamic therapy as an adjunct to nonsurgical periodontal treatment in patients with aggressive periodontitis. The following clinical parameters were evaluated: visible plaque index, bleeding on probing, probing pocket depth, relative attachment level, furcation involvement and mobility. We selected ten patients with aggressive periodontitis, which were examined in the baseline to three months. The study design consisted of a split mouth model, where a quadrant was treated with scaling and root planing and photodynamic therapy (diode laser) and the other only with scaling and root planing. Three months after the end of the treatment, the treatment groups showed similar results for all clinical parameters evaluated: both therapies have been successful and showed reduction of pocket depth, gain of relative attachment level, reduction of visible plaque index, reduction of bleeding on probing, decreased furcation involvement and decreased mobility, but without statistically significant differences between them. Within the limitations of the present study the results suggest that photodynamic therapy adjunct to non-surgical periodontal mechanic treatment was as effective as the non-surgical periodontal mechanic treatment alone.

Orientador: Anderson Orzari Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2012

Orientador: Anderson Orzari Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2012

Orientador: Nasser Ali Daghastanli / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, 2012

Orientador: Anderson Orzari Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2013