Orientador: Yoshitaka Gushikem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LucasSamuelSoaresdos_M.pdf: 849824 bytes, checksum: c851854489d52e302069aa7b55903044 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: No presente trabalho realizou-se a síntese do óxido misto SiO2/SnO2 através do processo sol-gel e sobre esse óxido misto realizou-se a síntese in-situ de ftalocianina de manganês (II). Esse material foi caracterizado por técnicas físicas e químicas e seu potencial como sensor foi estudado utilizando técnicas eletroquímicas. Através da técnica de fluorescência de raios-X, determinou-se a concentração de 15% em massa de SnO2 no óxido misto. O valor de área superficial foi de As(BET) = 299 m.g, com uma predominância de microporos em sua estrutura. Imagens obtidas por MEV e mapeamentos obtidos por EDS, mostraram uma boa dispersão dos elementos no óxido misto e no material SiO2/SnO2/MnPc. Através de medidas de reflectância difusa e IV-TF, foi possível observar a presença da ftalocianina de manganês (II) no material SiO2/SnO2/MnPc. Para a caracterização eletroquímica do material foram utilizados dois tipos de eletrodo: o eletrodo de pasta de carbono e o eletrodo de disco rígido. Ambos os eletrodos apresentaram uma relação linear entre a corrente de pico catódico e a concentração de O2, mostrando que podem ser aplicados como sensores. O eletrodo de disco rígido apresentou melhor desempenho, com maior resistência mecânica, melhor reprodutibilidade e tempo de vida útil mais longo. O mecanismo de eletrocatálise ocorrido envolveu 4 elétrons na reação, como é preferível, já que forma água como produto da reação: O2 + 4 e + 4 H 2 H2O / Abstract: In this work the preparation of the mixed oxide SiO2/SnO2 by sol-gel processing method and the in-situ synthesis of manganese (II) phthalocyanine in the pores of the matrix are described. By means of X-ray fluorescence technique, the concentration of SnO2 in mixed oxide was determined as being 15 wt%. The specific surface area As(BET) = 299 m.g with micropores predominance in the structure were found. Images obtained by SEM and mappings by EDS showed a homogeneous dispersion of the components in the SiO2/SnO2/MnPc material. MnPc in the pores of the matrix was characterized by the solid state UV-Vis diffuse reflectance and by FT-IR techniques. The usefulness of the material as an electrochemical sensor for dissolved oxygen in water was studied. Electrochemical studies were carried out by using two types of electrodes: (a) carbon paste modified and (b) hard pressed graphite disk. Both electrodes showed a linear relationship between catodic peak current and the concentration of O2, indicating that they can be applied as an electrochemical sensors of dissolved oxygen in water. The hard pressed disk electrode showed a better performance towards oxygen determination since it presents a greater mechanical resistance associated with better reproducibility and longer useful lifetime. The electrocatalytic oxidation involved four electrons, a preferable mechanism in the present case since only water as the reaction product is produced: O2 + 4 e + 4 H 2 H2O / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

O processo de cicatrização cutânea pode ser favorecido pela aplicação de laser de baixa potência, sendo a matriz de colágeno e elastina um substituto dérmico no tratamento de feridas descrita como um sistema adequado na engenharia tecidual em sistemas tridimensionais da pele. Com este intuito, foi elaborado um estudo utilizando o sistema nanoemulsão contendo cloro alumínio ftalocianina (ClAlPc) como o agente fotossensibilizante em biópsias de explants de pele de pacientes saudáveis irradiadas por luz proveniente de laser de baixa potência, visando estabelecer a melhor dose de luz para a bioestimulação de colágeno tipo I e elastina neste tecido. O sistema de liberação de fármacos foi sintetizado utilizando protocolos já conhecidos, cujas propriedades fotoquímicas e fotofísicas foram confirmadas por espectrofotometria de absorção e fluorescência, além de estudos de estabilidade medindo-se o tamanho das partículas, potencial Zeta e índice de polidispersão. Uma vez caracterizado este sistema e conhecendo-se a sua faixa de absorção, elaborou-se um protocolo para avaliar a ação do fármaco nos principais componentes da matriz extracelular, como colágeno e elastina, e a sua ação combinada com luz laser de baixa potência em três doses conhecidas distintas: 70, 140 e 700 mJ/cm2. Foi avaliada também a ação somente da irradiação sobre as biópsias, nas mesmas doses, podendo-se assim observar os seus efeitos. As estruturas morfológicas da pele foram estudadas por histologia, e posteriormente foram comparadas quantitativamente as porções de colágeno e elastina da pele tratada e irradiada com as amostras do controle, as quais não receberam nenhum tipo de tratamento. Tanto a análise para colágeno tipo I quanto a análise para elastina apontaram um aumento de quase 20% em relação às amostras não tratadas, utilizando a dose intermediária de 140 mJ/cm2 nas amostras tratadas com o fármaco de ftalocianina, durante um período de 14 dias após a irradiação. Este efeito foi bastante significativo, ao ser comparado com a ação somente da irradiação, que apresentou desempenho inferior. Outra técnica explorada neste trabalho e utilizada na detecção da expressão das enzimas MMP-2 e MMP-9, participantes do processo cicatricial, foi a zimografia de gelatina, utilizando o meio de cultivo de cada amostra. As bandas relacionadas à degradação da gelatina para cada amostra no zimograma foram quantificadas e os níveis de expressão de MMP-2 e MMP-9 comparados. Os resultados obtidos confirmaram a análise histológica, apontando um maior nível de expressão dessas enzimas nos grupos tratados com o fármaco fotossensibilizante e luz na dose intermediária (140 mJ/cm2) sendo esta combinação a mais promissora para um estudo mais aprofundado. / Wound healing process can be favored by Low Level Laser Therapy, with the collagen and elastin matrix a dermic substitute described as an appropriate system in tissue engineering and in tridimensional skin systems. With this purpose, a study was elaborated using the system nanoemulsion of aluminium-chloride phthalocyanine (ClAlPc) as photosensitizer in skin biopsies obtained after plastic surgery and irradiated by a low level laser, to establish the most appropriate dose of light for biostimulation of type I collagen and elastin fibers. The drug delivering system was synthesized using a well-known protocol and its photophysical and photochemical properties were confirmed by absorption and fluorescence spectrophotometry, besides stability studies measuring particle size, zeta potential and polidispersion index. Once characterized this system and known its absorption range in the UV-Vis region of light spectrum, a protocol was elaborated for evaluating the effect of the photosensitizer direct into extracellular matrix components, collagen and elastin, and the combined effect with low level laser therapy using three different doses: 70, 140 and 700 mJ/cm2. Also, only the effect of irradiation was evaluated using the same doses. Morphological structures of the skin were analyzed by histology, and portions of collagen and elastin of skin biopsies after the photosensitizer and light treatment were quantified and compared to the non-treated samples. The analysis for type I collagen and elastin pointed an increase of more than 20% compared to the non-treated samples, for the samples treated with the combination phosensitizer/light140 mJ/cm2 after 14 days of treatment. This effect was significant when compared to the effect of the irradiation only. Another technique was used in this work to detect the expression of MMP-2 and MMP-9, participant enzymes in various processes including tumoral progression and wound healing. Samples of biopsies culture medium were collected and analyzed by gelatin zymography, the bands related to gelatin degradation were quantified and MMP-2 and MMP-9 expression levels compared. The obtained results confirmed histological analysis, pointing a higher expression level of these enzymes for the group treated with the photosensitizer and the intermediate dose of light (140 mJ/cm2), leading to a promising combination of treatment for future studies.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Glaucia.pdf: 1393635 bytes, checksum: 40e7ff250aace7801b064ee5e93567a3 (MD5) Previous issue date: 2013-07-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A glassy carbono electrode (GC) modified with nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) and chitosan (CT) film was used to determine paraquat (PQ) in aqueous solutions with cyclic (CV), differential pulse (DPV) and square wave (SWV) voltammetry techniques. The cyclic voltammetry experiments in phosphate buffer solutions (pH 7) containing PQ showed an reversible peak near - 0,70 V vs Ag/AgCl on the GC/QT-NiTsPc electrode, shifted to about 100 mV to less positive value and with much higher reduction currents as compared to the data recorded on the GC/CT electrode. The CT-NiTsPc film was characterized by infrared spectroscopy. The best experimental conditions to modify the GC electrode with the CT-NiTsPc films and to determine PQ with the CV, DPV and SWV techniques were established. The analytical curves obtained with the SWV technique presented the best detection and quantification limits and it was successfully used to determine PQ in natural water with 101,33 % recovery and in agreement with the results obtained with high-performance liquid chromatography. / Um eletrodo de carbono vítreo (CV) modificado com ftalocianina tetrassulfonada de níquel (NiTsPc) e/ou quitosana (QT) foi utilizado para a determinação do paraquat (PQ) em soluções aquosas com as técnicas de voltametria cíclica (VC), de pulso diferencial (VPD) e de onda quadrada. Os experimentos com VC em soluções tampão fosfato (pH 7) contendo PQ apresentou um pico reversível em potenciais próximos a - 0,70 V vs Ag/AgCl. Além disso, para o processo de redução do PQ, um deslocamento de cerca de 100 mV no início do potencial foi observado correntes muito maiores com o eletrodo CV/QT-NiTsPc em comparação com os resultados registrados com o eletrodo CV/QT. O filme foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho (IR), o que tornou possível analisar as interações entre os compostos do filme. Após estabelecer as melhores condições para modificação do eletrodo de CV (concentrações de QT e NiTsPc) e também as condições do eletrólito (pH e a natureza da solução tampão), os parâmetros das técnicas de VC, VPD e VOQ foram estudados e otimizados. As curvas analíticas obtidas para as técnicas estudadas apresentaram boa linearidade e alta sensibilidade. A técnica de VOQ foi escolhida por apresentar melhores valores de LD e LQ. O método proposto foi aplicado com sucesso em amostras de águas naturais, obtendo-se recuperação de 101,33 % concordante com os resultados obtidos através dos experimentos cromatográficos para quantificação de PQ.

O aparecimento de uma grande variedade de microrganismos patogênicos resistentes aos antimicrobianos tem resultado no aumento do índice de doenças e mortalidade provocadas por infecções que eram facilmente tratadas no passado. Muitas vezes essa resistência está relacionada à formação de biofilme pelos microrganismos, que produzem substâncias poliméricas extracelulares (EPS) dificultando a penetração de agentes antimicrobianos. A Terapia Fotodinâmica antimicrobiana (aPDT, do inglês antimicrobial photodynamic therapy) é uma alternativa promissora para combater infecções microbianas, principalmente aquelas em que apresentam biofilmes. Basicamente esse mecanismo envolve a combinação sinérgica de um fotossensibilizador (FS), oxigênio molecular e luz visível de comprimento de onda adequado para produzir espécies reativas de oxigênio (EROs) que causam oxidação dos componentes da célula levando-a à morte. Devido à natureza multifacetada e não-específica das EROs produzidos na aPDT, os microrganismos têm menos chance de desenvolver mecanismos de resistência. Apesar destas vantagens, a aPDT tem enfrentando o problema da hidrofobicidade que FSs como hipericina (Hy) e ftalocianina de zinco (FcZn) apresentam. Esta hidrofobicidade promove a agregação do FS em meio biológico, reduzindo a sua atividade fotodinâmica. Diante disso, este estudo teve o objetivo avaliar a ação fotodinâmica da Hy, FcZn e seus derivados hidrossolúveis (hipericina-glucamina - HyG, ftalocianina de zinco tetracarboxilada - FcZnTc e ftalocianina de zinco tetracarboxi-N-metilglucamina - FcZnTcG), para inativar as bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli, tanto em cultura planctônica como em biofilme. Como a aPDT apresenta também a vantagem de seletividade, foi proposto que as condições para fotoinativação destas bactérias provocassem o mínimo de dano às células hospedeiras. Estudos físico-químicos dos novos FSs mostraram menor agregação dos FSs derivados em meio aquoso que seus compostos de origem, bem como um ligeiro aumento no coeficiente de atividade fotodinâmica. Além disso, a hidrofilicidade dos FSs aumentou a acumulação intracelular dos mesmos nas bactérias de estudo S. aureus e E. coli, tanto na forma de células planctônicas quanto em biofilme. Os ensaios de acumulação intracelular dos FSs determinaram os parâmetros de fotoinativação seletiva dos microrganismos, tanto em células planctônicas como em biofilme. Todos os FSs, com exceção de FcZn, foram capazes de promover a seletividade de S. aureus e E. coli na forma planctônica. Entretanto, devido a maior complexidade morfológica de E. coli, os parâmetros de fotoinativação utilizados para inibir esta bactéria foram cerca de duas vezes maiores que para inativar a mesma concentração celular de S. aureus. Dentre todos os FSs, a FcZnTcG apresentou as melhores condições de seletividade tanto para E. coli quanto para S. aureus, uma vez que inibiu aproximadamente 100% destes microrganismos e no máximo 15% de células epiteliais (Vero). A obtenção das condições de seletividade para os biofilmes bacterianos foi mais difícil, pois a acumulação dos FSs por S. aureus e E. coli foi menor, tornando-se assim necessário aumentar os parâmetros de fotoinativação, ou seja, concentração do FS, tempo de incubação e dose de luz, que consequentemente inibiram mais as células epiteliais. Apesar disso, HyG e FcZnTcG foram capazes de promover a seletividade do biofilme de S. aureus em todas as etapas de formação. Entretanto, a seletividade do biofilme de E. coli foi alcançada apenas nas etapas de adesão reversível e irreversível e somente por FcZnTcG. Isso pode ser justificado pela maior concentração de EPS sintetizado por E. coli que por S. aureus, dificultando a acumulação dos FSs nas últimas etapas do biofilme de E. coli (biofilme maduro e dispersão). Portanto, os resultados desse estudo permitem sugerir que a hidrofilicidade é uma característica importante para os FSs fotoinativarem seletivamente os microrganismos S. aureus e E. coli, mesmo na forma de biofilme. Além disso, foi observado que a ação de aPDT no EPS do biofilme bacteriano desempenha um papel fundamental para inibição tanto de S. aureus quanto de E. coli. / The appearance of a large variety of antimicrobial-resistant pathogenic microorganisms has led to increased rates of disease and mortality caused by infections that were easily treated in the past. It has become clear that the biofilm-grown cells increase the bacteria resistance to antibiotics. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) is a promising alternative way to fight microbial infections, especially the biofilm ones. This technique, basically, involves the synergistic combination of a photosensitizer, molecular oxygen and visible light of an appropriate wavelength to produce highly reactive oxygen species that lead to the oxidation of several cell components and to cell inactivation. The main advantage of the technique is that, given the existence of multiple targets, there is no development of resistance. The hidrophobicity of photosensitizers (PSs) like hypericin (Hy) and zinc phthalocyanine (ZnPc), reduces their photodynamic activity once they form aggregates in biological media. For this reason, was evaluated the effectivenes of Hy, ZnPc and its water-soluble derivatives (glucamine-hypericin-HyG, zinc tetracarboxylated phthalocyanine-ZnTcPc and zinc tetracarboxy-N-metylglucamine phthalocyanine-ZnTcGPc) to photoinactivate S. aureus and E. coli with minimal damage to a model of host cells. Physicochemical studies showed that hidrophilic PSs suffer less aggregation in aqueous media, as well as present a slight increase in photodynamic activity compared to Hy and ZnPC. Furthermore, the hydrophilicity of PSs increased the PS intracellular accumulation in bacteria, either in planktonic culture or biofilms. The accumulation study allowed to determine the parameters of selective photoinactivation of microorganisms. Due the morphologic complexity of E. coli the photodynamic parameters (incubation time, PS concentration and light dose) were twice that used against S. aureus. As a consequence, some more epithelial cells were affected by the process. Despite that, only the ZnPc could not promote the selective inactivation for planktonic cells. By the other hand, HyG and FcZnTcG were able to seletively photoinactivate the biofilm of S. aureus in all its formation stages. However, the selective inactivation of E. coli biofilm was achieved only in the reversible and irreversible adhesion and just for FcZnTcG. This fact can be explained by the higher concentration of exopolysaccharide (1,9 \'mü\'g/mL) synthesized by E. coli compared with S. aureus, making difficult the accumulation of the PSs in the last stages of the E. coli biofilm formation (mature biofilm and dispersion). So, we can suggest that hidrophilicity is an important characteristic for the PSs, improving the selective photoinactivation of S. aureus and E. coli, even as biofilm. Moreover, the effectiveness of aPDT agains EPS plays a key role for inhibition of bacterial biofilms.

Este trabalho de tese de doutorado baseia-se em um desenvolvimento científico amplamente multidisciplinar combinando-se protocolos, técnicas e ensaios experimentais da área de tecnologia farmacêutica, nanotecnologia, engenharia tecidual e fotobiologia. O trabalho foi realizado em duas etapas subsequentes. Primeiramente realizaram-se os estudos de desenvolvimento e caracterização de um sistema de veiculação de fármacos, o qual foi amplamente avaliado a partir de testes físico-químicos e ensaios de citotoxidade in vitro em cultura de fibroblastos humanos. Na sequencia realizaram-se estudos fotobiológicos combinando-se a aplicação de luz laser de baixa potência e fármaco fotossensível nanoestruturado com modelos teciduais, para avaliação da resposta biológica ao fotoestímulo. Para se mimetizar ao máximo as condições in vivo, construiu-se com sucesso um modelo tridimensional in vitro de pele humana, o qual se apresentou como uma ferramenta ideal para se avaliar a resposta fotobiológica após a indução de processos fotodinâmicos. Avaliou-se também o emprego dos equivalentes dermais como sistemas alternativos em testes de permeação e retenção cutânea in vitro. Os resultados obtidos foram promissores, auxiliando na compreensão dos mecanismos de interação dos processos fotodinâmicos com a matriz extracelular em combinação com a engenharia tecidual, mimetizando assim as condições in vivo da pele humana. Foi possível estabelecer também as bases para novos protocolos disponíveis para testes dermatológicos envolvendo produtos do segmento farmacêutico, cosmecêutico e áreas correlatas. / This work of doctorate thesis bases on a scientific development thoroughly multidiscipline combining protocols, techniques and experimental assays of the pharmaceutical technology, nanotechnology, tissue engineering and photobiology. The work was accomplished in three subsequent stages. Firstly were carried out studies and characterization of a drug delivery system with nanotechnology, which was evaluated thoroughly starting from physical-chemical tests and assays of cytotoxicity in human fibroblast culture. In the sequence were carried photobiological studies combining the application of low-intensity laser and nanosized photosensitizers with tissue models, for evaluation of the biological photostimulation. In mimetic conditions it was developed an in vitro three-dimensional human skin model, as tool to evaluate the photobiological response after the induction of the photodynamic processes and also as alternative for in vitro assays of drug permeation/retention. Results were promising, aiding in the understanding of interaction of extracellular matrix with photodynamic processes. Therefore, the work was based in combination of techniques with application in dermatology, pharmaceutical process, cosmetics and correlate areas.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) contra o melanoma cutâneo tem encontrado várias limitações devido à interferência de cromóforos endógenos (melanina) na irradiação deste tipo de cancêr de pele. Agentes fotossensibilizantes que absorverem em comprimentos de onda superiores a 650 nm evitam a competição com a melanina (absorção máxima 530 nm). Neste cenário, surge a ftalocianina de cloroalumínio com forte absorção entre 670-680 nm. Entretanto, esta molécula é lipofílica, o que impede sua aplicação na terapêutica. Para superar este problema, esforços têm sido direcionados para o desenvolvimento de sistemas de veiculação de fármacos hidrofóbicos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver, caracterizar e avaliar o efeito fotodinâmico de ClAlPc encapsulada em nanocápsulas e nanopartículas de organogel. As nanocápsulas contendo ClAlPc foram obtidas pelo método de nanoprecipitação por meio de um planejamento fatorial 23 e as nanopartículas de organogel contendo ClAlPc foram preparadas pela dispersão a quente do organogel em solução aquosa. Ambas as formulações coloidais foram caracterizadas com relação ao diâmetro médio, índice de polidispersão (IPd), potencial zeta, eficiência de encapsulação (E.E.) e estabilidade física. Os ensaios in vitro de toxicidade e fotocitotoxicidade de ClAlPc nanoencapsulada e/ou livre foram realizados sobre as linhagens melanocíticas WM1552C, WM278, WM1617 e B16-F10. O método de nanoprecipitação foi capaz de produzir nanocápsulas em tamanho nanométrico (233,0 nm ±2,00), com uma distribuição de tamanho homogênea e monodispersa (0,309 ±0,0038), bem como potencial zeta significantemente negativo de 29,6 mV (±3,91). A formulação de nanocápsulas apresentou uma boa E.E. de 63,7% para a ClAlPc. O conteúdo de ClAlPc presente nas formulações de nanocápsulas foi determinado pelos métodos analíticos espectrofotométrico e espectrofluorimétrico validados, os quais foram capazes de quantificar a ClAlPc com precisão e exatidão. O estudo de estabilidade física das formulações de nanocápsulas revelou o caráter estável desta formulação por um período de até 12 meses. As nanopartículas de organogel contendo ClAlPc apresentaram diâmetro médio de 282,7 nm (±2,99), IPd de 0,343 (±0,0280) e potencial de superfície de + 49,3 mV (±1,84). A formulação de nanopartículas de organogel apresentou uma E.E.de ClAlPc de 60%. O estudo de estabilidade física também revelou um comportamento estável das nanopartículas de organogel por um período de 6 meses. Os estudos de toxicidade na ausência de luz demonstraram o caráter biocompatível das nanocápsulas desenvolvidas e foi possível comprovar o excelente efeito fototóxico da ClAlPc nanoencapsulada sobre todas as linhagens melanocíticas com combinação de 0,30 µg.mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e doses de luz de 150 ou 500 mJ.cm-2, nestas condições a fração de morte celular foi superior a 90%. Portanto, estes resultados confirmam o potencial de nanocarreadores contendo ClAlPc como sistema de veiculação de compostos hidrofóbicos aplicados à TFD. / Photodynamic Therapy (PDT) against melanoma has found several limitations due to interference from endogenous chromophores (melanin) in the irradiation of this skin cancer. Photosensitizer agents which absorb at wavelengths above 650 nm may avoid melanin competition. In this context, the chloroaluminum phthalocyanine is a promissor photosensitizer with strong absorption between 670-680 nm. However, this molecule is lipophilic difficulting its application in therapy. In order to overcome such problem, efforts have focused on development of drug delivery systems containing hydrophobic photosensitizers. Therefore, the aim of this study was to develop, characterize, and evaluate the photodynamic effect of ClAlPc encapsulated into nanocapsules and organogel nanoparticles. The nanocapsules containing ClAlPc were obtained by nanoprecipitation method using a factorial design 23, and organogel nanoparticles containing ClAlPc were prepared hot dispersion of organogel in aqueous solution. Both colloidal formulations were characterized with respect to average diameter, polydispersity index (PdI), zeta potential, encapsulation efficiency (EE), and physical stability. The in vitro tests for toxicity and photocytotoxicity of nanoencapsulated and free ClAlPc were performed on melanocytic cell lines (WM1552C, WM278, WM1617, and B16-F10). The nanoprecipitation method was able to produce nanocapsules with nanometer-size (233.0 nm ± 2.00), PdI of 0.309 (± 0.0038) indicating homogeneous and monodisperse formulations, as well as significantly negative zeta potential of 29.6 mV (± 3.91). The formulation of nanocapsules showed a good EE of 63.7% for ClAlPc. The ClAlPc content present in nanocapsules was determined by validated analytical spectrophotometric and spectrofluorimetric methods, which were reliably able to determine ClAlPc in nanocapsules. The study of physical stability for nanocapsules showed the stable character of this formulation for a period of 12 months. The nanoparticles of organogel containing ClAlPc had an average diameter of 282.7 nm (± 2.99), IPD of 0.343 (± 0.0280), and surface potential of + 49.3 mV (± 1.84). The formulation of organogel nanoparticles showed a ClAlPc EE of 60%. The physical stability study also revealed a behavior stable organogel nanoparticles for a period of 6 months. Toxicity studies in darkness conditions have been confirmed biocompatibility of nanocapsules. Besides that, the excellent photodynamic effect of ClAlPc nanoencapsulated was reached on all melanocytic cell lines using an arrangement of 0.30 g.mL-1 of ClAlPc encapsulated, and light doses of 150 or 500 mJ.cm-2, under these conditions the cell death fraction was more than 90%. Therefore, these results confirm the potential of nanocarriers containing ClAlPc as delivery system for hydrophobic photosensitizers applied to PDT.

Estudos com tratamento hipertérmico de tumores utilizando nanopartículas metálicas têm sido realizados durante as últimas décadas e mostram resultados bons quanto à remissão de tumores, por vezes chegando à cura completa. O mesmo acontece em relação aos tratamentos baseados em ação fotodinâmica de fotossensibilizadores. Tratamentos aliando a terapia hipertérmica com nanopartículas de ouro e a terapia fotodinâmica com diversos fotossensibilizadores tem efeito sinérgico e apresenta excelente potencial terapêutico, em que pese serem necessários mais estudos para que uma nova terapia conjunta possa ser implementada. A proposta deste trabalho foi investigar esse efeito sinérgico utilizando nanobastões de ouro complexados com fotossensibilizadores. Após a síntese dos nanobastões pelo método de seeding, a eficácia do tratamento fotodinâmico e da terapia hipertérmica, separadamente, foi investigada. A metodologia do recobrimento dos nanobastões por fotossensibilizador, em um primeiro momento, não logrou êxito com a porfirina, porém com a ftalocianina tetracarboxilada se mostrou mais eficaz. A taxa de fotodegradação da ftalocianina em solução foi investigada como parâmetro para a eficiência em geração de oxigênio singlete. Após centrifugação e lavagem das nanopartículas, no entanto, evidenciou-se por espectrofotometria que o fotossensibilizador não permaneceu aderido aos nanobastões. Em um segundo momento, optamos por recobrir os nanobastões por porfirinas tetrassulfonadas, com ou sem grupamentos metil-glucamina. Após o processo de recobrimento, essas ftalocianinas formaram complexos iônicos com o CTAB que recobre os nanobastões. Os complexos nanobastões-ftalocianinas foram analisados por microscopia eletrônica de transmissão e as taxas de geração de oxigênio singlete e de radical hidroxil foram investigadas. Além disso, foram utilizadas para testes in vivo e in vitro com células de melanoma melanótico (B16F10) ou amelanótico (B16G4F). As células tumorais em cultura ou os tumores em camundongos C57BL6 foram irradiados com luz em 635 nm e os tumores foram observados por 15 dias após o tratamento. Houve evidente aumento na geração de oxigênio singlete por ambos fotossensibilizadores, e maior geração de radicais livres por parte do fotossensibilizador metilglucaminado. O oposto ocorre com o fotossensibilizador sem metilglucamina. Houve, também, moderada citotoxicidade no escuro quando células foram incubadas com nanopartículas recobertas por ftalocianinas ou não. Quando ativados pela luz, os complexos ftalocianinas-nanobastões desencadearam um aumento de 5ºC no meio de cultura das células, e a morte celular observada foi extensa (91% para a linhagem B16G4F e 95% para a linhagem B16F10). Tanto os resultados in vitro quanto os in vivo indicam que as propriedades das ftalocianinas testadas são melhoradas significativamente quando elas estão complexadas aos nanobastões. Este é um estudo pioneiro por utilizar duas porfirinas tetrassulfonadas específicas e por utilizar o mesmo comprimento de onda para a ativação dos fotossensibilizadores e nanobastões. / Studies with hyperthermic tumor ablation using metallic nanoparticles have been performed on the last decades, and show promising results on tumor remission, sometimes achieving the complete cancer elimination. The same occurs regarding on treatments based on photodynamic activity of photosensitizer compounds. Studies indicate that those therapeutic interventions - hyperthermic therapy using gold nanorods and photodynamic activity with many photosensitizers - together can present a synergistic effect, and offer a great therapeutic potential, although more investigation needs to be performed before such approach could be implemented. We proposed to investigate the effect of the attachment of photosensitizers onto the surface of gold nanorods (well-characterized devices for hyperthermia generation). After nanorods synthesis through a seed-mediated method, the PDT and hyperthermia\'s efficacy was assessed separately. The method used for covering the gold nanorods with photosensitizers did not permit, in a first approach, the attachment of porphyrins onto the nanoparticles surface, but the attachment of tetrasulfonated phthalocyanines was more successful. The phthalocyanine\'s degradation rate was assessed as an indirect parameter of singlet oxygen generation. After centrifuging and washing the nanoparticles, we saw that the photosensitizers do not keep attached to the nanorods. On a second approach, we chose to recover the nanorods with two zinc phthalocyanines - with or without methyl-glucamine groups. After the recovering process, the phthalocyanines formed ionic complexes with the CTAB that is previously recovering the nanoparticles. The nanorod-phthalocyanines complexes were analyzed by TEM, and their singlet oxygen and hydroxyl radical generation yield were assessed. Furthermore, they were tested in vitro in melanoticB16F10 and amelanotic B16G4F melanoma cells, and in vivo. The tumor cells (in vitro) and the tumor tissue (in vivo) with nanoparticles were irradiated with laser (at 635 nm), and the tumor growth in mice was observed for 15 days after the laser irradiation. It is evident the increase in the singlet oxygen generation, and higher HPF activation for the glucaminated Pc, but the inverse for the other photosensitizer. It seems like there is a type I to type II switch on the action mechanism of the latter Pc. A mild cytoxocity was observed with the nanorods conjugated with photosensitizer in the dark, but when they are activated by light (and taken into account a 5ºC rise in the temperature because of the surface plasmon resonance from the gold nanorods), the cell killing is intense (91% for B16G4F cell line, and 95% for B16F10 cell line). Both in vitro and in vivo results indicate that the photodynamic properties of the phthalocyanines tested are enhanced when they are attached onto the nanorods surface. This is a novel study because we used two tetrasulfonated phthalocyanines and because we used the same wavelength to activate both the nanorods and the photosensitizers.

Orientador: Raimundo Souza Lopes / Resumo: A Leishmaniose Visceral é uma doença infecciosa, de caráter zoonótico, emergente e de notificação obrigatória. No Brasil tem como agente o protozoário Leishmania infantum chagasi, e o principal reservatório é o cão (Canis familiaris). A transfusão sanguínea é muito utilizada na rotina da clínica, entretanto está associada a transmissão de doenças infecciosas. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do tratamento com a luz visível associada a ftalocianina de cloro-alumínio na inativação da Leishmania infantum chagasi em sangue canino, quando inoculados em hamsters (Mesocricetus auratus). Foram preparados 3 grupos experimentais compostos por 6 hamsters cada. O grupo controle recebeu sangue negativo para Leishmania, o grupo doença foi inoculado com sangue parasitado com Leishmania infantum chagasi e o grupo tratamento recebeu sangue parasitado tratado com luz visível associada a ftalocianina de cloro-alumínio. Os animais foram monitorados por 180 dias e então submetidos a avaliação clínica. Em seguida os animais foram anestesiados para a coleta de sangue por meio de punção intracardíaca e procedendo-se assim a eutanásia. O sangue foi colocado em microtubos e o soro separado por centrifugação e acondicionado a -30ºC, até a realização do teste de aglutinação direta. Após procedeu-se a coleta do fígado e baço para a realização da histopatologia. Outra parte destes órgãos e a medula óssea foram acondicionados em tubos livres de DNAse e RNAse, congelados a -30ºC até a realizaç... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Visceral Leishmaniasis is an emerging zoonotic infectious disease that requires mandatory reporting. In Brazil, it is caused by the protozoan Leishmania infantum chagasi, with dogs as main reservoir (Canis familiaris). Blood transfusion is frequently used in clinical routine, however it is associated with the transmission of infectious diseases. The aim of this study was to evaluate the effects of treatment with visible light associated with chloro-aluminium phthalocyanine on the inactivation of Leishmania infantum chagasi in canine blood, when inoculated in hamsters (Mesocricetus auratus). Three experimental groups consisted of six hamsters each. The control group received blood negative for L. infantum chagasi, the diseased group was inoculated with blood infected with L. infantum chagasi, and the treatment group received infected blood previously subjected to therapy with visible light associated with chloroaluminium phthalocyanine. The animals were observed for 180 days and then subjected to clinical evaluation. Then the animals were anesthetized for blood collection through intracardiac puncture and were euthanized. The blood was placed into microtubes and the serum was separated by centrifugation and stored at -30 ° C until the direct agglutination test was performed. After, liver and spleen collection was performed to histopathological examination. Another part of these organs and bone marrow were placed in tubes DNase and RNase free, and frozen at -30°C until the PCR ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Impulsada por los problemas medioambientales, socioeconómicos y energéticos derivados del rápido crecimiento tecnológico, la búsqueda de alternativas energéticas eficientes y sostenibles se encuentra en el punto de mira de numerosos investigadores en las últimas décadas. El despliegue de dispositivos electroquímicos en el mercado energético actual resulta alentador hacia una economía de producción y almacenamiento de energía limpia y circular. No obstante, su implementación aún requiere de procesos de optimización en términos económicos y de rendimiento en cuanto a los electrocatalizadores empleados, normalmente basados en metales preciosos. En este sentido, la presente Tesis Doctoral se ha centrado en la necesidad de encontrar nuevas estrategias de preparación de electrocatalizadores competitivos en el campo de la electrocatálisis. En particular, se ha realizado un estudio fundamental basado en métodos electroquímicos para la modificación de la química superficial de materiales carbonosos nanoestructurados, basado en un enfoque experimental y complementado con estudios computacionales. En primer lugar, se llevó a cabo un estudio preliminar sobre el crecimiento polimérico de especies derivadas de la polianilina (PANI) sustituida con grupos fosfónicos, tanto por métodos químicos convencionales de oxidación, como por métodos electroquímicos potenciodinámicos sobre un electrodo policristalino de platino. Se han estudiado monómeros de ANI sustituidos con grupos fosfónicos en posiciones orto- y para- con respecto al grupo amino, nombrados aquí como 2APPA y 4APPA, respectivamente. La copolimerización con ANI fue necesaria en ambos casos para lograr estructuras poliméricas estables, donde la posición del grupo fosfónico en el monómero, así como las condiciones de preparación, constituyen factores determinantes en las propiedades del material resultante. En este senitdo, el 2APPA da lugar a estructuras poliméricas más lineales, similares a la PANI, y con un mayor grado de fosfonación que aquellas a partir del 4APPA. Una vez adquiridos estos conocimientos, se aplicaron las técnicas electroquímicas para la incorporación controlada de especies funcionales de N y P, a partir del 2APPA y 4APPA, sobre la superficie de nanotubos de carbono con diferente estructura. En concreto, se han estudiado nanotubos de carbono de pared simple y doble, así como de tipo Herringbone (SW/DWCNTs y hCNTs, por sus siglas en inglés, respectivamente). Estos estudios revelaron la gran influencia de la naturaleza del electrodo en la interacción con el monómero y el crecimiento electroquímico de especies poliméricas. Los SW/DWCNTs favorecen la correcta adsorción de los monómeros mediante interacciones π–π y su crecimiento polimérico mediante reacciones radicalarias, mientras que los hCNTs promueven interacciones más estables con los monómeros y un alto grado de funcionalización, aunque el desarrollo polimérico se ve desfavorecido. Estos resultados también se pueden extrapolar a otras arquitecturas carbonosas, como aquellas preparados empleando zeolita como plantilla (ZTC, por sus siglas en inglés). Por otro lado, se ha indagado sobre el efecto de diferentes estructuras carbonosas, así como su modificación superficial, en su aplicación como soporte de catalizadores moleculares para reacciones electroquímicas de interés en el sector energético, como la reacción de reducción de oxígeno (ORR, por sus siglas en inglés) o la reacción de reducción de dióxido de carbono (CO2RR, por sus siglas en inglés). Con ello, se busca el desarrollo de materiales multifuncionales para su aplicación en sistemas de conversión de energía, como las pilas de combustible, y la transformación de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono, en productos de valor añadido. Se han estudiado diferentes estructuras carbonosas nanoestructuradas que incluyen, además de los SW/DWCNTs y hCNTs, el CNovel, el Vulcan y el diamante dopado con boro en polvo (BDDP, por sus siglas en inglés). Asimismo, los SW/DWCNTs también se han analizado en configuración de "buckypaper" (BP). La incorporación electroquímica de funcionalidades de N y P sobre SW/DWCNTs y hCNTs se ha escalado a partir de los estudios previos donde se establecen las condiciones óptimas de modificación superficial. Finalmente, se concluye que la naturaleza de las ftalocianinas metálicas, como catalizadores moleculares, así como la modulación de su entorno electrónico e interacción con el soporte carbonoso, la estrategia de preparación del electrocatalizador o el ajuste de las condiciones de operación, son parámetros clave que deben optimizarse y seleccionarse adecuadamente para obtener las prestaciones requeridas según las necesidades industriales, en términos de rendimiento electrocatalítico, estabilidad y selectividad hacia el producto deseado.

Processos fotodinâmicos aplicados a sistemas biológicos têm sido utilizados in vitro e in vivo como uma modalidade terapêutica seletiva e não invasiva em diversas áreas da saúde, incluindo a Medicina Regenerativa. Neste trabalho, propomos o seu estudo na reparação e regeneração tecidual, pela utilização de um fármaco fotossensibilizante associado a um sistema de veiculação e sua ação fotobiológica, monitorada pela atividade celular (sistemas 2D e 3D). Para superar limitações do modelo celular convencional em monocamada, tais como baixa interação célula-célula e célula-matriz extracelular, propomos o uso de modelos tridimensionais de pele (denominados equivalentes dérmicos). Desta forma, algumas condições existentes in vivo podem ser mimetizadas in vitro, conduzindo à observação de um comportamento mais próximo à situação real. Os equivalentes dérmicos foram preparados através do cultivo celular em uma matriz de colágeno tipo I, que foi extraído de tendões da cauda de ratos Wistar. Foram escolhidas duas linhagens celulares para a padronização dos modelos tridimensionais: fibroblastos NIH/3T3 (ATCC® CRL-1658TM) e células-tronco humanas HBMS (Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells, ATCC® PCS-500-012TM). Os ED produzidos foram monitorados por um período de 14 dias para o estudo do perfil de cinética de contração e também observamos a formação da matriz tridimensional de colágeno através da microscopia óptica. O perfil de contração observado é mais acentuado nos primeiros dias e tende a se estabilizar no final do período analisado. Fatores como concentração celular e de colágeno interferem nesta cinética. Estudos de histologia, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal também foram realizados para melhor caracterizar o modelo. Em uma segunda etapa deste trabalho, estudos de fotobiomodulação foram conduzidos nestes modelos celulares, associando-se o uso de fotoprocessos com luz visível de baixa intensidade (doses 70, 140 e 300 mJ/cm2) e o fármaco fotossensibilizante ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc), veiculado em um sistema de liberação nanoestruturado clássico do tipo nanoemulsão. A expressão de metaloproteinases de matriz (MMPs), enzimas associadas a eventos biológicos de remodelação da matriz extracelular, foi avaliada através da técnica de zimografia. / Photodynamic Process applied to biological systems has been used in vitro and in vivo as selective and noninvasive modality in several areas including Regenerative Medicine. In this research project, we propose to study wound healing and tissue regeneration, induced by the use of a photosensitizer drug into 2D and 3D cellular models. In order to perform experiments with high level of biological complexity, we propose to use three-dimensional tissue models (called dermal equivalents). The aim is to mimic in vitro, the conditions existing in in vivo, such as cell-cell contact and cell-extracellular matrix interactions, which cannot be observed in monolayer cultures. The dermal equivalents were obtained combing fibroblasts cells NIH /3T3 (ATCC® CRL-1658TM) or Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells (ATCC® PCS-500-012TM) with collagen matrix. Collagen type I was obtained from tail tendons of Wistar rats. The three-dimensional model was monitored over 14 days and to study the kinetic contraction, the diameter of each disc was measured. Also, the collagen matrix was evaluated by bright field microscopy. The classical profile observed is more pronounced in the early days and tends to stabilize at the end of the period. This kinetic can be modified by the concentration of cells and collagen. Histological analyses, scanning electron microscopy (SEM) and confocal microscopy were also important to describe this model. Second, photobiology tests were performed, combining low-intensity laser (70, 140 e 300 mJ/cm2) and a classical Chloro Aluminum Phthalocyanine photosensitizer drug encapsulated into polymeric nanoemulsion. Matrix metalloproteinases (MMPs) expression in the cell culture was evaluated by zymography. These are endopeptidases associated with wound healing and remodeling processes.