Orientadores: Paulo Pinto Joazeiro, Eliana Aparecida de Rezende Duek / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:20:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucchesi_Carolina_D.pdf: 5696358 bytes, checksum: 89bc8546c0a1d6b5a11d7260168dd236 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os polímeros biorreabsorvíveis, tais como, PHB, PCL e PLGA, têm sido estudados como dispositivo para engenharia de tecidos por serem biocompatíveis, suportarem o crescimento e diferenciação celular e os produtos de sua degradação serem atóxicos. No entanto, a escolha do biomaterial depende das necessidades exigidas para uma determinada aplicação. Os suportes para engenharia de tecidos devem se basear na construção de réplicas biológicas in vitro, como que o biomaterial se tornasse parte integrada para transplante in vivo para a recuperação de perdas ou mau funcionamento de tecidos ou órgãos, devendo subseqüentemente, atuar sem agredir o restante do organismo, isto é, sem o risco de rejeição ou complicação. Muitas estratégias têm sido desenvolvidas com o intuito de substituir tecidos ou órgãos danificados, incluindo a aplicação de suportes tridimensionais (3D), os quais devem possuir características estruturais e mecânicas para guiar a proliferação e espalhamento de células in vitro e in vivo. Os suportes, feitos de materiais sintéticos ou naturais, servem como substitutos para a matriz extracelular (MEC) nativa. Ênfase especial é dada as técnicas com controle computadorizado, como a fabricação sólida com forma livre (SFF), conhecida como prototipagem rápida (RP), a qual permite preparar suportes 3D com geometrias complexas, tanto externamente como internamente, além de ser uma técnica rápida e de baixo custo. Além disso, grande parte dos polímeros possuem superfície hidrofóbica, característica inadequada para a maior parte dos diferentes tipos celulares, o que dificulta aplicação na engenharia de tecidos. Uma alternativa a este problema é o tratamento da superfície por plasma. Este tratamento induz modificação restrita ao topo da superfície, conferindo carater hidrofílico à superfície, dependendo do gás utilizado. Neste estudo, arcabouços de polímeros biorreabsorvíveis PCL, PLGA e PHB foram preparados por diferentes técnicas, casting e sinterização seletiva a laser, avaliando-se o comportamento de células osteoblásticas diferenciadas sobre os biomateriais poliméricos tridimensionais. Inicialmente o trabalho foi desenvolvido com os polímeros PCL e PLGA preparando-se blendas poliméricas, as quais demonstraram melhorar as características gerais dos polímeros, quando utilizados como dispositivos para tecido ósseo, como as propriedades mecânicas. Com o intuito de aprimorar o design tridimensional do material, optou-se pela realização da técnica de sinterização seletiva a laser. No entanto, a técnica exige uma grande quantidade de material e devido ao alto do custo do PCL e PLGA, este foi substituído pelo polímero PHB, o qual é produzido pela indústria nacional Biocycle possuindo um baixo custo e ainda ser biocompatível. Os dados são apresentados em capítulos independentes. Arcabouços porosos de PCL, PLGA e suas blendas foram preparados pela técnica de evaporação do solvente, onde sais de citrato de sódio com granulometria de 180-250 µm, foram adicionados a solução para a promoção dos poros, sendo posteriormente lavados do arcabouço. Células osteoblásticas provenientes de calota craniana de ratos Wistar foram semeadas sobre os arcabouços, sendo avaliado o comportamento de citoxicidade do material e o comportamento de adesão e morfologia celular através de ensaios bioquímicos e MEV. Os arcabouços de PHB foram obtidos por uma das técnicas de RP, a sinterização seletiva a laser (SSL), sendo sua superfície modificada por plasma pelos gases oxigênio e nitrogênio. Células osteoblásticas provenientes de calota craniana de coelhos foram semeadas sobre os arcabouços realizando-se o estudo in vitro, através de análises bioquímicas pela técnica do MTT, para viabilidade e adesão celular, quantificação de colágeno por Sírius Red e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para o estudo in vivo, após o cultivo celular sobre os arcabouços, defeitos ósseos foram provocados em coelhos e os arcabouços contendo as células foram então implantados, avaliando-se a interação PHB/osteoblasto/tecido, através da análise histológica. Todos os arcabouços estudados, PCL, PLGA e suas blendas, assim como o PHB, não apresentaram índices de citotoxicidade, permitiram às células a capacidade de adesão, proliferação e síntese de matriz, mantendo seu fenótipo osteoblástico. As amostras de PHB tratadas por plasma de Nitrogênio mostrou melhorar a capacidade de adesão celular. Os arcabouços de PHB contendo células mostraram-se os mais adequados para o preenchimento de defeitos ósseos, melhorando o processo de regeneração apresentando uma boa osteointegração. A sinterização seletiva a laser apresentou-se uma excelente técnica para a obtenção de PHB 3D para a Engenharia de Tecidos. / Abstract: The bioresorbable polymers as, PHB, PCL and PLGA have been studied as device for Tissue Engineering for their biocompatibility and to support the cell growth and differentiation and their degradation products are nontoxics. However, the choice of the biomaterial depends on the needs demanded for a certain application. The scaffolds for tissue engineering have to be designed to mimetize the biological conditions in vitro to became part integrated for transplant for the recovery of tissue or organs lost or without function, and subsequently, to work in a cordial way with the remaining of the organism without the rejection risk or complication. A lot of strategies have been developed with to substitute damaged tissues or organs, and it has been used the application of three-dimensional supports (3D), which should possess structural and mechanical applications to guide the cells proliferation and spread in vitro and in vivo. The scaffolds, made from synthetic or natural materials, serve as substitutes for the extracellular matrix (ECM) native. Special emphasis is given the techniques with computerized control, as the free solid form (SFF), known as rapid prototyping (RP), which allows to prepare three-dimensional supports with complex geometries, so much externally as internally, besides to be a fast technique with low cost. Besides, great part of the polymers possess hydrophobic surface, inadequate characteristic for most of the different cell types, which is not desirable for tissue engineering applications. An alternative to this problem is the surface treatment by plasma. Plasma treatment induces restricted modification to the top of the surface, improving the surface hydrophilicity, depending on the gas used. In this study, scaffolds of bioresorbable polymer PCL, PLGA e PHB were prepared by different techniques, casting and selective laser sintering, being evaluated the osteoblast cells behavior on the 3D polymer scaffolds. Previously we developed the studies preparing the polymeric blends with PCL and PLGA, which demonstrated improve the general characteristic of the material, as the mechanical properties, as devices for bone tissue. With the intention to improve the design of the scaffolds, we chose for the selective laser sintering technique. However, the technique demands a great amount of material and due to the high cost of PCL and PLGA, those weres substituted by PHB polymer, which is produced by Brazilian industry Biocycle with low cost and still to be biocompatible. For those reasons the data are presented in independent chapters. PCL, PLGA porous scaffolds and their blends were prepared those scaffolds by casting solvent, and sodium citrate with 180-250 µm were added to the solution for porous formation when the salt was washed later of the scaffolds. Osteoblast cells from rat Wistar calvaria were seemed on the scaffolds, being evaluated the behavior of cell adhesion and viability behavior, cell morphology through biochemical assays, and scanning electron microscopy. Three-dimensional PHB scaffolds were obtained by selective sintering laser (SSL), with the surface modified by nitrogen and oxygen plasma. Osteoblast cells obtained from rabbit calvaria were seemed on the scaffolds to the in vitro studies, through biochemical analyses by MTT test for cell viability and cell adhesion, collagen quantification of by Sirius Red colorimetric assay and scanning electron microscopy (SEM). For the in vivo studies, bone defects were provoked in rabbits and they were filling out with 3D PHB with osteoblast cells culture prior implant. We evaluated the PHB/osteoblast/tissue, interaction through the histological analysis. All the scaffolds studied PCL, PLGA and their blends, as well as the PHB did not showed cytotoxicity effects, allowed cells adhere, proliferated, and matrix synthesized, maintaining their osteoblastic phenotype. The PHB samples treated by nitrogen plasma have been showed to improve the cell adhesion. The PHB scaffolds with cell seeded previously demonstrated to be more suitable for filling out bone defects, improving the regeneration process showing a good osteointegration. The selective laser sintering was excellent technique to obtain PHB scaffolds for Tissue Engineering. / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Cette thèse vise à développer des nanoparticules de PLGA pour la vectorisation et à étudier l’interaction de ces nanoparticules avec des bicouches phospholipidiques imitant les membranes cellulaires. Pour la vectorisation passive, les changements physico-chimiques ont été contrôlés en incubant les NPs de PLGA (50:50) dans différentes conditions de pH tamponné à des intervalles de temps accrus. Le PLGA a montré plusieurs comportements de dégradation différant selon le pH. La formation de pores a été observée à pH élevé (conditions basiques) tout en préservant le volume des particules mais en modifiant la densité. Par opposition, à faible pH, une érosion superficielle des particules conduisant à une diminution de leur taille a été démontrée. Cette étude a été réalisée à l'aide de la DLS, l’ESEM et la spectrophotométrie. Pour la vectorisation active, les parois des capsules de PLGA (75:25) ont été modifiées par addition de phospholipides. La libération de la sonde fluorescente hydrophile, la calcéine, a été contrôlée en augmentant la température. On a observé qu'avec le DOPC (0,31 mM), la vectorisation peut être déclenchée à l'aide de détergents ou d'une enzyme (PLA2). Dans le cadre de cette étude, nous avons proposé la formation d'un complexe lipide-polymère ayant lieu à l'intérieur de la matrice, ce qui le rend vulnérable aux enzymes ou détergents induisant sa libération. L'effet des NPs de PLGA sur les bicouches phospholipidiques imitant la membrane cellulaire a été réalisé à l'aide de sondes fluorescentes moléculaires (Prodan et Laurdan). L'étude a été effectuée en calculant la polarisation généralisée (GP) sous l'influence des NPs de PLGA (50:50 et 75:25). L'interaction ayant lieu s’avérait être un phénomène de surface et aucune effet des NPs sur la perméabilité des membranes modèles LUVs et SUVs n’a été souligné. La valeur de Tm des phospholipides est également maintenue lorsque l’étude est menée avec le Laurdan. Les études de GP mené avec la sonde Prodan fournissent la première méthode originale pour déterminer la Tg de PLGA dans des conditions aqueuses. C'est une méthode rapide et facile qui détermine la valeur de Tg de PLGA en temps réel et en utilisant une très petite quantité de l'échantillon. Cette interaction n'est pas affectée par la composition des membranes cellulaires imitant les bicouches. / This thesis aims at developing PLGA nanoparticles for controlled release and investigating its interaction with phospholipid bilayers mimicking cell membranes. For passive controlled release the physiochemical changes were monitored by incubating the PLGA (50:50) NPs in different buffered pH conditions at increased time intervals. PLGA exhibited dissimilar degradation behavior with pore formation for high pH (basic conditions) maintaining the volume of the particles but change in the density, while at low pH it showed surface erosion. There is decrease in the particle size upon incubating in low pH. This study was carried out using DLS, ESEM and spectrophotometry. For active release the walls of PLGA (75:25) capsules were modulated using phospholipids. The release of hydrophilic fluorescent probe Calcein was monitored with increasing the temperature. It was observed that with DOPC (0.31mM) the release can be triggered using detergents or an enzyme (PLA2). We propose the formation of a lipid-polymer complex within the polymer matrix forming plugs which are vulnerable to enzymes/detergents inducing release. The effect of PLGA NPs over the phospholipid bilayers mimicking cell membrane was carried out using molecular fluorescent probes (Prodan and Laurdan). The study was carried out by calculating the generalised polarisation (GP) under the influence of PLGA NPs (50:50 and 75:25). It is found that the interaction is a surface phenomenon and there is no influence of NPs over the permeability of model membranes LUVs and SUVs. The Tm value of the phospholipids is also maintained when studied with Laurdan. Prodan probe GP studies provide first original method to determine the Tg of PLGA in complete aqueous conditions. It is a rapid and easy method which determines the Tg value of PLGA in real time using very small quantity of the sample. This interaction is not affected by the composition of the bilayer mimicking cell membranes.

This work deals with the using and application of separation techniques for analysis of polymers degradation and polycyclic aromatic hydrocarbons. Thereby this work is separated to two special parts. In the first part, the degradation properties of synthetic biopolymers based on lactic acid, gylcolic acid and poly(ethyleneglycol) PLGA-PEG-PLGA and ITA-PLGA-PEG-PLGA-ITA (modified by itaconic acid) were studied. These copolymers (firstly their thermosensitive hydrogels) should be used for therapy of fractures in orthopedy (as adhesives). Therefore, the sol-gel and gel-sol phase diagrams were determinated for selected samples of copolymers. The samples forming gel at 37 C was used for other study. Polymer samples were depredated in phosphate buffer at 37°C. The degradation process of physical hydrogels was described by the decrease of molecular weight and the increase of concentration lactic acid and glycolic acid in phosphate buffer. The obtained results confirmed that the degradation of polymer modified by itaconic acid is faster process than no modified polymer and polymers with lower ratio PLGA/PEG degrade also faster than lower ration PLGA/PEG. The influence of pH it was also tested. The rate of degradation of polymers was follow pH 4,0

Apesar de ser uma das doenças infecciosas mais antigas e bem conhecidas, a tuberculose (TB) permanece como a segunda maior causa de morte após a síndrome da imunodeficiência adquirida. A TB é uma doença infecciosa e transmissível, causada pela bactéria Mycobacterium tuberculosis (Mtb), que afeta prioritariamente os pulmões, embora possa acometer outros órgãos e sistemas. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver nanofibras e nanoesferas de poli (D,L-láctico co-glicólico) (PLGA) contendo os Insumos Farmacêuticos Ativos (IFAs), rifampicina e isoniazida; caracterizá-las físico quimicamente e determinar a eficiência de encapsulação destes IFAs pelos métodos de eletroforese capilar (CE) e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). O método de CE para a determinação simultânea dos IFAs antituberculose (isoniazida, rifampicina, pirazinamida e etambutol) foi otimizado por meio de um delineamento de experimentos de mistura com uma abordagem de vértices extremos usando o Software estatístico Minitab 17. Para o desenvolvimento das nanofibras se utilizou a técnica de electrospinning e para as nanoesferas se utilizou a técnica de emulsão/evaporação de solvente. As nanofibras foram caraterizadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectrofotometria de absorção na região do infravermelho (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria/termogravimetria derivada (TGA) e as nanoesferas foram caracterizadas pelas técnicas de espalhamento dinâmico de luz (DLS), potencial zeta, índice de polidispersão, pH, SEM, TEM, FTIR e DSC. A eficiência de encapsulação dos IFAs nas nanofibras e nas nanoesferas foram realizadas através de duas técnicas analíticas, HPLC e CE, previamente validadas. A eficiência de encapsulação de isoniazida e rifampicina nas nanofibras foi 12,16 % e 5,90 %, respectivamente usando a técnica de HPLC e através da técnica de CE a eficiência de encapsulação foi de 12,30 % e 6,36 %, para isoniazida e rifampicina, respectivamente. A eficiência de encapsulação para a melhor formulação das nanoesferas foi de 2,33 % e 14,75 % para a isoniazida e rifampicina, respectivamente através da técnica de HPLC e uma eficiência de encapsulação de 2,26 % para a isoniazida e 14,22 % para a rifampicina através da técnica de CE. O método por CE teve a vantagem de apresentar um menor tempo de analise, menos de 6 min, com uma adequada resolução entre os picos dos IFAs. O tempo de analise por HPLC foi de 10 min. O método de CE foi menos lesivo ao meio ambiente, devido à pouca quantidade de solventes orgânicos, tornando assim a CE em um método alternativo à HPLC. / Despite being one of the oldest and most well-known infectious diseases, tuberculosis (TB) remains the second leading cause of death after acquired immunodeficiency syndrome. TB is an infectious and transmissible disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb) bacteria, which primarily affects the lungs, although it can affect other organs and systems. The present work aimed to develop nanofibers and nanospheres of poly (D, L-lactic co-glycolic) (PLGA) containing Active Pharmaceutical Ingredients (IPAs), rifampicin and isoniazid; characterize them physical-chemically and determine the encapsulation efficiency of these drugs by capillary electrophoresis (CE) and high-performance liquid chromatography (HPLC) methods. A CE method for determination of IPAs (isoniazid, rifampicin, pyrazinamide and ethambutol) was optimized through a design of mixing experiments with an extreme vertex approach using the Minitab 17 statistical Software. For the development of nanofibers and nanospheres the electrospinning and the emulsion/solvent evaporation techniques, respectively were used. Nanofibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA). Nanospheres were characterized by dynamic light scattering (DLS), zeta potential, polydispersity index, pH, SEM, TEM, FTIR and DSC. The encapsulation efficiency of the IPAs in nanofibres and nanospheres was performed using two analytical techniques, HPLC and EC, previously validated. For nanofibers, the encapsulation efficiency were 12.16 % and 5.90 % for isoniazid and rifampicin, respectivey by using HPLC method and 12,30 % for isoniazid and 6,36 % for rifampicin by CE method. The encapsulation efficiency for the best formulation of nanospheres was 2,33 % and 14,75 % for rifampicin and isoniazid, respectively by using HPLC method and 2,26 % for isoniazid and 14,22 % for rifampicin by EC method. It was shown that CE method presented a shorter analysis time (< 6min) and also and adequate resolution between the IPAs peaks. The time of analysis for the HPLC method was 10 min.CE method was less aggressive to the environment because it uses smaller amount of organic solvents. Therefore the CE is an alternative method to HPLC.

Neste trabalho foi avaliada a possibilidade do emprego de caldo de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) como matéria-prima para obtenção de 2,3-butanodiol por fermentação, utilizando a bactéria Klebsiella pneumoniae NRRL B199. A pesquisa compreendeu o teste de diferentes nutrientes para a composição de um meio de fermentação eficiente com o caldo de cana e experimentos em que a influência da concentração inicial de sacarose (S0) sobre o processo em regime descontínuo foi estudada. Ensaios realizados em frascos agitados, com S0 entre 140 e 150 g/L, mostraram que a fermentação de caldo de cana clarificado não suplementado com nutrientes não é viável. Por outro lado, a adição de 5,0 a 10,0 g/L de fosfato de amônio ao caldo levou a concentrações finais de 2,3-butanodiol de até 64 g/L e rendimentos, em relação ao máximo teórico, da ordem de 81% em cerca de 38 horas. Estes resultados se aproximam daqueles alcançados na fermentação do caldo enriquecido com vários nutrientes, usado como referência, na qual foram produzidos 66,7 g/L de diol com um rendimento de 85,6%. A utilização de concentrações de fosfato de amônio de até 4,0 g/L resultou em fermentações incompletas. A cinética da fermentação foi estudada com o caldo diluído a, aproximadamente, 180 g/L de sacarose e suplementado com 8,0 g/L de fosfato de amônio e, também, com o meio rico, em regime descontínuo em fermentador de bancada. Foram obtidos, nestes ensaios, concentrações de butanodiol de 71,7 e 71,1 g/L, rendimentos de 78,0 e 74,1 %, produtividades de 2,1 e 2,0 g/Lh e tempos de fermentação de 34,5 e 35,7 horas, respectivamente. A principal diferença foi observada na concentração de biomassa que atingiu 9,1 g/L, no meio com fosfato, e 11,8 g/L no meio rico. As máximas velocidades específicas de crescimento (&#181;x, m), 0,61 e 0,45 h-1, observadas com oxigênio dissolvido acima de zero, indicam que o crescimento celular, no meio rico, foi inibido pela alta concentração de nutrientes. Na seqüência das fermentações, com concentrações nulas de oxigênio dissolvido, a produção de diol foi iniciada e as máximas velocidades específicas de formação de produto (&#181;P,m), 0,53 h-1 com fosfato de amônio e 0,45 h-1 com o meio rico, foram atingidas, sugerindo que altas concentrações de nutrientes afetam, também, a formação de produto. Nos dois ensaios foi observada a ocorrência de uma fase estacionária de crescimento que, no caso do meio contendo fosfato de amônio, teve uma duração 12 horas mais longa devido a um insuficiente suprimento de oxigênio ou do esgotamento de algum nutriente. Neste ponto, foi verificada uma queda das velocidades específicas de formação de produto (&#181;P). Com o caldo diluído a cerca de 20 g/L de sacarose e 8,0 g/L de fosfato de amônio, a fermentação transcorreu em um tempo muito longo (23,5 horas) para a baixa concentração de sacarose empregada. Com S0 semelhante e o meio rico, o tempo de processo foi de apenas 6,5 h, o que demonstra que, no primeiro caso, ocorreu uma diluição excessiva dos nutrientes naturalmente presentes no caldo. O estudo do efeito da concentração inicial de sacarose sobre a fermentação, conduzido em fermentador de bancada e com o meio rico em nutrientes, mostrou que este parâmetro influencia fortemente o crescimento celular e a produção de 2,3-butanodiol. O aumento de S0 levou a valores decrescentes dos fatores de conversão de substrato em células, enquanto os rendimentos em diol aumentaram com S0 até 152 g/L. Valores crescentes de S0 provocaram uma inibição do crescimento celular, evidenciada pela diminuição de &#181;x,m de 0,91 a 0,45 h-1, com S0 entre 24 e 181 g/L. Valores aproximadamente constantes de &#181;P,m (0,62 a 0,68 h-1) foram observados com S0 até 152 g/L, enquanto uma queda acentuada foi verificada com S0=181 g/L (&#181;P,m=0,45 h-1). As máximas produtividades (3,2 g/Lh) foram obtidas com valores de S0 de 105 e 152 g/L. Os dados gerados neste trabalho permitem concluir que caldo de cana-de-açúcar é uma matéria-prima adequada para a produção de 2,3-butanodiol por Klebsiella pneumoniae. / The use of sugar cane (Saccharum officinarum) juice, as raw material for the fermentative production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae NRRL B199, was evaluated in this work. The research was focused on testing different nutrients to formulate an efficient fermentation medium with the juice and some experiments to study the effect of the initial sucrose concentration (S0) on the batch process. Shaker flasks experiments with S0 between 140 and 150 g/L have shown that the fermentation of sugar cane juice without added nutrients is not viable. On the other hand, the addition of 5.0 to 10.0 g/L ammonium phosphate to the juice led, after 38 hours, to final 2,3-butanediol concentrations of 64 g/L, with yields of 81% of the theoretical maximum. These results are similar to those found in the fermentation of a reference medium composed of juice enriched with several nutrients in which 66.7 g/L butanediol and a yield of 85.6% were obtained. Ammonium phosphate concentrations up to 4.0 g/L resulted in incomplete fermentations. The fermentation kinetics was studied in a laboratory scale fermentor, with the sugar cane juice diluted to ca. 180 g/L sucrose. Both ammonium phosphate (8.0 g/L) and reference media were tested. In these experiments, after process times close to 35 hours, butanediol concentrations of 71.7 and 71.1 g/L, yields of 78.0 and 74.1 % , and productivities of 2.1 and 2.0 g/Lh, respectively, were obtained. The most important difference was the final biomass concentration that reached 9.1 g/L with the ammonium phosphate medium and 11.8 g/L with the rich medium. The maximum specific growth rates (&#181;x,m=0.61 and 0.45 h-1), measured with dissolved oxygen concentrations above zero, have indicated that cell growth in the rich medium was inhibited by high nutrient concentration. In the sequence, when the oxygen concentration was zero, butanediol production started and maximum specific production rates (&#181;P,m of 0.53 h-1 with the ammonium phosphate medium and 0.45 h-1 with the rich medium were reached. These values suggest that nutrient concentration in the rich medium also affects product formation. ln both runs, a stationary growth phase was noticed. In the experiment with the ammonium phosphate medium, the stationary phase was 12 hours longer due to the insufficient oxygen supply rate or the shortage of some nutrient. At that moment, decreasing specific product formation rates (7#181;P) were observed. With the sugar cane juice diluted to approximately 20 g/L and 8.0 g/L ammonium phosphate, fermentation time was 23.5 hours, too long to such sucrose concentration. With similar S0 and the rich medium, fermentation time was reduced to 6.5 hours. That shows that, in the first case, natural nutrients of the juice were excessively diluted. The study on the effect of the initial sucrose concentration on the process, performed in a laboratory fermentor with the rich medium, has shown that this parameter strongly affects both cell growth and 2,3-butanediol production. Increasing S0 led to decreasing cell yields and, for S0 up to 152 g/L, diol yields increased. Cell growth inhibition was stronger as higher sucrose concentrations were used. This is evidenced by the values of &#181;x,m that decreased from 0.91 to 0.45 h-1 as S0 was augmented from 24 to 181 g/L. Approximately constant &#181;P,m (0.62 to 0.68 h-1) were observed with S0 up to 152 g/L. With S0=181 g/L, &#181;P,m is reduced to 0.45 h-1 . The maximum productivities (3.2 g/Lh) were obtained with S0 between 105 and 152 g/L. From the results of this work, one can conclude that sugar cane juice is a suitable raw material for the production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae.

Apesar de ser uma das doenças infecciosas mais antigas e bem conhecidas, a tuberculose (TB) permanece como a segunda maior causa de morte após a síndrome da imunodeficiência adquirida. A TB é uma doença infecciosa e transmissível, causada pela bactéria Mycobacterium tuberculosis (Mtb), que afeta prioritariamente os pulmões, embora possa acometer outros órgãos e sistemas. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver nanofibras e nanoesferas de poli (D,L-láctico co-glicólico) (PLGA) contendo os Insumos Farmacêuticos Ativos (IFAs), rifampicina e isoniazida; caracterizá-las físico quimicamente e determinar a eficiência de encapsulação destes IFAs pelos métodos de eletroforese capilar (CE) e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). O método de CE para a determinação simultânea dos IFAs antituberculose (isoniazida, rifampicina, pirazinamida e etambutol) foi otimizado por meio de um delineamento de experimentos de mistura com uma abordagem de vértices extremos usando o Software estatístico Minitab 17. Para o desenvolvimento das nanofibras se utilizou a técnica de electrospinning e para as nanoesferas se utilizou a técnica de emulsão/evaporação de solvente. As nanofibras foram caraterizadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectrofotometria de absorção na região do infravermelho (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria/termogravimetria derivada (TGA) e as nanoesferas foram caracterizadas pelas técnicas de espalhamento dinâmico de luz (DLS), potencial zeta, índice de polidispersão, pH, SEM, TEM, FTIR e DSC. A eficiência de encapsulação dos IFAs nas nanofibras e nas nanoesferas foram realizadas através de duas técnicas analíticas, HPLC e CE, previamente validadas. A eficiência de encapsulação de isoniazida e rifampicina nas nanofibras foi 12,16 % e 5,90 %, respectivamente usando a técnica de HPLC e através da técnica de CE a eficiência de encapsulação foi de 12,30 % e 6,36 %, para isoniazida e rifampicina, respectivamente. A eficiência de encapsulação para a melhor formulação das nanoesferas foi de 2,33 % e 14,75 % para a isoniazida e rifampicina, respectivamente através da técnica de HPLC e uma eficiência de encapsulação de 2,26 % para a isoniazida e 14,22 % para a rifampicina através da técnica de CE. O método por CE teve a vantagem de apresentar um menor tempo de analise, menos de 6 min, com uma adequada resolução entre os picos dos IFAs. O tempo de analise por HPLC foi de 10 min. O método de CE foi menos lesivo ao meio ambiente, devido à pouca quantidade de solventes orgânicos, tornando assim a CE em um método alternativo à HPLC. / Despite being one of the oldest and most well-known infectious diseases, tuberculosis (TB) remains the second leading cause of death after acquired immunodeficiency syndrome. TB is an infectious and transmissible disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb) bacteria, which primarily affects the lungs, although it can affect other organs and systems. The present work aimed to develop nanofibers and nanospheres of poly (D, L-lactic co-glycolic) (PLGA) containing Active Pharmaceutical Ingredients (IPAs), rifampicin and isoniazid; characterize them physical-chemically and determine the encapsulation efficiency of these drugs by capillary electrophoresis (CE) and high-performance liquid chromatography (HPLC) methods. A CE method for determination of IPAs (isoniazid, rifampicin, pyrazinamide and ethambutol) was optimized through a design of mixing experiments with an extreme vertex approach using the Minitab 17 statistical Software. For the development of nanofibers and nanospheres the electrospinning and the emulsion/solvent evaporation techniques, respectively were used. Nanofibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA). Nanospheres were characterized by dynamic light scattering (DLS), zeta potential, polydispersity index, pH, SEM, TEM, FTIR and DSC. The encapsulation efficiency of the IPAs in nanofibres and nanospheres was performed using two analytical techniques, HPLC and EC, previously validated. For nanofibers, the encapsulation efficiency were 12.16 % and 5.90 % for isoniazid and rifampicin, respectivey by using HPLC method and 12,30 % for isoniazid and 6,36 % for rifampicin by CE method. The encapsulation efficiency for the best formulation of nanospheres was 2,33 % and 14,75 % for rifampicin and isoniazid, respectively by using HPLC method and 2,26 % for isoniazid and 14,22 % for rifampicin by EC method. It was shown that CE method presented a shorter analysis time (< 6min) and also and adequate resolution between the IPAs peaks. The time of analysis for the HPLC method was 10 min.CE method was less aggressive to the environment because it uses smaller amount of organic solvents. Therefore the CE is an alternative method to HPLC.

Neste trabalho foi avaliada a possibilidade do emprego de caldo de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) como matéria-prima para obtenção de 2,3-butanodiol por fermentação, utilizando a bactéria Klebsiella pneumoniae NRRL B199. A pesquisa compreendeu o teste de diferentes nutrientes para a composição de um meio de fermentação eficiente com o caldo de cana e experimentos em que a influência da concentração inicial de sacarose (S0) sobre o processo em regime descontínuo foi estudada. Ensaios realizados em frascos agitados, com S0 entre 140 e 150 g/L, mostraram que a fermentação de caldo de cana clarificado não suplementado com nutrientes não é viável. Por outro lado, a adição de 5,0 a 10,0 g/L de fosfato de amônio ao caldo levou a concentrações finais de 2,3-butanodiol de até 64 g/L e rendimentos, em relação ao máximo teórico, da ordem de 81% em cerca de 38 horas. Estes resultados se aproximam daqueles alcançados na fermentação do caldo enriquecido com vários nutrientes, usado como referência, na qual foram produzidos 66,7 g/L de diol com um rendimento de 85,6%. A utilização de concentrações de fosfato de amônio de até 4,0 g/L resultou em fermentações incompletas. A cinética da fermentação foi estudada com o caldo diluído a, aproximadamente, 180 g/L de sacarose e suplementado com 8,0 g/L de fosfato de amônio e, também, com o meio rico, em regime descontínuo em fermentador de bancada. Foram obtidos, nestes ensaios, concentrações de butanodiol de 71,7 e 71,1 g/L, rendimentos de 78,0 e 74,1 %, produtividades de 2,1 e 2,0 g/Lh e tempos de fermentação de 34,5 e 35,7 horas, respectivamente. A principal diferença foi observada na concentração de biomassa que atingiu 9,1 g/L, no meio com fosfato, e 11,8 g/L no meio rico. As máximas velocidades específicas de crescimento (&#181;x, m), 0,61 e 0,45 h-1, observadas com oxigênio dissolvido acima de zero, indicam que o crescimento celular, no meio rico, foi inibido pela alta concentração de nutrientes. Na seqüência das fermentações, com concentrações nulas de oxigênio dissolvido, a produção de diol foi iniciada e as máximas velocidades específicas de formação de produto (&#181;P,m), 0,53 h-1 com fosfato de amônio e 0,45 h-1 com o meio rico, foram atingidas, sugerindo que altas concentrações de nutrientes afetam, também, a formação de produto. Nos dois ensaios foi observada a ocorrência de uma fase estacionária de crescimento que, no caso do meio contendo fosfato de amônio, teve uma duração 12 horas mais longa devido a um insuficiente suprimento de oxigênio ou do esgotamento de algum nutriente. Neste ponto, foi verificada uma queda das velocidades específicas de formação de produto (&#181;P). Com o caldo diluído a cerca de 20 g/L de sacarose e 8,0 g/L de fosfato de amônio, a fermentação transcorreu em um tempo muito longo (23,5 horas) para a baixa concentração de sacarose empregada. Com S0 semelhante e o meio rico, o tempo de processo foi de apenas 6,5 h, o que demonstra que, no primeiro caso, ocorreu uma diluição excessiva dos nutrientes naturalmente presentes no caldo. O estudo do efeito da concentração inicial de sacarose sobre a fermentação, conduzido em fermentador de bancada e com o meio rico em nutrientes, mostrou que este parâmetro influencia fortemente o crescimento celular e a produção de 2,3-butanodiol. O aumento de S0 levou a valores decrescentes dos fatores de conversão de substrato em células, enquanto os rendimentos em diol aumentaram com S0 até 152 g/L. Valores crescentes de S0 provocaram uma inibição do crescimento celular, evidenciada pela diminuição de &#181;x,m de 0,91 a 0,45 h-1, com S0 entre 24 e 181 g/L. Valores aproximadamente constantes de &#181;P,m (0,62 a 0,68 h-1) foram observados com S0 até 152 g/L, enquanto uma queda acentuada foi verificada com S0=181 g/L (&#181;P,m=0,45 h-1). As máximas produtividades (3,2 g/Lh) foram obtidas com valores de S0 de 105 e 152 g/L. Os dados gerados neste trabalho permitem concluir que caldo de cana-de-açúcar é uma matéria-prima adequada para a produção de 2,3-butanodiol por Klebsiella pneumoniae. / The use of sugar cane (Saccharum officinarum) juice, as raw material for the fermentative production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae NRRL B199, was evaluated in this work. The research was focused on testing different nutrients to formulate an efficient fermentation medium with the juice and some experiments to study the effect of the initial sucrose concentration (S0) on the batch process. Shaker flasks experiments with S0 between 140 and 150 g/L have shown that the fermentation of sugar cane juice without added nutrients is not viable. On the other hand, the addition of 5.0 to 10.0 g/L ammonium phosphate to the juice led, after 38 hours, to final 2,3-butanediol concentrations of 64 g/L, with yields of 81% of the theoretical maximum. These results are similar to those found in the fermentation of a reference medium composed of juice enriched with several nutrients in which 66.7 g/L butanediol and a yield of 85.6% were obtained. Ammonium phosphate concentrations up to 4.0 g/L resulted in incomplete fermentations. The fermentation kinetics was studied in a laboratory scale fermentor, with the sugar cane juice diluted to ca. 180 g/L sucrose. Both ammonium phosphate (8.0 g/L) and reference media were tested. In these experiments, after process times close to 35 hours, butanediol concentrations of 71.7 and 71.1 g/L, yields of 78.0 and 74.1 % , and productivities of 2.1 and 2.0 g/Lh, respectively, were obtained. The most important difference was the final biomass concentration that reached 9.1 g/L with the ammonium phosphate medium and 11.8 g/L with the rich medium. The maximum specific growth rates (&#181;x,m=0.61 and 0.45 h-1), measured with dissolved oxygen concentrations above zero, have indicated that cell growth in the rich medium was inhibited by high nutrient concentration. In the sequence, when the oxygen concentration was zero, butanediol production started and maximum specific production rates (&#181;P,m of 0.53 h-1 with the ammonium phosphate medium and 0.45 h-1 with the rich medium were reached. These values suggest that nutrient concentration in the rich medium also affects product formation. ln both runs, a stationary growth phase was noticed. In the experiment with the ammonium phosphate medium, the stationary phase was 12 hours longer due to the insufficient oxygen supply rate or the shortage of some nutrient. At that moment, decreasing specific product formation rates (7#181;P) were observed. With the sugar cane juice diluted to approximately 20 g/L and 8.0 g/L ammonium phosphate, fermentation time was 23.5 hours, too long to such sucrose concentration. With similar S0 and the rich medium, fermentation time was reduced to 6.5 hours. That shows that, in the first case, natural nutrients of the juice were excessively diluted. The study on the effect of the initial sucrose concentration on the process, performed in a laboratory fermentor with the rich medium, has shown that this parameter strongly affects both cell growth and 2,3-butanediol production. Increasing S0 led to decreasing cell yields and, for S0 up to 152 g/L, diol yields increased. Cell growth inhibition was stronger as higher sucrose concentrations were used. This is evidenced by the values of &#181;x,m that decreased from 0.91 to 0.45 h-1 as S0 was augmented from 24 to 181 g/L. Approximately constant &#181;P,m (0.62 to 0.68 h-1) were observed with S0 up to 152 g/L. With S0=181 g/L, &#181;P,m is reduced to 0.45 h-1 . The maximum productivities (3.2 g/Lh) were obtained with S0 between 105 and 152 g/L. From the results of this work, one can conclude that sugar cane juice is a suitable raw material for the production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:16:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AliceRO_DISSERT.pdf: 2104659 bytes, checksum: 208850f5293dd4764037ec4c490d3636 (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Methotrexate (MTX) is a drug used in the chemotherapy of some kind of cancers, autoimmune diseases and non inflammatory resistant to corticosteroids uveits. However, the rapid plasmatic elimination limits its therapeutic success, which leads to administration of high doses to maintain the therapeutic levels in the target tissues, occurring potential side effects. The aim of this study was to obtain spray dried biodegradable poly-lactic acid co-glycolic acid (PLGA) microparticles containing MTX. Thus, suitable amounts of MTX and PLGA were dissolved in appropriate solvent system to obtain solutions at different ratios drug/polymer (10, 20, 30 and 50% m/m). The physicochemical characterizing included the quantitative analysis of the drug using a validate UV-VIS spectrophotometry method, scanning electron microscopy (SEM), infrared spectrophotometry (IR), thermal analyses and X-ray diffraction analysis. The in vitro release studies were carried out in a thermostatized phosphate buffer pH 7.4 (0.05 M KH2PO4) medium at 37?C ? 0.2 ?C. The in vitro release date was subjected to different kinetics release models. The MTX-loaded PLGA microparticles showed a spherical shape with smooth surface and high level of entrapped drug. The encapsulation efficiency was greater then 80%. IR spectroscopy showed that there was no chemical bond between the compounds, suggesting just the possible occurrence of hydrogen bound interactions. The thermal analyses and X-ray diffraction analysis shown that MTX is homogeneously dispersed inside polymeric matrix, with a prevalent amorphous state or in a stable molecular dispersion. The in vitro release studies confirmed the sustained release for distinct MTX-loaded PLGA microparticles. The involved drug release mechanism was non Fickian diffusion, which was confirmed by Kornmeyer-Peppas kinetic model. The experimental results demonstrated that the MTX-loaded PLGA microparticles were successfully obtained by spray drying and its potential as prolonged drug release system. / O metotrexato (MTX) ? um f?rmaco utilizado na quimioterapia de alguns tipos de c?ncer, doen?as autoimunes e uve?tes n?o inflamat?rias resistentes aos corticoster?ides. No entanto, sua r?pida elimina??o plasm?tica limita o sucesso terap?utico, levando ? necessidade de altas doses para manuten??o da concentra??o efetiva no tecido alvo, ocasionando o potencial surgimento de rea??es adversas. O objetivo principal desse estudo foi obter um sistema microparticulado biodegrad?vel ? base de ?cido poli (?cido l?tico-co-?cido glic?lico) (PLGA) por spray drying para libera??o prolongada do MTX. Para isso, quantidades distintas de MTX e PLGA foram dissolvidas em sistema solvente adequado para obter solu??es com diferentes propor??es de f?rmaco em rela??o ao pol?mero (10, 20, 30 e 50% m/m). A caracteriza??o f?sicoqu?mica incluiu an?lise quantitativa do f?rmaco incorporado na matriz polim?rica por espectrofotometria UV-VIS em 303nm previamente validada, microscopia eletr?nica de varredura (MEV), espectrofotometria de infravermelho (IV), an?lises t?rmicas e difra??o de raios-X (DRX). O perfil de libera??o in vitro do f?rmaco nas micropart?culas foi realizado em tamp?o fosfato (0.05 M KH2PO4) em banho termostatizado 37 ?C ? 0.2 ?C. Os dados obtidos do estudo de libera??o in vitro foram submetidos a diferentes modelos cin?ticos de libera??o. As micropart?culas de PLGA contendo o MTX apresentaram a forma esf?rica, uniforme, com superf?cie aparentemente lisa. O n?vel de efici?ncia de encapsula??o foi superior a 80%. A espectroscopia na regi?o do infravermelho demonstrou que n?o ocorreu liga??o qu?mica entre os componentes dos sistemas, no entanto foi observado forte intera??o entre o MTX e PLGA indicando prov?vel ocorr?ncia de pontes de hidrog?nio. An?lise XII t?rmica e DRX demonstraram que o MTX est? distribu?do na matriz polim?rica com a preval?ncia do estado amorfo ou em dispers?o molecular. O estudo de libera??o in vitro confirmou o perfil de libera??o prolongada para as diferentes micropart?culas. O mecanismo de libera??o envolvido foi por difus?o n?o Fickiana, ao qual foi determinado a partir do modelo cin?tico de Kornmeyer- Peppas. Os resultados experimentais demonstraram o sucesso na obten??o das micropart?culas de PLGA contendo o MTX por spray drying e seu potencial como sistema de libera??o prolongada do f?rmaco.

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-23T12:28:11Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-23T12:28:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A Organização Mundial da Saúde (OMS) relata o câncer como uma das principais causas de morte no mundo. O câncer de próstata é o segundo tipo de câncer mais prevalente em homens, com cerca de 1,1 milhão de casos diagnosticados em 2012. Braquiterapia com iodo-125 é uma método de radioterapia que consiste na introdução de sementes com material radioativo no interior do órgão a ser tratado. As sementes de iodo-125 podem ser inseridas soltas ou em cordas poliméricas bioabsorvíveis, mais comumente o poli(ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA). A função do polímero é reduzir a possibilidade de migração das sementes, o que poderia ser prejudicial para órgãos e tecidos saudáveis. De modo a reduzir os custos do tratamento, a síntese dos dímeros L-lactídeo e glicolídeo, para posterior utilização para preparação do PLGA, por meio da polimerização por abertura de anel, é proposta neste trabalho. Adicionalmente, propõe-se a utilização do amino-alcóxido tris(fenolato) de zircônio (IV) como alternativa ao usual octanoato de estanho (SnOct2), uma vez que a toxicidade do estanho permanece como obstáculo na produção do PLGA para aplicações biomédicas. Embora o iniciador de zircônio seja mais lento do que o SnOct2, massas molares relativamente elevadas foram obtidas quando razões monômero/iniciador (M/I) de 1000/1 (24 h), e 5000/1 (48 h) foram utilizadas. Considerando que as unidades glicolila (GA) são mais reativas do que as unidades lactila (LA), tempos longos de reação são necessários para atingir uma razão LA/GA próxima do objetivo do trabalho (85/15). O grau de racemização também depende do iniciador utilizado. As reações de polimerização realizadas com o iniciador de zircônio mostraram um maior grau de racemização, quando comparadas com aquelas realizadas com o SnOct2. Também foi observado um ligeiro aumento na racemização com o tempo. Considerando os resultados obtidos na síntese e purificação dos dímeros, e na síntese do PLGA em condições semelhantes às industriais, foi possível preparar o polímero de alta massa molar com um custo dezenas de vezes inferior ao custo do PLGA no mercado internacional. Os efeitos da radiação gama no PLGA também foram estudados. Doses normalmente aplicadas para esterilizar materiais para aplicações biomédicas foram empregadas: 10, 18, 25 e 50 kGy. A massa molar de todas as amostras irradiadas diminuiu de uma forma proporcional à dose até 56% de perda para 10 kGy e 72% para 50 kGy porém, são menos pronunciadas para doses mais elevadas. Alterações nas propriedades térmicas, tais como temperatura de fusão, temperatura de transição vítrea e a entalpia de cristalização e fusão foram também observadas após a irradiação. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Annually, about 80,000 people die in the United Kingdom due to myocardial infarction, congestive heart failure, stroke, or from other diseases related to blood vessels. The current gold standard treatment for replacing the damaged blood vessel is by autograft procedure, during which the internal mammary artery (IMA) graft or saphenous vein graft (SVG) are usually employed. However, some limitations are associated with this type of treatment, such as lack of donor site and post-surgery problems that could negatively affect the patient’s health. Therefore, this present work aims to fabricate a synthetic blood vessel that mimics the natural arteries and to be used as an alternative method for blood vessel replacement. Polymeric materials intended to be used for this purpose must possess several characteristics including: (1) Polymers must be biocompatible; (2) Biodegradable with adequate degradation rate; (3) Must maintain its structural integrity throughout intended use; (4) Must have ideal mechanical properties; and (5) Must encourage and enhance the proliferation of the cells. The feasibility of using synthetic biodegradable polymers such as poly (ε- caprolactone) (PCL) and poly (lactide-co-glycolic acid) (PLGA) for fabricating tubular vascular grafts was extensively investigated in this work. Many fundamental experiments were performed to develop porous tissue- engineered polymeric membranes for vascular graft purposes through electrospinning technique to achieve the main aim. Electrospinning was selected since the scaffolds produced by this method usually resemble structural morphology similar to the extracellular matrix (ECM). Hence, four 6mm in diameter tubular shape vascular grafts PCL only, PLGA only, coaxial (core-PCL and shell-PLGA), and bilayer (inner layer-PCL and outer layer-PLGA) was designed and fabricated successfully. The structure and properties of each scaffold membrane were observed by scanning electron microscopy (SEM), and these scaffolds were fully characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), water contact angle measurements, mechanical tensile test, as well as cell culture studies were carried out by seeding human umbilical vein cells (HUVEC) and human vascular Fibroblast cells (HVF). Moreover, all polymeric grafts underwent degradation process, and the change in their morphological structure properties was studied over 12 weeks at room temperature. All scaffolds were also exposed to a controlled temperature of 37°C for four weeks, in phosphate-buffered saline solution (pH, 7.3). It was found that all scaffolds displayed exceptional fibre structure and excellent degradability with adequate steady weight-loss confirming the suitability of the fabricated scaffolds for tissue engineering applications. The coaxial and bilayer scaffolds degraded at a much slower (and steadier) rate than the singular PCL and PLGA tubular scaffolds. Coaxial grafts fabricated via coaxial needle showed an increase in their fibre diameter and pore size volume than other membranes, but also showed to have significant tensile strength, elongation at fracture, and Young’s modulus. To conclude, all scaffolds have demonstrated to be reliable to adhere and proliferate HUVEC, and HVF cells, but these cells were attracted to the PLGA membrane more than other fabricated membranes.