Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Polymeric nanocapsules have been studied extensively for drug delivery by various routes of administration. Currently, the nanoencapsulation of drugs is considered the most efficient means of ensuring controlled release, specific targeting and reduction of adverse effects. In this context, the aim of this work was to develop polymeric nanocapsules for pulmonary delivery of beclomethasone dipropionate (BD). Nanocapsules have been prepared from 2 polymers, poly(-caprolactone) (PCL) and ethyl cellulose (EC). To quantify the drug in the nanostructures, the analytical method was developed and validated. This method showed to be specific, linear, precise, accurate and robust. Nanocapsules were prepared by interfacial deposition of preformed polymers and were evaluated as to pH, particle diameter, polydispersity index, drug content, encapsulation efficiency and zeta potential. All samples showed encapsulation efficiency greater than 98%, negative zeta potential, pH value in the range of neutrality and drug contents close to their theoretical values. The size distribution was nanometric (158-270 nm) with polydispersity index lower than 0.2. The results of the photodegradation study showed that polymeric nanocapsules were able to protect BD from UVC radiation when compared to the free drug solution. In vitro release experiments were performed using the dialysis bag technique, which showed, for all formulations, a prolonged drug release mediated by anomalous transport and first order kinetics. Free drug in solution took between 24 and 36 h to reach 100% of release, whereas nanocapsules were able to control the drug release for up to 108 h, depending on the polymer employed. Nanocapsules of EC and PCL were evaluated for in vitro and in vivo toxicity and the results suggest that the proposed formulations are safe. In the final stage of the work, pullulan was proposed as stabilizer agent for PCL nanocapsules and the results obtained for the zeta potential and the drug content suggested that these formulations have become more stable. Thus, the nanocapsules developed in this work represent a promising alternative for the pulmonary delivery of BD in the treatment of asthma and other respiratory disorders. / Nanocápsulas poliméricas vem sendo estudadas extensivamente para liberação de fármacos por diversas vias de administração. Atualmente a nanoencapsulação de fármacos é considerada o meio mais eficiente de assegurar liberação controlada, direcionamento específico e redução dos efeitos adversos. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver nanocápsulas poliméricas para a liberação pulmonar do dipropionato de beclometasona (DB). Nanocápsulas foram preparadas a partir de 2 polímeros, a poli(-caprolactona) (PCL) e a etilcelulose (EC). Para a quantificação do fármaco nas nanoestruturas, o método analítico foi desenvolvido e validado. Este mostrou ser específico, linear, preciso, exato e robusto. As nanocápsulas foram preparadas por deposição interfacial do polímero pré-formado e avaliadas quanto ao pH, diâmetro de partícula, índice de polidispersão, teor, eficiência de encapsulamento e potencial zeta. Todas as amostras apresentaram eficiência de encapsulamento maior que 98%, valor de potencial zeta negativo, valor de pH na faixa da neutralidade e teores próximos aos teóricos. A distribuição de tamanho foi nanométrica (158-270 nm) com índice de polidispersão menor que 0,2. Os resultados do estudo de fotodegradação mostraram que as nanocápsulas poliméricas foram capazes de proteger o DB da radiação UVC quando comparadas com uma solução do fármaco. Os experimentos de liberação in vitro foram realizados empregando a técnica de sacos de diálise, a qual mostrou, para todas as formulações, uma liberação prolongada do DB, mediada por transporte anômalo e cinética de primeira ordem. A solução etanólica de DB levou entre 24 e 36 h para alcançar 100% de liberação, enquanto que as nanocápsulas foram capazes de controlar a liberação do fármaco por até 108 h, dependendo do polímero empregado. Nanocápsulas de EC e PCL foram avaliadas quanto à toxicidade in vitro e in vivo e os resultados obtidos sugerem que as formulações propostas são seguras. Na etapa final do trabalho, o pullulan foi proposto como agente estabilizador de nanocápsulas de PCL e os resultados obtidos para o potencial zeta e o teor de fármaco sugerem que estas formulações tornaram-se mais estáveis. Desta forma, as nanocápsulas desenvolvidas neste trabalho representam uma alternativa promissora para a liberação pulmonar do DB no tratamento da asma e de outras desordens do trato respiratório.

Die Behandlung von Dysgnathien ist das Kerngebiet der Kieferorthopädie. Neben der schonenden Korrektur der Zahnfehlstellung legen Patienten im Jugend- und Erwachsenenalter zunehmend Wert auf die Optik der Apparatur. Die Entwicklung ästhetischer Brackets und Bögen strebt auf, muss aber nach aktuellem Medizinproduktegesetz vor dem kommerziellen Einsatz in vitro und in vivo einer Biokompatibilitätsprüfung unterzogen werden. Ziel der vorliegenden Promotion war es, die Biokompatibilität ästhetischer Bögen an primären gingivalen Keratinozyten (HGK) sowie primären gingivalen Fibroblasten (HGF) humanen Ursprungs zu untersuchen. Damit sollte sich die Arbeit von bisher veröffentlichten in-vitro-Studien mit L929-Zellen abheben. Die Zelllinien wurden mit den jeweiligen beschichteten und unbeschichteten Drähten verschiedener Hersteller 11 Tage inkubiert und anschließend die Zellproliferation und die Zytotoxizität analysiert. Zusätzlich wurde eine drahtlose Vergleichslinie und eine Gruppe primärer Gingivafibroblasten 3 Tage als Kurzzeitstudie untersucht. Für die Quantifizierung der vitalen und avitalen Zellen wurde der Cytotox-Glo™-Assay verwendet. Lichtmikroskopische Untersuchungen sollten sicherstellen, dass eine gesunde Zellmorphologie vorliegt und die Zellen eine gute Adhäsion zur Probe aufweisen. Sowohl bei den Keratinozyten als auch bei den Fibroblasten traten signifikante Steigerungen der Zytotoxizität und der Zellproliferation häufig sowohl beim verblendeten als auch beim unverblendeten Probendraht eines Herstellers auf, unabhängig mit welchem Material verblendet wurde. Eine gesteigerte Zytotoxiztiät bei gleichbleibender Zellproliferation im Vergleich zur Kontrollgruppe spricht für einen negativen Einfluss der Drahtprobe auf die Biokompatibilität. Dieses Ergebnis fand sich bei den HGK bei den sowohl verblendeten als auch unverblendeten Drähten von zwei Herstellern (WCO, TPO). Auch bei den Fibroblasten fielen die Drähte von WCO sowie TPO mit einer gesteigerten Zytotoxizität und sogar signifikant niedrigerer Zellproliferation nach 3 Tagen Inkubation auf, was sich nach 11 Tagen allerdings änderte. Ab da waren die Zytotoxiztität und die Zellproliferation gesteigert. Eine erhöhte Zytotoxizität bei gleichbleibender Zellproliferation zeigten die Hersteller Forestadent, Ortho-Technology und Dentalline nach 3 Tagen; Dentalline mit seinen verblendeten Drähten auch bis nach 11 Tagen Inkubation. Hieraus kann geschlussfolgert werden, dass die Kunststoffverblendung von Dentalline sowohl kurz- als auch längerfristig einen negativen Einfluss auf die Fibroblasten hat. Positiv fiel hingegen der Hersteller GC-Orthodontics mit seinem rhodinierten sowie unverblendeten Draht auf. Sowohl die HGK als auch die HGF zeigten eine gute Biokompatibilität. Qualitativ zeigte sich bei den Keratinozyten im Lichtmikroskop ein mehr oder weniger dichter Zellrasen an allen Drahtproben. Es gab nur wenige Unterschiede bezüglich der Hersteller oder der Art der Verblendung. Bei den Fibroblasten zeigten sich klarere Unterschiede, welche sich teilweise mit den quantitativen Ergebnissen deckten. Bei den beschichteten Drähten von American-Orthodontics, Teledenta, Ortho-Technology und Dentalline fand sich kein konfluenter Zellrasen, ebenso beim unverblendeten NiTi-Draht von Ortho-Technology sowie World-Class-Orthodontics. Ein dichter Zellrasen konnte hingegen an beiden Drähten des Herstellers GCOrthodontics detecktiert werden. Aus den Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass alle Verblendmaterialien biokompatibel sind. Bei der Wahl des zu verwendenden Bogens können sowohl Epoxyresin-, Teflonals auch andere Kunststoffbeschichtungen empfohlen werden. Dagegen werden die herstellerspezifischen Unterschiede bezüglich der Biokompatibilität deutlich. Als Grund kann das herstellereigene Nickel-Titan-Grundgerüst vermutet werden. Die Zellen kamen damit sowohl bei den unbeschichteten als auch bei den beschichteten Drähten in Berührung, da die meißten Drähte nur einseitig beschichtet waren.:Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Ästhetik in der Kieferorthopädie 1.2 Beschichtungsmaterialien ästhetischer Bögen 1.2.1 Rhodium 1.2.2 Kunststoffbeschichtungen 1.2.2.1 Polytetrafluorethylen 1.2.2.2 Epoxyresin 1.3 Untersuchung der Bioverträglichkeit 1.4 Zielstellung der Studie 2 Material und Methode 2.1 Material 2.1.1 Vorbereitende Maßnahmen und allgemeine Ergänzungen 2.1.1.1 Chemikalien und Gase 2.1.1.2 Medium und Puffer 2.1.1.3 Fertigsysteme 2.1.1.4 Geräte und Hilfsmittel 2.1.1.5 Verbrauchsmaterial 2.1.2 Kieferorthopädische Drähte 2.1.3 Zelltypen 2.2 Methode 2.2.1 Versuchsvorbereitung 2.2.2 Auszählen der Zellen 2.2.3 Aufbereitung der Zellen nach der Inkubation 2.2.4 Statistische Auswertung der ermittelten Zellzahlen 3 Ergebnisse 3.1 Zytotoxizitätsrate 3.1.1 Zytotoxizitätsrate der primären Gingivaepithelzellen nach 11 Tagen Inkubation 3.1.2 Zytotoxizitätsrate der primären Gingivafibroblasten nach 3 Tagen Inkubation 3.1.3 Zytotoxizitätsrate der primären Gingivafibroblasten nach 11 Tagen Inkubation 3.2 Proliferationsrate 3.2.1 Proliferationsrate der primären Gingivaepithelzellen nach 11 Tagen Inkubation 3.2.2 Proliferationsrate der primären Gingivafibroblasten nach 3 Tagen Inkubation 3.2.3 Proliferationsrate der primären Gingivafibroblasten nach 11 Tagen Inkubation 3.3 Qualitative Beurteilung der Zelladhärenz an allen untersuchten Bögen nach 11 Tagen mittels Lichtmikroskop 3.3.1 Zelladhärenz der primären Gingivaepithelzellen 3.3.2 Zelladhärenz der primären Gingivafibroblasten 4 Diskussion 5 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anlage 1: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens Anlage 2: Bestätigung über Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.