Este trabalho envolve o estudo sobre os níveis de pigmentos fotossintéticos, carotenóides e clorofilas, presentes nas algas marinhas Tetraselmis gracilis e Gracilaria tenuistipitata, em condições de senescência celular e estresse antropogênico (poluição metálica). Em razão do papel fundamental dos carotenóides na organização de membranas tilacóides, o papel estrutural de carotenos e do extrato metanólico de T. gracilis em bicamadas lipídicas também foi avaliado. Para estes estudos foram realizados o cultivo, coleta e construção das curvas de crescimento das algas, obtenção dos cromatogramas típicos, identificação de alguns pigmentos fotossintéticos através de padrões, análise dos extratos brutos em diferentes fases de crescimento e respectiva quantificação. Foram realizados bioensaios de toxicidade dos metais Cd, Cu, Hg e Pb e foram estimados os parâmetros toxicológicos CE15 e CE50 (concentração efetiva para a redução de 15 e 50%, respectivamente, do crescimento algal). Os modelos de estresse agudo e crônico foram construídos para cada metal e a quantificação dos pigmentos fotossintéticos foi realizada. Lipossomos foram confeccionados com a incorporação de carotenos e do extrato metanólico de T. gracilis na bicamada e foram realizadas medidas de espalhamento de luz, de calorimetria, do diâmetro hidrodinâmico e de fosfolípides. A cinética de liberação e de permeação de NO foi estudada através de medidas de fluorescência e de quimiluminescência. Também foi realizada a extração e pré-isolamento dos carotenóides presentes em T. gracilis. Os mecanismos de defesa contra espécies reativas de oxigênio foram diferentes em razão das distintas variações observadas nos níveis de pigmentos para cada metal estudado e tipo de estresse. Também foi observado um aumento do nível de pigmentos em função do aumento do tempo de exposição correspondendo provavelmente a uma estratégia aclimatativa extremamente importante no papel de adaptação e sobrevivência de organismos fotossintéticos, o que torna este tipo de avaliação, principalmente dos níveis de carotenóides, uma ferramenta útil como parâmetro de avaliação de poluição ambiental, além do emprego da biomassa como ferramenta de biorremoção de metais. Em relação aos valores de CE50 observados, o valor encontrado para o Cu foi inferior ao padrão previsto na Resolução do CONAMA no 357. Portanto, efluentes contendo Cu em níveis permitidos poderão causar danos à biota marinha. Mais ainda, sugere-se que os limites recomendáveis para este metal deverão ser revistos e alterados para a preservação de ecossistemas aquáticos. A incorporação do extrato de T. gracilis ocasionou uma grande perturbação na estruturação da membrana, resultando na fluidificação da bicamada lipídica, independente da fase de crescimento. O β-caroteno e o licopeno interferem na estruturação de bicamadas lipídicas diminuindo o diâmetro hidrodinâmico das vesículas unilamelares grandes, efeito ainda não descrito na literatura, reduzindo o valor da temperatura na qual se inicia a transição de fase, alargando a faixa onde ocorre a transição, reduzindo os valores capacidade calorífica e da entalpia e, conseqüentemente, modificando a cooperatividade da transição. Somente o β-caroteno causou fluidificação do sistema lipídico e aumento da velocidade de permeação de NO através da membrana, sugerindo o provável papel do β-caroteno na modulação de propriedades físicas da membrana. / This work involves the study of the levels of photosynthetic pigments, carotenoids and chlorophylls, contained in the marine algae Tetraselmis gracilis and Gracilaria tenuistipitata, under conditions of cellular senescence and anthropogenic stress (metallic pollution). Due to the fundamental organizational role of carotenoids in thylakoid membranes, its structural features in lipid bilayers were evaluated. Also in this last mentioned study, it was employed the methanolic extract of T. gracilis. In order to perform these studies, the algae were cultivated and the growth curves determined. Also, the typical chromatograms were obtained, and some photosynthetic pigments were identified trough commercial standards, which were then analyzed and quantified in crude extracts of different growth phases. The toxicity of the metals Cd, Cu, Hg and Pb were determined trough bioassays, which led to the toxicological parameters EC15 and EC50 estimation (the effective concentration that causes 15 and 50% of reduction of the algal growth, respectively). For each metal, the acute and chronic stress models were built, and the photosynthetic pigments contents\' quantified. Liposomes were constructed with the incorporation of carotenes and of the T. gracilis\' methanolic extract in the bilayer, which were then submitted to light scattering, calorimetric, hydrodynamic radius and phospholipid assays. Fluorescence and chemiluminescence measurements were used to study the NO kinetics of liberation and permeation. Also, it was accomplished the extraction and pre-isolation of carotenes contained in T. gracilis. For each type of metal and stress occasioned, different levels of pigments were observed, a consequence of the different mechanisms employed against reactive oxygen species. At higher exposure periods, higher pigments\' contents were quantified, which probably corresponds to an algae acclimatative strategy. The EC50 value found for Cu is higher than the standard one previously stated in the CONAMA\'s nº 357 resolution. This means that effluents containing Cu, in levels allowed by the law, may cause damage to the marine biota. Moreover, it\'s suggested a reevaluation of the standard limiting value for this metal, in order to preserve aquatic ecosystems. A higher fluidity of the lipid bilayer, occasioned by a large perturbation of the membrane\'s structure, was accomplished by incorporating the extract of T. gracilis. This was observed independently of the cells\' growth phase. &$946;-carotene and licopene interfere in the lipid bilayer structure, lowering the hydrodynamic diameter of large unilamellar vesicles, an effect not previously reported in literature. This reduces the temperature were the phase transition initiates, broadens the transition gap, lowers the calorific capacity and enthalpy values, consequently, modifying the transition cooperation. Only β-carotene induces a higher fluidity of the lipid system and a faster NO permeation trough the membrane, which suggests that it may modify physical properties of the membrane.

Nesta tese serão discutidos alguns aspectos químicos, fotoquímicos e fotofísicos importantes no desenvolvimento de fotossensibilizadores para aplicação em terapia fotodinâmica (TFD). Os estudos abrangeram a investigação de 29 espécies, sendo que 20 delas continham um anel porfirínico convencional e 9 eram porfirinas duplamente N-confusas. As primeiras foram sintetizadas para apresentarem diferentes números e tipos de substituintes catiônicos coordenados à posição meso do anel porfirínico, mais especificamente as meso(N-4-piridil)fenilporfirinas e as meso(N-3-piridil)fenilporfirinas contendo um, dois (em trans), dois (em cis), três e quatro grupos [Ru(bipy)2Cl]+ ou CH3+ (figura 1). Em contraste com as porfirinas convencionais. as outras 9 estruturas consistiram das formas protonadas, neutras e desprotonadas de porfirinas que exibem dois anéis pirrólicos adjacentes voltados para fora do anel porfirínico, mais especificamente a base livre (H2N2CP) e os respectivos complexos de prata (AgHN2CP) e de cobre (CuHN2CP). Esta peculiaridade estrutural permite coordenar metais de transição por meio de dois átomos de carbono e dois de nitrogênio, estabilizando fortemente íons metálicos em estados de oxidação anormalmente elevados como Ag3+ e Cu3+. Os dois nitrogênios pirrólicos externos ao anel são susceptíveis tanto a protonação quanto a desprotonação, possibilitando a modulação das propriedades eletrônicas desses compostos por simples alteração no pH do meio. De um modo geral, a acidificação das amostras perturbou mais significativamente suas propriedades fotoquímicas que a desprotonação. Em especial, as espécies neutras metaladas apresentaram bandas bastante intensas na região fototerapêutica de 600 a 750 nm, além de um elevado rendimento quântico de formação de oxigênio singlete (ΦΔ > 0,90 para o complexo Ag(III)). Todavia, um processo de fotodecomposição atribuído ao ataque do 1O2 formado, também foi observado. Ambos os processos, ΦΔ e fotodecomposição, parecem ser modulados pelo metal coordenado no centro do anel. Tanto a coordenação de Ag(lII) como Cu(lII) aumentou o ΦΔ, provavelmente devido ao efeito do metal pesado sobre o cruzamento interssistema. Todavia, verificou-se que o derivado AgHN2CP é muito menos reativo que o CuHN2CP e a base livre. Os motivos deste comportamento ainda não são completamente compreendidos, mas é evidente que o complexo de Ag(lII) apresenta melhores propriedades fotodinâmicas que as demais. Em comparação com as porfirinas duplamente N-confusas, as demais 20 porfirinas catiônicas são muito mais solúveis em água. Neste caso, o enfoque dos experimentos foi direcionado às aplicações biológicas propriamente ditas. Assim, além das propriedades fotofísicas associadas à formação de oxigênio singlete (1O2), também foram exploradas a influência do número dos substituintes periféricos sobre a ligação e danos fotooxidativos provocados em eritrócitos, lipossomos, mitocôndrias e células cancerígenas. Os resultados de ΦΔ mostraram ser inversamente proporcionais ao número de cargas positivas, para as porfirínas contendo grupos N-4metilpiridíniom. Estas diferenças foram consistentes com os efeitos de agregação, causados pela formação de dímeros ou oligômeros, no caso das espécies mais hidrofóbicas. Os coeficientes de partição em n-octanol/água (logPOA) corroboraram estes resultados, apresentando uma dependência inversamente proporcional ao número de cargas positivas ou proporcional ao número de resíduos fenila. As eficiências de ligação à bicamada lipídica mitocondrial, lipossomal e celular e os processos de peroxidação lipídica fotoinduzidos mostraram uma dependência proporcional aos valores de logPOA, exceto para as porfirinas contendo complexos de rutênio. O comportamento não linear neste último caso pode estar associada a dissociação da ligação rutênio-porfirina, devido a elevada força iônica das soluções fisiológicas utilizadas. Neste caso, a descoordenação dos complexos periféricos deve promover uma drástica diminuição da solubilidade do composto. Por este motivo os experimentos foram conduzidos somente com as espécies metiladas. No caso, de mitocôndrias isoladas verificou-se que a interação também apresenta uma razoável participação do potencial de membrana. De fato, quando a mitocôodria estava energizada foi observado um acréscimo de 15% no acúmulo da 3P2cMe em comparação com à mitocôndria desacoplada. Para as demais porfirinas houve um menor acúmulo com o aumento do número de resíduos N-3-metilpirídínio. Em todos os experimentos, um comportamento diferenciado foi observado no caso dos isômeros dicatiônicos. A espécie com cargas dispostas nas posições cis (3P2cMe) apresentou praticamente o dobro de eficiência que o correspondente isômero trans (3P2tMe). Este comportamento parece consistente com uma maior penetração da primeira espécie na bicamada lipídica, proporcionado pelo caráter antipático de sua estrutura química. Os resultados apresentados neste estudo mostraram que estas séries de meso-porfirinas catiônicas constituem sistemas bastante interessantes para a compreensão dos efeitos estruturais envolvidos na ação fotodinâmica dos compostos sobre membranas lipídicas, devido à possibilidade de modulação da relação hidrofilicidade/lipofilicidade, sem alterar significativamente a eficiência na formação de 1O2. Além disso, a disposição espacial das cargas positivas na estrutura do fotossensibilizador demonstrou ser extremamente crítica no processo de ancoragem do mesmo na membrana celular ou mitocondrial e consequentemente em causar efeitos fotooxidativos mais eficientemente. As porfirinas contendo grupos 3-metilpiridínio apresentam vantagens sobre as 4-metilpiridínio, normalmente estudas, por serem mais hidrofílicas, terem menor tendência de agregação e possuírem similar atividade fotodinâmica. Em especial, a estrutura anfipática da 3P2cMe associada a sua elevada formação de 1O2 e estabilidade lhe conferem uma interessante potencialidade como agente fototerapêutico. / In this thesis the chemical, photochemical and photophysical relevant aspects for the development of new photosensitizers for photodynamic therapy applications are discussed. 20 conventional porphyrins species and 9 doubly Nconfused porphyrins species were investigated. The first series contains variable number (1 to 4) of cationic groups, [Ru(bipy)2CI]+ or CH3+ (figure 1), bound to the meta or para-pyridil N-atoms of meso-phenylpyridylporphyrins. On the other hand, the protonated, neutral and deprotonated doubly N-confused porphyrins possess two rotated adjacent pyrrol rings, such that they have two coordinating camon atoms. Consequently, transition metal ions in unusually high oxidation states such as Ag(lII) and Cu(lII) can be stabilized by this structure, while the outer pyrrol N-atoms are susceptible to protonation and deprotonation reactions, allowing the modulation of their electronic properties simply by controlling the pH of the solution. In general, the protonation perturbed more significantly the photochemical properties than the deprotonation. The neutral species exhibit intense absorption bands in the phototherapeutical range (600 to 750 nm), associated with a high singlet oxygen sensitization quantum yield (ΦΔ> 0,90 for the Ag(lII) complex). Furthermore, a photodecomposition process due to the reaction with 1O2 was also identified. Both ΦΔ and photodecomposition are influenced by the metal ion coordinated to the doubly N-confused porphyrin ring. The coordination of Ag(lIl) and Cu(lII) increased ΦΔ, probably due to the enhancement of intersystem crossing quantum yield associated with the heavy atom effects. However, AgHN2CP is much more stable than CuHN2CP or the free-base, but the reasons are not clear and should be further investigated. The above results clearly evidence the superior properties of the Ag(lIl) complex as photosensitizer for PDT applications. The 20 cationic pyridylporphyrin derivatives are much soluble in water and experiments directed to biological applications could be carried out. Accordingly, in addition to the quantum yield for singlet oxygen generation(1O2), the effect of the stereochemistry and number and position of the electrically charged substituents on the binding constants and photooxidative damage on erythrocytes, lipossomes, mitochondria and HeLa cells were evaluated. The ΦΔ values were constant in the case of the N-3-methylpyridinium derivatives but inversely proportional to the number of positive charges for the N-4-methylpyridinium derivatives. This was assigned to an increase of aggregation of the sensitizers as the number of meso-phenyl rings and the lipophylicity increase. The partition coefficients in n-octanol/water (logPOA) corroborate that assertion showing a linear correlation with increasing of the number of phenyl groups. The binding efficiency towards the mitochondrial, lipossomal and cellular membrane and the photo-induced lipidic peroxidation processes were directly proportional to the logPOA, except for the ruthenated porphyrins. This last behavior may be associated with the dissociation reactions of the rutheniumpyridylporphyrin bond in the physiologic solution. Accordingly, those experiments were carried out only with the methylpyridynium derivatives. For the first time, we showed inequivocally that the interaction of the methyllated porphyrins with mitochondria are significantly influenced by the membrane potential. In fact, when the mitochondria was energized a 15% increase was observed in the binding constants of 3P2cMe in comparison with teh results with decoupled mitochondria. Also, the amount of bond porphyrin sensitizer decreased as the number of methylpyridynium groups was increased, following the same tendency as above. The behavior of the cis (3P2cMe) and trans (3P2tMe) isomers didn\'t follow the general tendency for the other derivatives in a series, such that the binding constants of the cis isomers were always about twice higher than for the trans, which were much higher than predicted by the general behavior. This means that they can associate more strongly and penetrate deeper in the membrane than the more charged porphyrin derivatives. In particular, the cis species is amphiphilic, i.e. possess an adequate structure for that interaction. The results presented in this thesis showed conclusively that the two series of meso-phenylpyridylporphyrins are adequate for the investigation of the effect of the stereochemistry on the bonding ability and photodynamic properties of those photosensitizers. This is particularly true due to the possibility of modulating the ratio between hydrophobicitylhydrophylicity and the stereochemistry without influencing significantly the quantum yield for 1O2 generation. The meta- series showed an advantage over the conventionally used para- series of methylpyridynium porphyrins because it is more soluble and shows lesser tendency to aggregate. In condusion, the amphiphilic 3P2cMe is the species with the highest potentiallity as por sensitizer because of its high binding constants, low tendency to associate and high ΦΔ.

Este trabalho visa ao entendimento da interação de capsaicinóides com membranas celulares utilizando sistemas modelo. Dentre os alcalóides derivados de plantas do gênero Capsicum, a capsaicina e a dihidrocapsaicina respondem por 90% dos capsaicinóides, que são usados como analgésicos e antiinflamatórios, devido a sua interação específica com receptores. O mecanismo neurofarmacológico já foi bastante estudado, mas o modo de ação não neural ainda não foi elucidado. Usamos extratos brutos (EBs) de pimenta malagueta e de dedo-de-moça, que têm atividade superficial, e afetaram monocamadas de Langmuir de fosfatidil colina de dipalmitoíla (DPPC) e fosfatidil glicerol de dipalmitoíla (DPPG). Tais efeitos não tiveram dependência expressiva com a carga, pois o EB de dedo-de-moça interagiu mais fortemente com o DPPC do que com o DPPG, ao passo que o contrário se verificou para o EB de malagueta. Também não houve diferença significativa entre os EBs das duas pimentas. Nas monocamadas de Langmuir representativas para a bactéria S. aureus, ambos os EBs tiveram efeito, tanto nas isotermas de pressão quanto nos resultados de espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS), sem distinção significativa entre malagueta e dedo-de-moça. No entanto, as medidas de vazamento com lipossomos mostraram maior interação com o EB de dedo-de-moça, o que é consistente com a atividade bactericida para S. aureus. De fato, a concentração inibitória mínima (MIC) foi 0,13 mg mL-1 para o EB da pimenta dedo-de moça e 4,0 mg mL-1 para o EB de malagueta. Para a E. coli, os EBs interagiram com as monocamadas de Langmuir sem diferenças dignas de nota para as duas pimentas, e nas medidas de vazamento o efeito maior foi para a dedo-de-moça. Não houve efeito bactericida para nenhum dos extratos. Isso se explica porque bactérias gram-negativas, como a E. coli, têm uma camada externa protetora de lipossacarídeos (LPS). Das medidas de monocamadas de Langmuir representativas da camada de LPS, observou-se pouca incorporação dos EBs. Conclui-se, assim, que os EBs não conseguem causar rompimento da camada de LPS. Do conjunto dos resultados, infere-se que o mecanismo de ação para a S. aureus envolve solubilização parcial da membrana, e não há relação entre pungência e atividade bactericida, pois a pimenta dedo-de-moça, que é menos pungente, teve maior efeito do que a malagueta. Depreende-se, também, que a ação de extratos de pimenta deve depender da interação com receptores na membrana, o que explica porque o uso de tais extratos tem sido principalmente em aplicações tópicas. / This study is aimed at understanding the interaction of capsaicinoids with cell membranes using model systems. Among the alkaloids derived from plants of the genus Capsicum, capsaicin and dihydrocapsaicin account for 90% of capsaicinoids, which are used as analgesic and anti-inflammatory due to their interaction with specific receptors. The neuropharmacological mechanism has been well studied, but the non-neural mode of action has not been elucidated. Here, we use crude extracts (EBs) of malagueta and dedo-de-moça chilli peppers, which are surface active, and affected Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG). Such effects did not depend on the charge, since EB from dedo-de-moça interacted more strongly with DPPC than with DPPG, while the opposite applied for malagueta. In addition, there was no significant difference between the two EBs. For Langmuir monolayers representing the bacteria S. aureus, both EBs affected the surface pressure isotherms and the polarizationmodulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) data, without significant distinction between dedo-de-moça and malagueta. However, in the leakage measurements with liposomes the EB from dedo-de-moça was more efficient in rupturing the liposome, which is consistent with the bactericidal activity for S. aureus. In fact, the minimum inhibitory concentration (MIC) was 0.13 mg mL-1 for dedo-de-moça and 4.0 mg mL-1 for malagueta. For the Langmuir monolayers mimicking the E. coli membrane, the EBs interacted much in the same way, while the EB from dedo-de-moça caused larger leakage in liposomes. There was no bactericidal effect of the EBs. This is explained by the fact that gram-negative bacteria, such as E. coli, have a protective outer layer of liposaccharides (LPS). In monolayers representing LPS, there was little incorporation of EBs, from which one infers that the EBs cannot cause disruption of the LPS layer. Taking all these results together, it appears that the mechanism of action for S. aureus involves partial solubilization of the membrane. Furthermore, there is no relationship between pungency and bactericidal activity because dedo-de-moça, which is less pungent, had greater effect than malagueta. It seems also that the action of pepper extracts must depend on the interaction with membrane receptors, which explains why the use of such extracts has been essentially in topical applications.

A pasteurelose é uma das doenças mais comuns do trato respiratório do coelho em criações comerciais e/ou em biotérios de animais destinados à pesquisa biomédica. A bactéria Pasteurella multocida é o patógeno responsável por uma série de manifestações clínicas em coelhos, incluindo rinite crônica, otite média, pneumonia, infecções no trato genital, formação de abscessos pulmonares e cutâneos, conjuntivite e septicemia hemorrágica. Porém, entre 50 e 70 % dos animais podem incubar o organismo de forma assintomática. Os fatores predisponentes para o desencadeamento dos sinais clínicos incluem acúmulo de amônia no ar (má ventilação), prenhez, aparecimento de doenças concomitantes, distúrbios no ambiente de criação ou na manipulação experimental. A doença está presente no Brasil, ocorrendo surtos com relativa freqüência, no entanto, o diagnóstico é feito com base nos sinais clínicos e necropsia. Dessa forma é difícil precisar a extensão dos prejuízos causados pela pasteurelose à cunicultura. Vacinas comerciais específicas contra a pasteurelose em coelhos não estão disponíveis no mercado. A prevenção, ainda que apresente resultados duvidosos, é realizada utilizando-se antibióticos dissolvidos na água, porém este tipo de tratamento normalmente não protege definitivamente os animais. Uma vez que não existem vacinas disponíveis e o tratamento com antibióticos não estabelece proteção contra a pasteurelose, foram desenvolvidos neste trabalho sistemas carreadores das proteínas antigênicas da membrana da P. multocida. Estes sistemas carreadores são formados por lipossomos, já conhecidos pelo seu potencial como imunoadjuvante, e por microesferas lipídicas, responsáveis por apresentar os antígenos às células apresentadoras de antígenos (APC). Inicialmente, foram obtidas colônias puras da bactéria as quais foram cultivadas em meio de crescimento específico (BHI). Os microrganismos foram isolados, rompidos e as proteínas antigênicas foram detectadas por SDS-PAGE e Western Blotting. Estes resultados mostraram que a maioria das bandas protéicas foi reconhecida pelo anticorpo policlonal contra a P. multocida. Visto que tínhamos um pool de proteínas as quais apresentavam antigenicidade, foi realizada uma solubilização incubando frações de membrana da bactéria com SDS 1 %. Este procedimento resultou em um rendimento de solubilização de 85 %. A obtenção dos proteolipossomos foi realizada pelo método da co-solubilização de lipídio, proteína e detergente. Um bom rendimento de incorporação das proteínas em lipossomos parecer estar relacionada com a metodologia utilizada para a remoção do detergente da mistura lipídio:proteína:detergente durante o processo de co-solubilização, e também com a natureza do fosfolipídio utilizado. Os resultados indicaram que a resina Calbiosorb® foi a mais eficiente para a remoção do SDS e, dentre os diversos fosfolipídios testados o que melhor incorporou as proteínas foi o DPPC, com rendimento de incorporação de 93 % e diâmetro médio de 180 nm. Além disso, o SDS-PAGE dos proteolipossomos mostrou que todas as espécies protéicas presentes no extrato bruto solubilizado foram incorporadas nos lipossomos de DPPC. O Western Blotting mostrou que as proteínas incorporadas nos lipossomos continuavam a ser reconhecidas pelo anticorpo policlonal contra a P. multocida. Para os ensaios de imunização foram separados 3 grupos de coelhos: (i) imunizados com lipossomos; (ii) imunizados com extrato bruto solubilizado (EBS); (iii) imunizados com os proteolipossomos. Após 21 dias de imunização com as preparações descritas, os animais foram infectados com 105 ufc de bactéria. Todos os animais vacinados previamente com lipossomos ou EBS foram a óbito enquanto que os animais vacinados com os sistemas de proteolipossomos apresentaram sobrevida de 95 %. Além disso, um grupo controle vacinado com a bactéria atenuada na presença de hidróxido de alumínio como imunoadjuvante apresentou uma sobrevida de apenas 30 %, indicando que a vacina convencional não apresenta uma proteção satisfatória contra a pasteurelose. O soro dos animais vacinados com lipossomo, EBS e proteolipossomos foram coletados semanalmente antes e após a infecção experimental para a detecção da produção de anticorpos IgG, IgM e IgA, utilizando-se a técnica de ELISA. Como esperado, os animais vacinados com lipossomos não apresentaram estimulação de nenhum dos anticorpos específicos para P. multocida analisados. Os animais imunizados com EBS apresentaram um significativo aumento dos níveis de IgG sérico 7 dias após a imunização os quais se mantiveram constantes durante todo o período experimental. Os níveis de IgG no soro de animais imunizados com os proteolipossomos apresentam um aumento 7 dias após a imunização, porém não se mantiveram até o momento da infecção experimental. Após a infecção experimental, os níveis séricos de IgG nos animais imunizados com proteolipossomos apresentam um aumento significativo, enquanto que para os imunizados com EBS houve manutenção dos níveis antes obtidos. A análise de anticorpos IgM específicos para a P. multocida mostram uma produção significativamente maior destes anticorpos para animais imunizados previamente com proteolipossomos que para os animais imunizados com EBS. Além disso, após a infecção experimental, a produção de IgM nos animais imunizados com proteolipossomos continuou sendo estimulada, o que não foi observado para os animais imunizados com EBS. O sistema de proteolipossomos não produz anticorpos IgA sistêmicos específicos para a bactéria, porém após a infecção experimental foi possível observar o aparecimento gradativo deste anticorpo no lavado nasal dos animais, durante as semanas de observação. Os animais previamente imunizados com proteolipossomos sobreviventes da primeira infecção experimental foram observados durante 140 dias e novamente infectados, com nova carga bacteriana. Após a reinfecção a sobrevida destes animais foi de 100 % indicando que o sistema de proteolipossomos foi capaz de gerar uma memória imunológica. A análise conjunta dos resultados obtidos na detecção de anticorpos indica que a proteção proporcionada pelos proteolipossomos contra a pasteurelose é devida a estimulação de anticorpos IgG e, principalmente, de IgM. O outro sistema de delivery de proteínas antigênicas desenvolvido foi o de microesferas lipídicas. Foram experimentados diferentes protocolos, porém o que mais se adequou as nossas condições foi obtido da união e adaptação de duas metodologias descritas na literatura. Estudos de microscopia eletrônica de varredura mostraram que as microesferas lipídicas são formadas quando é utilizado 3 % (p/v) de PVA na formulação. Além disso, marcamos as proteínas com isoticiocianato de fluoresceína e a microscopia revelou a presença de estruturas esféricas fluorescentes, indicando a encapsulação das proteínas na região lipofílica das microesferas. Estudos sistemáticos variando a concentração de óleo, fosfolipídio, proteínas e PVA na formação das microcapsulas permitiram um rendimento de encapsulação de cerca de 99 %. Portanto, no presente trabalho, estabelecemos metodologias de incorporação das proteínas antigênicas em lipossomos constituídos de DPPC e em microesferas lipídicas. Além disso, os sistemas de proteolipossomos apresentaram uma satisfatória propriedade de proteção dos coelhos contra a pasteurelose (frente à infecção experimental com P. multocida) indicando que o sistema aqui proposto pode ser utilizado como vacina, prevenindo a pasteurelose em criações de coelhos comerciais ou destinados à pesquisa biomédica. / Pasteurellosis is a common disease in the respiratory tract of commercial and/or biomedical rearing of research rabbits. The bacterium Pasteurella multocida is the pathogen responsible for a range of clinical syntomes, including chronic rhinitis (snuffles), otitis media, pneumonia, genital infection, pulmonary and cutaneous abscesses, conjunctivitis and hemorrhagic septicemia. However, between 50 and 70 % of the animals can harbour the microorganism asymptomatically. The factors that cause the clinical syntomes include the ammonium accumulation in the air (foul ventilation), pregnancy, another concomitant disease, disorder in the rabbit production environment and experimental manipulation. Outbreaks of this disease occur in Brazil with relative frequency; however diagnosis is generally based on the clinical signals and necropsy. Therefore, it is difficult to estimate the extent of losses caused by pasteurellosis druing cuniculture. However, specific commercial vaccines against pasteurellosis in rabbits are not available and prevention is through the use of antibiotics in drinking water, even though this type of treatment generally does not protect the animals. Initially, pure bacteria colonies were obtained, which were cultivated in specific growing media (BHI). The microorganisms were isolated, lysed and the antigenic proteins were detected by SDS-PAGE and Western Blotting. These results show that most protein bands were recognized by the policlonal antibody against P. multocida. Since this protein pool presented antigenicity, the protein mixture was solubilized by incubating 0,5 mg/ml of the membrane fraction with SDS 1 % (w/v) under constant agitation for 2 hours. This procedure resulted in a 85 % solubilization yield. The proteoliposomes wew formed using a lipid, protein and detergent co-solubilization method. A good yield of protein incorporation in liposomes seems to be related to the methodology used for the removal of the detergent from the lipid:protein:detergent mixture during the co-solubilization process, as well as the nature of the phospholipid used. The results indicated that the Calbiosorb® resin was the most efficient for SDS removal and, among the various phospholipids tested, DPPC best incorporated the proteins, presenting an incorporation yield of 93% and average proteoliposome diameter of 180 nm. In addition, SDS-PAGE of the proteoliposomes has shown that all the proteic species present in the crude solubilized extract were incorporated in the DPPC liposomes. The Western Blotting has shown that the proteins incorporated in the liposomes continue to be recognized by the policlonal antibody against P. multocida. For the immunization assays, three animal groups were separated: (i) rabbits immunized with liposomes; (ii) rabbits immunized with crude solubilized extract (CSE) and (iii) rabbits immunized with the proteoliposomes. After twenty-one days of immunization with the described preparations, the animals were challenged with 105 ufc of bacteria. All animals previously vaccinated with the liposomes or CSE died while the animals vaccinated with the proteoliposomes systems had 95 % survival after the challenge. Moreover, a control group vaccinated with the attenuated bacteria in the presence of aluminum hydroxide as an immunoadjuvant had only 30% survival, indicating that the conventional vaccine does not protect against pasteurellosis. The serum of animals vaccinated with liposome, CSE and proteoliposomes were collected weekly before and after the experimental infection for the detection of IgG, IgM and IgA antibodies production using ELISA. Animals vaccinated with liposomes did not present stimulation of any of the specific antibodies for the P. multocida analyzed. The animals immunized with CSE presented a significant increase in the IgA serum level seven days after the immunization, but these levels were not maintained until the moment of the experimental infection. After the experimental infection, the serum levels of IgG in rabbits immunized with proteoliposomes showed a significant increase, while for those animals immunized with the CSE the levels were maintained. The analysis of IgM antibodies specific for the P. multocida showed a higher production to animals vaccinated with proteoliposomes than for the animals immunized with CSE. Furthermore, after experimental infection, the production of IgM in animals immunized with proteoliposomes continued to be stimulated, which was not observed for those immunized with EBS. The proteoliposome system does not induce IgA systemic antibodies that were specific for the bacterium. However, after the experimental infections it was possible to observe the gradual appearance of IgA in the nasal lavage of the infected animals on the time course of the experiment. Animals previously immunized with the proteoliposomes which survived the first experimental infection were observed during 140 days and re-infected. After the re-infection, the survival of these animals was 100 %, indicating that the proteoliposome system was able to generate a possible immunological memory. The global analysis of the results obtained in the antibody detection indicates that the protection given by the proteoliposome against pasteurellosis is due to the stimulation of antibodies IgG and mainly of IgM. The other delivery system of antigenic proteins developed during this work is of lipidic microspheres. Different protocols were tried, but the one which was more adequate to our experimental conditions was elaborated from joining and adapting two methodologies described in literature. Scanning electron microscopy studies have shown that the lipidic microspheres are formed when 3 % (w/v) of PVA is used in the formulation. Furthermore, we have marked the proteins with fluorescein isothiocyanate and the microscopy revealed the presence of fluorescent spherical structures which indicated the encapsulation of the proteins in the lipophilic region of the microspheres. Systematic studies varying the concentration of oil, phospholipid, proteins and PVA in the microcapsules formulation has given a yield of encapsulation of 99%. We have established methodologies of incorporation of the antigenic proteins in liposomes constituted of DPPC and lipidic microspheres. Moreover, the proteolipossome systems have shown a satisfying property of protection of rabbits against pasteurellosis in face of the experimental challenge with P. multocida indicating that the system proposed here can be used as a vaccine to prevent the pasteurellosis either in commercial or biomedical research rearing of rabbit.

Lipossomos são vesículas microscópicas compostas de uma ou mais membranas lipídicas envolvendo um compartimento aquoso, e podem ser constituídos de moléculas naturais ou sintéticas, como o brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB), um composto de amônia quaternário. Este trabalho mostra: 1) susceptibilidade de quatro espécies bacterianas à ação bactericida de DODAB; 2) verificação da ação antifúngica de DODAB; 3) solubilização de duas drogas antifúngicas (anfotericina B e miconazol) nos lipossomos de DODAB; 4) verificação da eficiência das drogas incorporadas aos lipossomos, como agentes antifúngicos. A susceptibilidade das espécies ao DODAB foi avaliada através de curvas de viabilidade celular para 2,5 x 107 UFC/mL. A bactéria mais resistente foi Escherichia coli, seguida de S. Typhimurium, P. aeruginosa, e S. aureus. Foi demonstrada uma correlação entre a troca de carga de superfície das bactérias e a morte celular. A ação antifúngica do DODAB foi avaliada para Candida albicans através de curvas de viabilidade celular. DODAB é fungistático (1 mM), e bactericida (10-50 µM). Formulações lipossomais de DODAB com anfotericina B ou miconazol mostraram ação fungicida equivalente àquela das drogas sozinhas, em seus melhores solventes. A fase lipossomal de DODAB compete com a membrana da célula fúngica pela anfotericina B, conforme verificado pelo efeito de concentração de DODAB. A 1 mM de DODAB, a fase lipossomal ganha a competição na solubilização da droga para as membranas das células fúngicas e a droga não é entregue para as células. Contudo, a 0,1 mM de DODAB, as membranas ganham a competição e a droga é entregue. / Liposomes are microscopic vesicles composed by one or more lipid membranes surrounding an aqueous compartment. Some synthetic amphiphilic molecules, such as dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB), a quaternary ammonium compound also assemble as vesicles. This work is divided in four parts: 1) susceptibility of four bacterial species to the bactericidal DODAB action; 2) characterization of DODAB\'s antifungal action; 3) solubilization of two hydrophobic antifungal drugs (amphotericin B and miconazole) in DODAB liposomes; 4) determination of efficiency for the liposomal drugs. The susceptibility of four species of bacteria was determined from cell viability in the presence of DODAB at 2.5 x 107 CFU/mL. The less susceptible specie is Escherichia coli, followed by S. Typhimurium, P. aeruginosa and S. aureus. There is a relationship between cell surface charge and viability. Negatively charged cells remain alive whereas positively charged cells die. The antifungal action of DODAB towards Candida albicans was evaluated from the determination of cell viability as a function of DODAB concentration. DODAB is fungistatic at 1 mM concentration, and bactericidal at tenths of micromolar (10-50 µM). Liposomal amphotericin B or miconazole present fungicidal action similar to that of the drugs when solubilized in their best solvents. DODAB at 1 mM competes with the fungal cell membrane for amphotericin B solubilization. At 1 mM of DODAB, the liposomal phase wins the competition for drug solubilization and the drug is not delivered to the cell. However, at 0.1 mM of DODAB, the cell membrane wins and the drug is delivered.

O sangue do cordão umbilical e placentário (SCUP) tem sido usado como fonte de células-tronco hematopoiéticas (CTH) para reconstituir a função medular (hematopoiese). A maioria das vezes, esta modalidade de transplante requer a criopreservação das CTH, que permanecem congeladas até uma possível utilização futura. Na criopreservação de CTH, o reagente químico dimetilsulfóxido (DMSO) tem sido utilizado como um crioprotetor. No entanto, tem sido provado que DMSO tem efeitos tóxicos para o corpo humano. Muitos organismos na natureza possuem uma capacidade de sobreviver ao congelamento e à desidratação acumulando dissacarídeos, como a trealose e sacarose, por isso a trealose, tem sido investigada como um crioprotetor alternativo para diversos tipos celulares. Outro dano muito comum durante o congelamento é a formação de espécie reativas de oxigênio (ERO) que diminui a viabilidade celular, por isso a adição de bioantioxidantes na solução de criopreservação das células é passo muito importante. Este estudo foi dividido em duas fases na primeira foram avaliados os resultados obtidos com a adição de antioxidantes na solução de criopreservação das células de SCUP e na segunda fase avaliou-se a hipótese que a solução de criopreservação contendo trealose intracelular e extracelular melhora a recuperação e a viabilidade das células-tronco do SCUP, após a criopreservação. SCUP foi processado e submetido à criopreservação em soluções contendo na primeira fase: soluções com diferentes concentrações de DMSO (10%, 5% e 2,5%), assim como as combinações de DMSO (5%, 2,5%) com um dos dissacarídeos (60mmol/L) e ácido ascórbico e/ou catalase (10mg/mL); e na segunda fase: soluções contendo diferentes concentrações de DMSO (10% e 2,5%), assim como as combinações de DMSO (2,5%) com trealose intra (a trealose foi introduzida na célula por meio de lipossomas) e extracelular e soluções contendo trealose intra e extracelular sem DMSO, armazenados por duas semanas em N2L, e descongeladas. As células descongeladas foram avaliadas por citometria de fluxo, pelo ensaio metabólico pelo MTT e de unidades formadoras de colônias (UFC). Na primeira fase do estudo, a catalase, melhorou a preservação das células CD34+ e CD123+, a UFC e a viabilidade celular, em comparação com a solução padrão de criopreservação. Já na segunda fase do estudo, após as análises de todos os testes vimos que a solução que continha trealose intra/extracelular e DMSO mostrou uma capacidade de manutenção da viabilidade/integridade celular superior a todas as outras testadas. A solução que continha trealose intra e extracelular sem DMSO, obteve um resultado comparável com seu controle (2,5%DMSO), porém quando avaliamos a solução que continha apenas trealose intracelular não obtivemos resultados satisfatórios. A catalase pode atuar sobre a redução dos níveis ERO na solução de criopreservação das CTH de SCUP, diminuindo os danos por ele causados e a trealose deve estar presente em ambos os lados das células durante o processo de congelamento. Portanto, em testes clínicos futuros, ela poderá ser um potencial crioprotetor das células-tronco de SCUP, podendo substituir totalmente o DMSO da solução de criopreservação, minimizando com os efeitos colaterais provenientes da infusão de produtos criopreservados nos pacientes. / The umbilical cord blood (UCB) has been used as a source of primitive hematopoietic stem cells (HSC) to reconstitute the hematopoiesis. Most often, it is required the cryopreservation of HSC, which remain frozen in banks for possible future use. For cryopreservation of HSC, the chemical reagent dimethylsulfoxide (DMSO) has been used as a cryoprotectant. Many organisms in nature have a capacity of survive freezing and dehydration by accumulating disaccharides, so the trehalose, has been actively investigated as an alternative cryoprotector, other damage which is very common during freezing is oxygen free radicals formation which decreases the cellular viability after thawing, so the addition of bioantioxidants in the solution of cryopreservation of cells is very important. This study was divided into two phases: first, we evaluated the results obtained with the addition of antioxidants in the solution for cryopreservation of cord blood cells and the second phase: evaluate the hypothesis that the cryopreservation solution containing intracellular and extracellular trehalose improves recovery and viability of cord blood stem cells after cryopreservation. UBC was processed and subjected to cryopreservation solutions containing for the first phase: solutions with different concentrations of DMSO (10%, 5% and 2.5%), as well as combinations of DMSO (5%, 2.5 %) with a disaccharide (60 mmol/L), ascorbic acid and/or catalase (10mg/mL), and for the second phase: solutions containing different concentrations of DMSO (10% and 2.5%), as well as combinations of DMSO (2.5%) with intracellular trehalose (trehalose was introduced into the cell by means of liposomes) and solutions containing extra and intracellular trehalose without DMSO, stored for two weeks in N2L, and thawed. The thawed cells were assessed by flow cytometry, MTT and colony forming units (CFU) assays. In the first phase of the study our analysis showed catalase improved the preservation CD34+ and CD123+ cells, cell viability and CFU compared to standard cryopreservation solution. In the second phase, after testing of all test we observed that the solution containing intra/extracellular trehalose and DMSO showed superior capacity of maintaining the cell viability/integrity in relation to the others, the solution containing intra-and extracellular trehalose without DMSO, obtained a result that can be compared with its control (2.5% DMSO), and that the solution containing only intracellular trehalose did not generate satisfactory results. The catalase can act on reducing the levels of reactive oxygen species in the solution for cryopreservation of HSC of UCB reducing the damage it caused, trehalose must be present on both sides of the cells during the freezing process. Future clinical trials are needed to confirm that it may be a potential cryoprotectant of stem cells from cord blood, which can totally replace the DMSO in cryopreservation solution, eliminating the side effects from the infusion of cryopreserved products in patients already suffering from the disease base.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-18Bitstream added on 2014-06-13T19:19:38Z : No. of bitstreams: 1 cabrera_mps_dr_sjrp.pdf: 1625766 bytes, checksum: 6073fec2bef34125e9db4700102a3680 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho estudamos a conformação em ambientes anisotrópicos e a atividade lítica em vesículas aniônicas e zwitteriônicas de um conjunto de peptídeos biologicamente ativos, extraídos de veneno de vespas solitárias, que se caracterizam por usar seus venenos para paralisar as presas com as quais alimentam suas larvas. Esses peptídeos que são desgranuladores de mastócitos, apresentam atividade antimicrobiana e a maioria deles não é hemolítica. Possuem entre 10 e 15 resíduos, são catiônicos, com alta proporção de resíduos carregados e polares, e são lineares e helicoidais em meios miméticos de membranas. Buscamos correlacionar a atividade lítica em vesículas de diferentes composições, analisada em experimentos de fluorimetria, às mudanças conformacionais, induzidas por diferentes ambientes miméticos, monitoradas por dicroísmo circular, complementando com a análise das características físico-químicas como comprimento da cadeia, amidação do terminal-C, carga líquida, influências no macrodipolo da hélice, hidrofobicidade, momento hidrofóbico e ângulo polar. Observamos que estes peptídeos apresentam intensa atividade em membranas modelo, interagem preferencialmente com bicamadas aniônicas, e sua atividade lítica acontece de modo cooperativo tanto em vesículas aniônicas como nas zwitteriônicas. Com exceção de Anoplin, todos os peptídeos com ação antimicrobiana apresentam curvas de dose-resposta que mostram uma dependência sigmoidal com a concentração do peptídeo. Isso sugere que esses peptídeos se acumulam na superfície da vesícula até atingir uma concentração crítica, além da qual o vazamento aumenta cooperativamente. De uma forma geral os peptídeos mais eficientes como antimicrobianos, são também aqueles caracterizados pela maior eficiência em permeabilizar vesículas aniônicas do tipo PCPG 7030 e por baixas razões limite P/L. / Solitary wasps use their venoms to paralise prays to feed their larvae. A set of biologically active peptides, obtained from these venoms, have been investigated in relation to the conformational changes they undergo in anisotropic environments and their lytic activity on zwitterionic and anionic vesicles. These peptides are mast cell degranulators, present antimicrobial activities and most of them are not hemolytic. They are cationic, their chain length are 10 to 15 residues long, with high hydrophilic / hydrophobic ratio; they are linear and helical in membrane mimetic environments. We searched correlation between the lytic activity in vesicles of different compositions, monitored in fluorimetric experiments, and conformational changes, induced by varied mimetic media, monitored by circular dichroism. The results have been also correlated with peptides' physical-chemical parameters such as chain length, amidated or carboxylated C-terminal, net charge, influences on the helix macrodipole, hydrophobicity, hydrophobic moment and polar angle. We observed that these peptides present intense activity on model membranes, they interact preferentially with anionic bilayers, and their lytic activity is a cooperative process either in anionic or in zwitterionic vesicles. Exception made to Anoplin, all the other peptides that have antimicrobial activity present in their dose-response curves a sigmoidal dependence with the peptide concentration. This fact suggests that these peptides accumulate on the vesicles surface until they reach a threshold concentration, beyond which leakage increases cooperatively. As a general rule, the most efficient antimicrobial peptides are also those characterized by efficient permeabilization of anionic vesicles, namely PCPG 7030 and by small threshold P/L ratios.

Nesta tese serão discutidos alguns aspectos químicos, fotoquímicos e fotofísicos importantes no desenvolvimento de fotossensibilizadores para aplicação em terapia fotodinâmica (TFD). Os estudos abrangeram a investigação de 29 espécies, sendo que 20 delas continham um anel porfirínico convencional e 9 eram porfirinas duplamente N-confusas. As primeiras foram sintetizadas para apresentarem diferentes números e tipos de substituintes catiônicos coordenados à posição meso do anel porfirínico, mais especificamente as meso(N-4-piridil)fenilporfirinas e as meso(N-3-piridil)fenilporfirinas contendo um, dois (em trans), dois (em cis), três e quatro grupos [Ru(bipy)2Cl]+ ou CH3+ (figura 1). Em contraste com as porfirinas convencionais. as outras 9 estruturas consistiram das formas protonadas, neutras e desprotonadas de porfirinas que exibem dois anéis pirrólicos adjacentes voltados para fora do anel porfirínico, mais especificamente a base livre (H2N2CP) e os respectivos complexos de prata (AgHN2CP) e de cobre (CuHN2CP). Esta peculiaridade estrutural permite coordenar metais de transição por meio de dois átomos de carbono e dois de nitrogênio, estabilizando fortemente íons metálicos em estados de oxidação anormalmente elevados como Ag3+ e Cu3+. Os dois nitrogênios pirrólicos externos ao anel são susceptíveis tanto a protonação quanto a desprotonação, possibilitando a modulação das propriedades eletrônicas desses compostos por simples alteração no pH do meio. De um modo geral, a acidificação das amostras perturbou mais significativamente suas propriedades fotoquímicas que a desprotonação. Em especial, as espécies neutras metaladas apresentaram bandas bastante intensas na região fototerapêutica de 600 a 750 nm, além de um elevado rendimento quântico de formação de oxigênio singlete (ΦΔ > 0,90 para o complexo Ag(III)). Todavia, um processo de fotodecomposição atribuído ao ataque do 1O2 formado, também foi observado. Ambos os processos, ΦΔ e fotodecomposição, parecem ser modulados pelo metal coordenado no centro do anel. Tanto a coordenação de Ag(lII) como Cu(lII) aumentou o ΦΔ, provavelmente devido ao efeito do metal pesado sobre o cruzamento interssistema. Todavia, verificou-se que o derivado AgHN2CP é muito menos reativo que o CuHN2CP e a base livre. Os motivos deste comportamento ainda não são completamente compreendidos, mas é evidente que o complexo de Ag(lII) apresenta melhores propriedades fotodinâmicas que as demais. Em comparação com as porfirinas duplamente N-confusas, as demais 20 porfirinas catiônicas são muito mais solúveis em água. Neste caso, o enfoque dos experimentos foi direcionado às aplicações biológicas propriamente ditas. Assim, além das propriedades fotofísicas associadas à formação de oxigênio singlete (1O2), também foram exploradas a influência do número dos substituintes periféricos sobre a ligação e danos fotooxidativos provocados em eritrócitos, lipossomos, mitocôndrias e células cancerígenas. Os resultados de ΦΔ mostraram ser inversamente proporcionais ao número de cargas positivas, para as porfirínas contendo grupos N-4metilpiridíniom. Estas diferenças foram consistentes com os efeitos de agregação, causados pela formação de dímeros ou oligômeros, no caso das espécies mais hidrofóbicas. Os coeficientes de partição em n-octanol/água (logPOA) corroboraram estes resultados, apresentando uma dependência inversamente proporcional ao número de cargas positivas ou proporcional ao número de resíduos fenila. As eficiências de ligação à bicamada lipídica mitocondrial, lipossomal e celular e os processos de peroxidação lipídica fotoinduzidos mostraram uma dependência proporcional aos valores de logPOA, exceto para as porfirinas contendo complexos de rutênio. O comportamento não linear neste último caso pode estar associada a dissociação da ligação rutênio-porfirina, devido a elevada força iônica das soluções fisiológicas utilizadas. Neste caso, a descoordenação dos complexos periféricos deve promover uma drástica diminuição da solubilidade do composto. Por este motivo os experimentos foram conduzidos somente com as espécies metiladas. No caso, de mitocôndrias isoladas verificou-se que a interação também apresenta uma razoável participação do potencial de membrana. De fato, quando a mitocôodria estava energizada foi observado um acréscimo de 15% no acúmulo da 3P2cMe em comparação com à mitocôndria desacoplada. Para as demais porfirinas houve um menor acúmulo com o aumento do número de resíduos N-3-metilpirídínio. Em todos os experimentos, um comportamento diferenciado foi observado no caso dos isômeros dicatiônicos. A espécie com cargas dispostas nas posições cis (3P2cMe) apresentou praticamente o dobro de eficiência que o correspondente isômero trans (3P2tMe). Este comportamento parece consistente com uma maior penetração da primeira espécie na bicamada lipídica, proporcionado pelo caráter antipático de sua estrutura química. Os resultados apresentados neste estudo mostraram que estas séries de meso-porfirinas catiônicas constituem sistemas bastante interessantes para a compreensão dos efeitos estruturais envolvidos na ação fotodinâmica dos compostos sobre membranas lipídicas, devido à possibilidade de modulação da relação hidrofilicidade/lipofilicidade, sem alterar significativamente a eficiência na formação de 1O2. Além disso, a disposição espacial das cargas positivas na estrutura do fotossensibilizador demonstrou ser extremamente crítica no processo de ancoragem do mesmo na membrana celular ou mitocondrial e consequentemente em causar efeitos fotooxidativos mais eficientemente. As porfirinas contendo grupos 3-metilpiridínio apresentam vantagens sobre as 4-metilpiridínio, normalmente estudas, por serem mais hidrofílicas, terem menor tendência de agregação e possuírem similar atividade fotodinâmica. Em especial, a estrutura anfipática da 3P2cMe associada a sua elevada formação de 1O2 e estabilidade lhe conferem uma interessante potencialidade como agente fototerapêutico. / In this thesis the chemical, photochemical and photophysical relevant aspects for the development of new photosensitizers for photodynamic therapy applications are discussed. 20 conventional porphyrins species and 9 doubly Nconfused porphyrins species were investigated. The first series contains variable number (1 to 4) of cationic groups, [Ru(bipy)2CI]+ or CH3+ (figure 1), bound to the meta or para-pyridil N-atoms of meso-phenylpyridylporphyrins. On the other hand, the protonated, neutral and deprotonated doubly N-confused porphyrins possess two rotated adjacent pyrrol rings, such that they have two coordinating camon atoms. Consequently, transition metal ions in unusually high oxidation states such as Ag(lII) and Cu(lII) can be stabilized by this structure, while the outer pyrrol N-atoms are susceptible to protonation and deprotonation reactions, allowing the modulation of their electronic properties simply by controlling the pH of the solution. In general, the protonation perturbed more significantly the photochemical properties than the deprotonation. The neutral species exhibit intense absorption bands in the phototherapeutical range (600 to 750 nm), associated with a high singlet oxygen sensitization quantum yield (ΦΔ> 0,90 for the Ag(lII) complex). Furthermore, a photodecomposition process due to the reaction with 1O2 was also identified. Both ΦΔ and photodecomposition are influenced by the metal ion coordinated to the doubly N-confused porphyrin ring. The coordination of Ag(lIl) and Cu(lII) increased ΦΔ, probably due to the enhancement of intersystem crossing quantum yield associated with the heavy atom effects. However, AgHN2CP is much more stable than CuHN2CP or the free-base, but the reasons are not clear and should be further investigated. The above results clearly evidence the superior properties of the Ag(lIl) complex as photosensitizer for PDT applications. The 20 cationic pyridylporphyrin derivatives are much soluble in water and experiments directed to biological applications could be carried out. Accordingly, in addition to the quantum yield for singlet oxygen generation(1O2), the effect of the stereochemistry and number and position of the electrically charged substituents on the binding constants and photooxidative damage on erythrocytes, lipossomes, mitochondria and HeLa cells were evaluated. The ΦΔ values were constant in the case of the N-3-methylpyridinium derivatives but inversely proportional to the number of positive charges for the N-4-methylpyridinium derivatives. This was assigned to an increase of aggregation of the sensitizers as the number of meso-phenyl rings and the lipophylicity increase. The partition coefficients in n-octanol/water (logPOA) corroborate that assertion showing a linear correlation with increasing of the number of phenyl groups. The binding efficiency towards the mitochondrial, lipossomal and cellular membrane and the photo-induced lipidic peroxidation processes were directly proportional to the logPOA, except for the ruthenated porphyrins. This last behavior may be associated with the dissociation reactions of the rutheniumpyridylporphyrin bond in the physiologic solution. Accordingly, those experiments were carried out only with the methylpyridynium derivatives. For the first time, we showed inequivocally that the interaction of the methyllated porphyrins with mitochondria are significantly influenced by the membrane potential. In fact, when the mitochondria was energized a 15% increase was observed in the binding constants of 3P2cMe in comparison with teh results with decoupled mitochondria. Also, the amount of bond porphyrin sensitizer decreased as the number of methylpyridynium groups was increased, following the same tendency as above. The behavior of the cis (3P2cMe) and trans (3P2tMe) isomers didn\'t follow the general tendency for the other derivatives in a series, such that the binding constants of the cis isomers were always about twice higher than for the trans, which were much higher than predicted by the general behavior. This means that they can associate more strongly and penetrate deeper in the membrane than the more charged porphyrin derivatives. In particular, the cis species is amphiphilic, i.e. possess an adequate structure for that interaction. The results presented in this thesis showed conclusively that the two series of meso-phenylpyridylporphyrins are adequate for the investigation of the effect of the stereochemistry on the bonding ability and photodynamic properties of those photosensitizers. This is particularly true due to the possibility of modulating the ratio between hydrophobicitylhydrophylicity and the stereochemistry without influencing significantly the quantum yield for 1O2 generation. The meta- series showed an advantage over the conventionally used para- series of methylpyridynium porphyrins because it is more soluble and shows lesser tendency to aggregate. In condusion, the amphiphilic 3P2cMe is the species with the highest potentiallity as por sensitizer because of its high binding constants, low tendency to associate and high ΦΔ.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-09-01T17:22:47Z No. of bitstreams: 1 Tese Sandra Virginia A. Hohlemwerger.pdf: 5499646 bytes, checksum: 10ad62e0bf160a9a5e0326cba05adb7f (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2016-09-02T16:27:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese Sandra Virginia A. Hohlemwerger.pdf: 5499646 bytes, checksum: 10ad62e0bf160a9a5e0326cba05adb7f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T16:27:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Sandra Virginia A. Hohlemwerger.pdf: 5499646 bytes, checksum: 10ad62e0bf160a9a5e0326cba05adb7f (MD5) / Este trabalho tem como objetivo contribuir com o conhecimento fitoquímico das espécies do gênero Zanthoxylum. O presente estudo justifica-se devido ao escasso número de informações sobre a composição química de espécies deste gênero, endêmicas do Brasil, já que espécies pertencem a família Rutaceae vem sendo utilizadas na medicina popular em todo o mundo, inclusive no Brasil, e têm sido apontadas como potencial fonte para protótipos ou novos fármacos. A literatura correlaciona algumas atividades biológicas destas espécies com a presença de alcalóides, dentre eles os alcalóides benzilisoquinolínicos os quais além de serem relacionados com a atividade farmacológica são apontados como possíveis marcadores quimiossistemáticos. As espécies Zanthoxylum rhoifolium, Z. stelligerum e Z. tingoassuiba foram coletadas no semi-árido baiano e submetidas a procedimentos fitoquímicos convencionais os quais levaram a identificação dos alcalóides benzo[c]fenantridinicos (diidroqueleritina), (angolina), (arnotianamida) e (pseudo-norqueleritrina), do alcalóide protoberberínico (cis-N-metilcanadina iodeto) e do alcalóide pseudoprotoberberínico (2,3-metilenodioxi 10,11-dimetoxi tetrahidroprotoberberina iodeto) além disso também foi isolado o alcalóide aporfínico (predicentrina-metil-iodeto) e o alcalóide (metil antranilato de N-metila); as furanocumarinas (imperatorina) (xantotoxina) (isopipinelina) sendo ainda revelada a presença da lignana (senamina) e dos triterpenos (lupeol), (-amirina) e (amirinona), estes dois últimos encontrados apenas na cera epicuticular das folhas de Z. tingoassuiba. O óleo volátil das folhas de Z. tingoassuiba foi obtido pela extração com CO2 super crítico e através da hidrodestilação de onde foram identificados 06 monoterpenos, 10 sesquiterpenos e o alcalóide (metil antranilato de N-metila) este óleo apresentou atividade antifúngica, antibacteriana e capacidade de associação com lipossomas. As identificações destas substâncias foram efetuadas com base nos seus espectros de IV, RMN 1H e 13C uni e bidimensionais, cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massas, espectrometria de massas por inserção direta e comparações com dados da literatura. Os metabólitos isolados e identificados nas espécies estudadas são condizentes com os já encontrados no gênero Zanthoxylum, como os alcalóides quaternários benzilisoquinolínicos e as furanocumarinas os quais estão associados ao caráter primitivo do gênero. Os resultados promissores das atividades biológicas, antifúngica, antibacteriana, antioxidante e antiparasitária, corroboram para a classificação deste gênero como fonte para o desenvolvimento de novos fármaco / This work aims to improve the knowledge phytochemical for the species of the genus Zanthoxylum. This study is justified due to the scarcity of information about the chemical composition of species of this genus, endemic to Brazil. Species belonging to family Rutaceae has been used in folk medicine around the world, including Brazil, have been identified as a potential source for prototypes or new drugs. The literature correlates the biological activities of some of these species with the presence of alkaloids, among them alkaloids benzylisoquinolines which besides being related to the pharmacological activity are considered possible chemical markers. Species Zanthoxylum rhoifolium, Z. stelligerum and Z. tingoassuiba were collected in semi- arid environments and subjected to conventional procedures phytochemicals which led to the identification of benzo [c] phenanthridine alkaloids (dihydrochelerythrine), (angoline), (arnottianamide) and (pseudo-norchelerythrine), and the protoberberínico alkaloid (cis-N-methylcanadine iodide) and pseudoprotoberberine alkaloid (2,3- methylendioxy 10,11-dimethoxy tetrahydroprotoberberine iodide) was also isolated the aporphine alkaloid (predicentrine-methiodide) and alkaloid (methyl N-methyl anthranilate); the furocumarins (imperatorin) (xanthotoxin) (isopimpinellin) besides the furofuran lignan (sesamin) and the triterpenoids (lupeol), (-amyrin) and (amyrinone) the latter two found only in the wax epicuticular on the leaves of Z. tingoassuiba. The volatile oil from leaves of Z. tingoassuiba was obtained by supercritical CO2 and by hydrodistillation of which were identified 06 monoterpenes, 10 sesquiterpenes and the alkaloid (methyl N-methyl anthranilate) this oil showed antifungal and antibacterial activity and ability to loaded into multilamellar liposomes. The identification of these substances was based on their IR spectra, 1H and 13C NMR single and two-dimensional, gas chromatography-mass spectrometry, mass spectrometry direct insertion, and comparison with literature data. The metabolites isolated and identified in the three species are consistent with those already found in the genus Zanthoxylum, such as quaternary benzylisoquinolines alkaloids and furnocumarinas which are associated with the primitive character of the genus. The promising results of biological activities, antifungal, antibacterial, antioxidant and anti- interference, collaborate with the classification of genus as a source for the development of new drugs.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A quitosana (Chi), a (1-4)-amino-2-desoxi-ƒÒ-glicana, e a forma desacetilada da quitina, um polissacarideo das conchas de crustaceos. As suas caracteristicas unicas como a carga positiva, biodegradabilidade, biocompatibilidade, atoxicidade e estrutura rigida fazem com que esta macromolecula seja ideal para uso como sistema oral de entrega de vacinas. Foram preparadas vesiculas unilamelares grandes (REVs) envoltas por dentro e por fora (como um sanduiche) com quitosana (Chi) e poli-vinil alcool (PVA). Entretanto, existem alguns problemas as serem superados com relacao a estabilizacao da proteina durante este processo. Durante a fase de formacao de micelas reversas, no processo de nanoencapsulacao da proteina, expandem-se as interfaces hidrofobicas que entao levam as adsorcoes interfaciais seguidas por desenovelamento e agregacao das proteinas. Aqui, observaram-se atraves de tecnicas espectroscopicas e imunologicas, o uso dos sais da serie de Hoffmeister durante a fase de formacao de micela reversa para estudar a conformacao estavel do toxoide difterico (Dtxd). Foi estabelecida uma correlacao entre os sais usados na fase aquosa e as variacoes na solubilidade e conformacao de Dtxd. Como o conteudo em helice-ƒÑ foi praticamente estavel concluiu-se que a encapsulacao de Dtxd ocorreu sem agregacao ou sem exposicao de residuo hidrofobico na proteina. A agregacao de Dtxd foi evitada em 98 % quando se usou o cosmotropico PO2-4. Este ion foi usado para se preparar uma formulacao de Dtxd em REVs-Chi-PVA estavel e com identidade imunologica reconhecida na presenca de PO2-4. Entao, obteve-se uma solubilidade e estabilidade maxima de Dtxd depois de seu contacto com CH3CO2C2H5 para comecar a sua nanoencapsulacao em condicoes ideais. Este foi um avanco tecnologico importante porque uma solucao simples, como e a adicao de sais, evitou o uso de proteinas heterologas (Rescia et alii, 2009a). A proteina estabilizada foi entao encapsulada dentro de REVs como o descrito. Os lipossomas tem sido descritos como adjuvantes desde 1974 (Allison e Gregoriadis, 1974). A maior limitacao de seu uso em vacinas orais e a sua instabilidade estrutural causada pelas atividades enzimaticas do meio. O objetivo aqui foi combinar lipossomas, que podem encapsular antigenos (Dtxd, Diphtheria toxoid) com quitosana que protege estas particulas e promove a mucoadesibilidade. Empregaram-se tecnicas fisicas para se entender o processo pelo qual lipossomas (SPC: Cho, 3: 1) podem ser recobertos (interna e externamente) com quitosana (Chi) e PVA (poly-vinilic-alcohol) que sao polimeros biodegradaveis e biocompativeis. Obtiveram-se particulas de REVs-Chi (vesiculas preparadas por evaporacao de fase reversa recobertas interna e externamente com Chi) redondas e com as superficies rugosas e estabilizadas ou nao com PVA. As eficiencias de encapsulacao (Dtxd foi usada como antigeno) foram diretamente dependentes da presenca de Chi e PVA na formulacao. A adsorcao de Chi a superficie de REVs foi acompanhada por um aumento no potencial ƒê. Em contraste, a adsorcao de PVA a surperficie de REVs-Chi foi acompanhada por uma diminuicao do potencial . A presenca de Dtxd aumentou a eficiencia de adsorcao de Chi as superficies. A afinidade de PVA pela mucina foi 2000 vezes maior do que a observada somente com Chi e nao depende se a molecula esta em solucao ou se esta adsorvida a superficie lipossomal. A liberação do Dtxd foi retardada por sua encapsulação dentro de REVs-Chi-PVA. Concluiu-se que estas novas vesículas estabilizadas foram hábeis em se adsorverem às superfícies intestinais, resistiram às degradações e controlaram a liberação do antígeno. Assim, as partículas de REVs-Chi-PVA podem ser usadas como um veículo oral com capacidade adjuvante (Rescia et alii, 2009b). Os lipossomas revstidos por quitosana (REVs-Chi) como veículos orais para transporte de vacinas foram bem caraterizados neste laboratório. Estas partículas foram desenhadas para serem capturadas pelo muco, para interagirem com surperfícies orais e para resistirem às enzimas do trânsito gástrico. Foram usadas três formulações diferentes contendo o Dtxd (toxoide diftérico) para imunizar camundongos: REVs [Vesículas unilamelares obtidas por evaporação de fase reversa produzidas com SPC: Cho (3:1)]; REVs-Chi (REVs recobertas por Chi) e REVs-Chi-PVA (REVs recobertas por Chi e estabilizadas por PVA). Através do teste de adesibilidade e dos experimentos com anti-toxoide diftérico observou-se que houve uma correlação direta entre a complexidade da partícula (antígeno livre < REVs < REVs-Chi < REVs-Chi-PVA) e a produção de anticorpos (IgA, IgG1 and IgG2a) em todos os ensaios (R= 0,91766- 0,99718). O resultado mais interessante foi a total ausência da produção de IgA nos camundongos imunizados com o antígeno livre, provando então a excelência das partículas engenheiradas. Além do aumento da produção dos anticorpos de mucosa, ambas formulações com Chi ou com Chi-PVA estimularam tanto a produção de anticorpos humorais quanto a seletividade. Demonstrou-se que é possível de se estabelecer uma correlação entre REVs-Chi/Dtxd and REVs-Chi-PVA/Dtxd e o aumento da imunidade de mucosa. Estas partículas podem ser usadas como veículo geral tanto para transporte de drogas quanto de vacinas (Rescia et alli, 2009c). / Chitosan, - (1-4)-amino-2-deoxy-D-glucan) is a deacetylated form of chitin, a polysaccharide from crustacean shells. Its unique characteristics such as positive charge, biodegradability, biocompatibility, non-toxicity, and rigid structure make this macromolecule ideal for oral vaccine delivery system. We prepared reverse phase evaporation vesicles (REVs) sandwiched by chitosan (Chi) and polyvinylic alcohol (PVA). However, in this method there are still some problems to be circumvented related to protein stabilization. During the inverted micelle phase of protein nanoencapsulation, hydrophobic interfaces are expanded leading to interfacial adsorption followed by protein unfolding and aggregation. Here, spectroscopic and immunological techniques were used to ascertain the effects of the Hoffmeister series ions on Diphtheria toxoid (Dtxd) stability during the inverted micelle phase. A correlation was established between the salts used in aqueous solutions and the changes in Dtxd solubility and conformation. Dtxd α-helical content was quite stable what led us to conclude that encapsulation occurred without protein aggregation or without exposition of hydrophobic residues. Dtxd aggregation was 98 % avoided by the kosmotropic PO2-4. This ion was used to prepare a stable Dtxd and immunologically recognized REVs-Chi-PVA formulation in the presence of 50 mM PO42-. Under these conditions the Dtxd retained its immunological identity. Therefore, we could obtain the maximum Dtxd solubility and stability after contact with CH3CO2C2H5 to begin its nanoencapsulation within ideal conditions. This was a technological breakthrough because a simple solution like salt addition avoided heterologous proteins usage (Rescia et al., 2009a). The stabilized protein was as encapsulated within REVs as described. Liposomes have been used as adjuvants since 1974 (Allison and Gregoriadis, 1974). One major limitation for the use of liposomes in oral vaccines is the lipid structure instability caused by enzyme activities. Our goal was to combine liposomes which can encapsulate antigens (Dtxd, diphtheria toxoid) with chitosan which protects the particles and promotes mucoadhesibility. We employed physical techniques to understand the process by which liposomes (SPC: Cho, 3:1) can be sandwiched with chitosan (Chi) and stabilized by PVA (Poly-vinylic alcohol) which are biodegradable and biocompatible polymers. Round and smooth surfaced particles of REVs-Chi (Reversed phase vesicles sandwiched by Chi) stabilized by PVA were obtained. The REVs encapsulation efficiencies (Dtxd was used as the antigen) were directly dependent on the Chi and PVA present in the formulation. Chi adsorption on REVs surface was accompanied by an increase of &#61562; otential. In contrast, PVA adsorption on REVs-Chi surface was accompanied by a decrease of potential. The presence of Dtxd increased the Chi surface adsorption efficiency. The PVA affinity by mucine was 2000 higher than that observed with Chi alone and did not depend on the molecule being in solution or adsorbed on the liposomal surface. The liberation of encapsulated Dtxd was retarded by encapsulation within REVs-Chi-PVA. These results lead us to conclude that these new and stabilized particles were to able to adsorb to intestinal surfaces, resisted degradation and controlled the antigen release. Therefore, REVs-Chi-PVA particles can be used as an oral delivery adjuvant (Rescia et al., 2009b). Liposomes sandwiched by chitosan (REVs-Chi) as vehicles for oral vaccines have been well characterized in our laboratory. These particles were designed to be captured by mucus, to interact with oral surfaces and to withstand the enzymes of the gastric transit. Three different formulations containing Dtxd (diphtheria toxoid): REVs [reverse phase evaporation vesicles of SPC: Cho (3: 1)]; REVs-Chi (REVs sandwiched by chitosan) and REVs-Chi-PVA were used to immunize mice. Through adhesibility assays and antibody anti-diphtheria experiments we observed a direct correlation between particle complexity (free antigen < REVs < REVs-Chi < REVs-Chi-PVA) and antibody production (IgA, IgG1 and IgG2a) in all the assays (R= 0,91766- 0,99718). The most striking result was the absence of IgA production in those mice immunized with the free antigen, proving the excellence of the engineered particles. In addition to enhancement of mucosal antibodies production, the formulations with Chi and PVA stimulated both, humoral antibody production and selectivity. We have shown that it was possible to establish a correlation between REVs-Chi/Dtxd and REVs-Chi-PVA/Dtxd and the enhancement of mucosal immunity. These particles can be used as a general vehicle for oral drug or vaccine delivery systems (Rescia et al., 2009c). / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações