Made available in DSpace on 2014-07-29T16:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Suzana Ferreira Alves.pdf: 1091463 bytes, checksum: f169757b64e48eb6022ea0919135c602 (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / The present work aimed to do the study of chemical variability, evaluating biological activities and microencapsulate the essential oil of the fruits of Pterodon emarginatus Vogel (Fabaceae). Chapter 1 presents the study of the chemical variability of essential oil from fruits of sucupira of 11 individual of the Brazilian savanna, collected from five different populations, and were identified as its chemical composition by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC/MS), used for data analysis to multivariate statistical tool that indicated compounds β caryophyllene and α copaene as the main discriminant of the samples studied, both of which are of greater significance. Chapter 2 describes the antimicrobial activity and chemical composition of total oil of the fruits of sucupira, four samples being analyzed, three of the city of Jussara GO and one of region of Jaciara MT. The oils tested showed good antimicrobial activity against bacteria Gram positive (Gram (+)) and moderate activity against Enterobacter aerogenes ATCC 13048. Chapter 3 describes the process of obtaining microcapsules containg essential oil (OE) of sucupira employing the technique of spray drying and the development and validation methodology for quantification of the compound β caryophyllene. Were used gum Arabic and maltodextrin as wall material and prepared five different dispersions (Emulsion 1-E1, Emulsion 2-E2, Emulsion 3-E3, Emulsion 4-E4 and Emulsion 5-E5) which then were atomized in spray dryer. The results show that the drying condition most appropriate was sprinkler beak of 1,2 mm of diameter, power flow the emulsion in system of 4 mL/min, inlet temperature of 160ºC, air flow of 40 L/min e and pressure of 60 psi. Among the emulsions, E2 was standardized with adequate proportion of essential oil and wall materials, by presenting microcapsules (MOE) for having thick-walled, with a pronounced retention of essential oil, spherical morphology and low hygroscopicity. The method developed and validated proved to be linear, precise, acuurate and robust. Chapter 4 presents the evaluation of biological activities of antimicrobial essential oil of PES-01 employing the technique of broth microdilution and antinociceptive and anti-inflamatory activities performed to the microcapsules with the essential oil. The models of pain induced by formalin and hot plate were used to assess the antinociceptive activity and the model of carrageenan-induced pleurisy and Evans blue for evaluation of anti-inflamatory activity. The OE has weak antimicrobial activity (500 μg mL-1) against bacteria Gram (+) and against the fungi of the genus Cryptococcus was inactive against S. aureus ATCC 25923, against bacteria Gram (-) and against the fungi of the genus Candida. OE reduced by 61,54% (300 mg kg-¹) of the reactivity to pain. The MOE reduced 40,87% (1,0 g kg-¹) and 41,57% (2,0 g kg-¹) in first phase of the test formalin-induced pain, suggesting, anti-nociceptive activity. The 2nd phase of the test, the essential oil inhibited 52,35% of the pain related to inflammatory mediators and the microcapsules decreased from 25,86% - 55,60% of the pain. MOE at a dose of 1,0 g kg-¹ showed anti-nociceptive activity in hot plate model, suggestion central analgesic activity. In the arrageenaninduced pleurisy the MOE reduced 25,44% of the complete migration of leukocytes and significantly decreased the concentration of Evans blue in 24,18%, which demonstrates important anti-inflamatory activity. / O presente trabalho teve como objetivos realizar o estudo da variabilidade química, avaliar atividades biológicas e microencapsular o óleo essencial dos frutos de Pterodon emarginatus Vogel (Fabaceae). O capítulo 1 traz o estudo da variabilidade química do óleo essencial dos frutos de sucupira extraído de 11 indivíduos do cerrado brasileiro, coletados de 5 diferentes localidades, e que foram identificados quanto sua composição química através de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG/EM), para análise dos dados empregou se a ferramenta estatística multivariada que indicou os compostos β cariofileno e α copaeno como os principais discriminantes das localidades estudadas, sendo ambos de maior significância. O capítulo 2 descreve a atividade antimicrobiana e a composição química do óleo total dos frutos de sucupira, sendo quatro amostras analisadas, três da cidade de Jussara-GO e uma da região de Jaciara-MT, os óleos testados apresentaram boa atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas (Gram (+)) e moderada atividade contra Enterobacter aerogenes ATCC 13048. O capítulo 3 descreve o processo de obtenção de microcápsulas contendo o óleo essencial (OE) de sucupira empregando a técnica de spray drying e o desenvolvimento e validação de metodologia para quantificação do composto β cariofileno. Foram utilizados goma arábica e maltodextrina como material de parede e preparadas 5 diferentes dispersões (Emulsão 1-E1, Emulsão 2-E2, Emulsão 3-E3, Emulsão 4-E4 e Emulsão 5-E5), que em seguida foram atomizadas em spray dryer. Os resultados mostram que a condição de secagem mais adequada foi bico aspersor de 1,2 mm de diâmetro, fluxo de alimentação da emulsão no sistema de 4 mL/min, temperatura de entrada de 160ºC, fluxo de ar de 40 L/min e pressão de 60 psi. Dentre as emulsões, E2 foi padronizada com a proporção adequada de óleo essencial e dos materiais de parede, por apresentar microcápsulas (MOE) de parede espessa, com pronunciada retenção do óleo essencial, morfologia esférica e baixa higroscopicidade. O método desenvolvido e validado mostrou ser linear, preciso, exato e robusto. O capítulo 4 traz a avaliação de atividades biológicas antimicrobiana do óleo essencial de PES-01 pela técnica de microdiluição em caldo e atividades antinociceptiva e anti inflamatória realizadas para as microcápsulas contendo o óleo essencial. Os modelos de dor induzida por formalina e placa quente foram empregados para avaliar a atividade antinociceptiva e o modelo de pleurisia induzida por carragenina e azul de Evans para avaliação da antividade antiinflamatória. O OE apresentou fraca atividade antimicrobiana (500 μg mL-¹) para bactérias Gram (+) e fungos do gênero Cryptococcus, foi inativo para S. aureus ATCC 25923, contra bactérias Gram (-) e contra fungos do gênero Candida. OE reduziu em 61,54% (300 mg kg-¹) a reatividade à dor. As MOE reduziram 40,87% (1,0 g kg-¹) e 41,57% (2,0 g kg-¹) na 1ª fase do teste de dor induzida por formalina, sugerindo atividade antinociceptiva, na 2ª fase do teste, o óleo essencial inibiu 52,35% da dor relacionada aos mediadores da inflamação e as microcápsulas reduziram de 25,86% a 55,60% da dor. MOE na dose de 1,0 g kg-¹ demonstraram atividade antinociceptiva no modelo de placa quente, sugerindo atividade analgésica central. Na pleurisia induzida por carragenina as MOE reduziram 25,44% da migração total de leucócitos e diminuíram significativamente a concentração de azul Evans em 24,18%, o que demonstra importante atividade anti inflamatória.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-23T16:13:22Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mirtza Fúlvia Maggioli - 2014.pdf: 10959485 bytes, checksum: 5397bb78460f4fbc15b15f9f9dd335a5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-30T15:44:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mirtza Fúlvia Maggioli - 2014.pdf: 10959485 bytes, checksum: 5397bb78460f4fbc15b15f9f9dd335a5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-30T15:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mirtza Fúlvia Maggioli - 2014.pdf: 10959485 bytes, checksum: 5397bb78460f4fbc15b15f9f9dd335a5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2014-05-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work shows the green coffee oil coacervation processes, as core material, in two different systems: whey protein / gum arabic and soy protein / gum arabic, as biopolymer wall. The biopolymers concentration were fixed in 4% (weight / weight) of the emulsion, and the proportion between then was respectively 2:1 and 1,4:1. Different emulsions were made, each one with a different green coffee oil concentration (0%, 10%, 17.5% and 25%) compared with wall materials. From these emulsions with adjusted pH, the system presented phase separation (coacervation). The following system characteristics were studied: maximum interation pHs, emulsions rheological behavior, emulsions sizes, physico-chemical characterization of the phases (coacervate and supernadant), process mass balance, coacervate rheology, microparticles morphology after lyophilization, the powder density, the powder stability and the microencapsulation process efficiency. The results confirmed that there is an optimum range of particle formation, depending on pH. The emulsions presented typical Newtonian fluid behavior and the viscosity increased with incresing the oil concentration. That behavior does not depend on wall materials. It was also observed that wet coacervates were better fitted to Power Law, presenting pseudoplastic behavior. Concentrate soy protein / gum arabic showed thixotropy. The emulsion gout showed an surface average diameter between 2,24 µm e 14,42µm. The microparticles exhibited slightly spherical, rough surface and pores, probably influenced by drying process. The process efficiency showed no dependence on the oil concentration at studied systems. The adsorption isotherms (at 30°C) of the obtained powders were best fitted to the GAB model and the e moisture content of monolayer (xm) for this model were between 2.5% to 5.1% for CPSL and GA microparticles and between 5.1% and 6.1% for IPS and GA / Neste trabalho foram estudados os processos de coacervação complexa de óleo de café verde, como material de recheio, em dois tipos de sistemas: concentrado proteico de soro de leite (CPSL)/ goma arábica (GA) e isolado proteico de soja (IPS) / goma arábica (GA), como biopolímeros de parede. Estes sistemas foram preparados com concentração de biopolímeros fixa em 4% (massa / massa) da emulsão e a proporção entre eles foi respectivamente 2:1 e 1,4:1. Emulsões com diferentes concentrações de óleo de café verde (0%; 10%; 17,5% e 25%), em relação aos materiais de parede, foram preparadas. A partir destas emulsões com os pHs ajustados, o sistema apresentou separação de fases (coacervação). Foram avaliados os pHs de máxima interação entre os pares de biopolímeros estudados, o comportamento reológico das emulsões, o tamanho de gota das emulsões produzidas, a caracterização fisicoquímica das fases (sobrenadante e coacervado), o balanço de massa do processo, a reologia do coacervado, a morfologia das micropartículas após liofilização, a densidade dos pós obtidos, a estabilidade do pó e a eficiência do processo de microencapsulação. Os resultados obtidos confirmaram que existe uma faixa ótima de formação de partículas dependente do pH. As emulsões apresentaram comportamento típico de fluidos newtoniano e a viscosidade aumentou com a concentração de óleo independente dos materiais de parede estudados. Já os coacervados úmidos ajustaram-se melhor à Lei da Potência apresentando comportamento pseudoplástico. Os coacervados de isolado proteico de soja / goma arábica apresentaram tixotropia. As emulsões apresentaram gotas com diâmetro superficial médio entre 2,24 µm e 14,42µm. As micropartículas apresentaram forma levemente esférica, superficie rugosa e com poros provavelmente influenciada pelo processo de secagem. A eficiência do processo não mostrou dependência com a concentração de óleo nos sistemas estudados. As isotermas de adsorção (a 30°C) dos pós obtidos ajustaram-se melhor ao modelo GAB e os teores de umidade da monocamanda (xm) para este modelo ficaram entre 2, 5 % e 5,1% para as micropartículas de CPSL e GA e entre 5,1% e 6,1% para as micropartículas de IPS e GA

For the last 10 years, silicone-based admixtures have been successfully used for bulk waterproofing treatment of cementitious materials. However, a reduction in mechanical properties of treated materials is rather observed and becomes a major problem for the in-situ application. A new concept of a knowledge-based integral water repellent has been designed in such a way that the negative effect on mechanical properties is significantly reduced. The technology comprises the delayed release of the hydrophobic agent (silicone resin) which is achieved by encapsulation of the resin in SiO2 shell. A multidisciplinary research was conducted in order to propose a model of the delayed release and the silica shell reaction mechanism in cement paste. Therefore, a study on the microcapsules reaction in calcium hydroxide solution was conducted by means of FTIR, DSC-TGA, surface tension measurements and chemical analysis by ICP-OES. It was shown that microcapsules flocculate in presence of Ca2+, what appears to be the main factor that contribute to the delayed release of the resin.The influence of the microcapsules on Ordinary Portland (OPC) and Blast furnace slag (BFS) cement hydration process was compared with the emulsion of silane monomer and silicone resin. It was shown that the emulsion delays the setting and influences the early age hydration by prolonging the dormant period and decreasing the hydration heat. Cement microstructure and hydration products development was observed by SEM/ESEM. Quantitative analysis of hydration products was assessed by Rietveld analysis of XRD diffractograms. Emulsion induced a significant delay in the cement paste setting by changing the amount and morphology of ettringite and portlandite at very early age. Differently, microcapsules didn’t show any effect on these properties. Experimental work on relevant mortars is done in order to prove the concept of a delayed release as a solution towards the decrease in mechanical properties. The influence of the new additive on setting, volume change, dynamic E-modulus and the compressive strength was analysed. New analytical techniques (AutoShrink, Ultrasonic Pulse Velocity and ConSensor) in combination with traditional ones (Penetration resistance test and compressive strength on cubes) were used. Microcapsules have successfully lowered the negative impact of silanes on the compressive strength and dynamic Young’s modulus. Moreover, it was showed that the microcapsules slightly influence autogenous deformation by increasing the shrinkage of mortars.Microencapsulation of the silicone resin proved to be a promising solution for the bulk hydrophobic treatment of cementitious materials with no-influence on cement hydration. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Bifidobacterium spp. são microrganismos probióticos que podem ser incorporados em produtos alimentícios. Entretanto, para que seus efeitos benéficos à saúde humana ocorram, é necessário que o número de células viáveis na hora do consumo seja, no mínimo, 106UFC/g. As bifidobactérias são sensíveis à elevada acidez e, por isso, torna-se necessária a busca por métodos que possam proteger a integridade da célula, sendo um deles a microencapsulação. Em uma primeira etapa do trabalho, Bifidobacterium lactis foi encapsulado em micropartículas de alginato e alginato modificado (alginatoquitosana, alginato-quitosana-sureteric e alginato-quitosana-acryl-eze) e sua sobrevivência e liberação das micropartículas em fluidos simulados do trato gastrintestinal foram mensuradas utilizando-se soluções tampão com pH 1,5, 5,6 e 7,5, na presença e na ausência de pepsina (3g/L), pancreatina (1g/L) e bile (10g/L). A liberação de células das micropartículas teve uma relação direta com o pH do tampão. A microencapsulação aumentou a taxa de sobrevivência de B. lactis, em comparação com células não encapsuladas, em soluções tampão com pH 1,5 sem a presença de enzimas. Em suco gástrico simulado com enzimas digestivas, por outro lado, foi observado que a pepsina proporcionou um efeito protetor sobre as células de B. lactis, e nesse caso, as taxas de sobrevivência do microrganismo estavam diretamente relacionadas com o grau de injúria das células. Em uma segunda etapa do trabalho, leites fermentados com Streptococcus salivarius ssp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus foram enriquecidos com culturas de Bifidobacterium lactis submetidas a quatro tratamentos diferentes: desidratação em temperatura ambiente, liofilização/congelamento, encapsulação em alginatoquitosana e encapsulação em alginato-quitosana-acryl-eze. A população sobrevivente de B. lactis foi determinada semanalmente no leite fermentado e também após tratamento simulando condições do trato gastrintestinal. Os resultados indicaram que na ausência de pepsina, as populações de B. lactis foram reduzidas drasticamente após o contato com tampão pH 1,5, não sendo possível a detecção de células viáveis livres ou encapsuladas após 120 minutos de teste. A presença de pepsina influenciou positivamente a recuperação de células viáveis de B. lactis em todas as condições testadas, mas as culturas na forma desidratada apresentaram melhores resultados que as culturas microencapsuladas ou liofilizadas. No caso do leite fermentado contendo as células desidratadas, a população de B. lactis, após o tratamento em suco gástrico com enzimas, foi superior à detectada no produto antes desse tratamento. Conclui-se que a microencapsulação não foi eficiente para proteger B. lactis em leite fermentado contra injúrias causadas pelo trato gastrintestinal simulado. / Bifidobacterium spp. are microorganisms that can be added to foods. However, the benefits for the human health occur when the numbers of viable cells in the moment of the consumption is at least 106CFU/g. Bifidobacteria are acid sensitive, and methods to protect cell integrity, such as microencapsulation, are needed. In the first part of the present study, Bifidobacterium lactis was encapsulated in microparticles of alginate and modified alginate (alginate-chitosan, alginate-chitosan-sureteric and alginate-chitosan-acryl-eze) and the survival and release from microparticles in simulated gastrointestinal conditions were measured, using buffers (pH 1.5, 5.6 and 7.5), in the absence and presence of pepsin (3g/L), pancreatin (1g/L) and bile. The release from microparticles presented a direct relationship with pH. When the pH was 1.5 and no enzyme was present, encapsulation improved the survival of B. lactis, when compared to free cells. However, pepsin had a protective effect on B. lactis, and the survival rate was directly related to the cells injury degree. In the second part of the study, fermented milk samples containing Streptococcus salivarius ssp. thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus were supplemented with B. lactis submitted to four different treatments: dehydration at room temperature, freeze drying, encapsulation in alginate-chitosan and encapsulation in alginate-chitosaacryl-eze. The number of viable B. lactis cells in the fermented milk was determined weekly and also after treatment with simulated gastrointestinal conditions. Results indicated that in the absence of pepsin, the number of viable cells decreased significantly after contact with buffers (pH 1.5), and no viable cell was detected after 120 minutes. Pepsin improved the recovery of viable cells in the assayed gastric conditions, being the dehydrated cultures more resistant than other cultures. In fermented milk containing the dehydrated cells, the number of viable cells increased after treatment with simulated gastrointestinal fluids. Microencapsulation was not an effective procedure to protect B. lactis in fermented milk against injury caused by the simulated gastrointestinal tract.

V diplomové práci je prezentovaná literární rešerše na téma termochromní pigmenty a jejich aplikace v polymerních matricích. Výzkum byl zaměřen na hlubší pochopení termochromního efektu v pigmentech na bázi molekulárních komplexů. Termochromní pigmenty byly aplikovány do polyuretanového textilního zátěru a bylo zjištěno optimální nastavení podmínek zátěru. Textilní zátěry byly podrobeny termickým zkouškám a zároveň byla pozorována jejich stálobarevnost.

O transplante de ilhotas pancreáticas humanas representa uma estratégia promissora para a cura do diabetes mellitus tipo 1 (DM1), mas a aplicação a todos os pacientes diabéticos ainda é impraticável devido à limitada disponibilidade de ilhotas ou células β e à necessidade de utilização de drogas imunossupressoras pelo paciente transplantado. O tratamento com imunossupressores após o transplante de ilhotas pode ser abolido quando se realiza o microencapsulamento das ilhotas pancreáticas. Neste trabalho investigou-se um novo biomaterial, Biodritina® (alginato/sulfato de condroitina) adequado ao microencapsulamento que gelifica na presença de íons de cálcio ou bário. A biocompatibilidade das microcápsulas tem sido avaliada segundo o grau de pureza do alginato utilizado na sua confecção. Amostras de alginato comercial purificado foram analisadas, comprovando-se a presença de impurezas (polifenóis, endotoxinas, proteínas) em níveis elevados, que impedem sua aplicação clínica. Optou-se, portanto pela utilização do alginato comercial ultrapurificado nos experimentos descritos neste trabalho. Das formulações de biomateriais avaliadas, as microcápsulas de bário-Biodritina apresentaram o melhor desempenho em testes de estabilidade físico-química. Estas microcápsulas mantiveram sua morfologia e estabilidade estrutural após permanecerem 30 dias na cavidade peritoneal de camundongos, conforme demonstrado por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Análises histológicas mostraram que microcápsulas de bário-Biodritina explantadas, não possuíam adesão celular em sua superfície. Estudos de permeabilidade demonstraram que o tamanho médio dos poros das microcápsulas de bário-Biodritina permite passagem de proteínas de até 70 kDa, enquanto os poros daquelas de cálcio-Biodritina comportam proteínas de até 100 kDa. Experimentos de coResumo | x cultivo de macrófagos peritoneais com ilhotas de rato microencapsuladas demonstraram uma capacidade imunoprotetora maior das microcápsulas de bário-Biodritina em relação às de cálcio- Biodritina, sendo que as primeiras não ativaram os macrófagos. A manutenção da viabilidade e função de ilhotas humanas microencapsuladas com bário-Biodritina foi confirmada através de ensaio funcional in vitro, no qual ilhotas microencapsuladas apresentaram níveis de secreção de insulina idênticos aos de ilhotas nuas. A prova de conceito do biomaterial foi realizada através do implante de ilhotas humanas microencapsuladas em bário-Biodritina em camundongos com DM1 induzido por estreptozotocina. A hiperglicemia desses animais foi corrigida pelo implante por um período superior a 60 dias, durante os quais o teste oral de tolerância à glicose mostrou-se normal, demonstrando completa funcionalidade e eficiência das ilhotas microencapsuladas com bário-Biodritina. Partindo de observações de que animais inoculados com a peçonha do escorpião Tityus serrulatus apresentam nesidioblastose, foi realizado o fracionamento do veneno por HPLC de fase reversa e 24 frações obtidas foram submetidas a ensaios de proliferação celular através da incorporação de 3H-timidina em células de insulinoma de rato RINm5F. Uma dessas frações foi capaz de induzir a proliferação das células RINm5F e quando aplicada a ilhotas humanas isoladas, elevou o índice de secreção de insulina e induziu um aumento da expressão dos mRNAs de insulina e PCNA. Portanto, demonstrou-se que o biomaterial bário-Biodritina possui as características necessárias para microencapsular células/ilhotas com eficiência e que a \"fração ativa\" do veneno do escorpião T. serrulatus induz proliferação de células RINm5F e melhora a secreção de insulina de ilhotas humanas. / Islet transplantation has been proposed as a promising therapeutic strategy for the cure of type 1 diabetes mellitus (DM), however, its application to all diabetic patients is still not possible due to the limited source of islets or β cells and to the need of an immunosuppressive treatment of the recipient to avoid graft rejection. The use of immunosupressors may be abolished when pancreatic islets are microencapsulated prior to transplantation. Here, we investigated the use of a new biomaterial suitable for cell microencapsulation, namely, Biodritin®, composed of alginate and chondroitin sulphate, which is capable of gelation in the presence of barium or calcium ions. Microcapsules biocompatibility has been evaluated according to the purity of the alginate used in its production. Samples of purified commercial alginate were analyzed, but the high levels of contaminants (proteins, endotoxins and polyphenols) detected prevented its use in clinical applications. On the other hand, also commercially available ultrapure alginate fulfills the requirements for this application, therefore, this biomaterial was chosen for our experiments. Among the different biomaterial formulations evaluated, barium-Biodritin microcapsules displayed the best performance in the physico-chemical tests. Scanning electronic microscopy revealed that barium-Biodritin microcapsules maintained their morphology and structural stability after being implanted for 30 days in the peritoneal cavity of mice. No cellular adhesion was detected on the surface of explanted barium-Biodritin microcapsules by histological analysis. Permeability studies determined the medium pore size of barium-Biodritin microcapsules, which allows proteins of up to 70 kDa to pass through the biomaterial, while calcium-Biodritin pores accomodate proteins of up to 100 kDa. Co-culture of peritoneal macrophages with microencapsulated rat islets, revealed a superior immunoprotective capacity of barium-Biodritin microcapsules, which were capable of protecting the islets with no macrophage activation. Microencapsulated and naked human islets presented identical insulin secretion levels upon stimulation with glucose in vitro, confirming that barium-Biodritin microencapsulation maintains the function and viability of human islets. Proof-of-concept experiments in which barium-Biodritin microencapsulated human islets were implanted into chemically-induced diabetic mice, showed that these animals maintained normal blood glucose levels for more than 60 days, during which oral glucose tolerance tests were normal, demonstrating the complete functionality and efficiency of barium-Biodritin microencapsulated human islets. From the observation that animals inoculated with the venom of the scorpion Tityus serrulatus presented nesidioblastosis, we decided to fractionate the venom to isolate the active principle. The venom was fractionated by reversed phase HPLC and 24 fractions were obtained and submitted to cellular proliferation assays, in which rat insulinoma RINm5F cells evaluated for 3H-timidina incorporation. One of these fractions was capable of inducing cell proliferation and was also applied to isolated human islets. Treated islets presented a higher insulin secretion index and an increase in insulin and PCNA mRNA expression. In conclusion, we demonstrated that the barium-Biodritin biomaterial possesses all characteristics required for efficient cell/islet microencapsulation and that the active fraction of Tityus serrulatus venom induces the proliferation of RINm5F cells and improves insulin secretion in human islets.

O transplante de ilhotas pancreáticas humanas representa uma estratégia promissora para a cura do diabetes mellitus tipo 1 (DM1), mas a aplicação a todos os pacientes diabéticos ainda é impraticável devido à limitada disponibilidade de ilhotas ou células β e à necessidade de utilização de drogas imunossupressoras pelo paciente transplantado. O tratamento com imunossupressores após o transplante de ilhotas pode ser abolido quando se realiza o microencapsulamento das ilhotas pancreáticas. Neste trabalho investigou-se um novo biomaterial, Biodritina® (alginato/sulfato de condroitina) adequado ao microencapsulamento que gelifica na presença de íons de cálcio ou bário. A biocompatibilidade das microcápsulas tem sido avaliada segundo o grau de pureza do alginato utilizado na sua confecção. Amostras de alginato comercial purificado foram analisadas, comprovando-se a presença de impurezas (polifenóis, endotoxinas, proteínas) em níveis elevados, que impedem sua aplicação clínica. Optou-se, portanto pela utilização do alginato comercial ultrapurificado nos experimentos descritos neste trabalho. Das formulações de biomateriais avaliadas, as microcápsulas de bário-Biodritina apresentaram o melhor desempenho em testes de estabilidade físico-química. Estas microcápsulas mantiveram sua morfologia e estabilidade estrutural após permanecerem 30 dias na cavidade peritoneal de camundongos, conforme demonstrado por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Análises histológicas mostraram que microcápsulas de bário-Biodritina explantadas, não possuíam adesão celular em sua superfície. Estudos de permeabilidade demonstraram que o tamanho médio dos poros das microcápsulas de bário-Biodritina permite passagem de proteínas de até 70 kDa, enquanto os poros daquelas de cálcio-Biodritina comportam proteínas de até 100 kDa. Experimentos de coResumo | x cultivo de macrófagos peritoneais com ilhotas de rato microencapsuladas demonstraram uma capacidade imunoprotetora maior das microcápsulas de bário-Biodritina em relação às de cálcio- Biodritina, sendo que as primeiras não ativaram os macrófagos. A manutenção da viabilidade e função de ilhotas humanas microencapsuladas com bário-Biodritina foi confirmada através de ensaio funcional in vitro, no qual ilhotas microencapsuladas apresentaram níveis de secreção de insulina idênticos aos de ilhotas nuas. A prova de conceito do biomaterial foi realizada através do implante de ilhotas humanas microencapsuladas em bário-Biodritina em camundongos com DM1 induzido por estreptozotocina. A hiperglicemia desses animais foi corrigida pelo implante por um período superior a 60 dias, durante os quais o teste oral de tolerância à glicose mostrou-se normal, demonstrando completa funcionalidade e eficiência das ilhotas microencapsuladas com bário-Biodritina. Partindo de observações de que animais inoculados com a peçonha do escorpião Tityus serrulatus apresentam nesidioblastose, foi realizado o fracionamento do veneno por HPLC de fase reversa e 24 frações obtidas foram submetidas a ensaios de proliferação celular através da incorporação de 3H-timidina em células de insulinoma de rato RINm5F. Uma dessas frações foi capaz de induzir a proliferação das células RINm5F e quando aplicada a ilhotas humanas isoladas, elevou o índice de secreção de insulina e induziu um aumento da expressão dos mRNAs de insulina e PCNA. Portanto, demonstrou-se que o biomaterial bário-Biodritina possui as características necessárias para microencapsular células/ilhotas com eficiência e que a \"fração ativa\" do veneno do escorpião T. serrulatus induz proliferação de células RINm5F e melhora a secreção de insulina de ilhotas humanas. / Islet transplantation has been proposed as a promising therapeutic strategy for the cure of type 1 diabetes mellitus (DM), however, its application to all diabetic patients is still not possible due to the limited source of islets or β cells and to the need of an immunosuppressive treatment of the recipient to avoid graft rejection. The use of immunosupressors may be abolished when pancreatic islets are microencapsulated prior to transplantation. Here, we investigated the use of a new biomaterial suitable for cell microencapsulation, namely, Biodritin®, composed of alginate and chondroitin sulphate, which is capable of gelation in the presence of barium or calcium ions. Microcapsules biocompatibility has been evaluated according to the purity of the alginate used in its production. Samples of purified commercial alginate were analyzed, but the high levels of contaminants (proteins, endotoxins and polyphenols) detected prevented its use in clinical applications. On the other hand, also commercially available ultrapure alginate fulfills the requirements for this application, therefore, this biomaterial was chosen for our experiments. Among the different biomaterial formulations evaluated, barium-Biodritin microcapsules displayed the best performance in the physico-chemical tests. Scanning electronic microscopy revealed that barium-Biodritin microcapsules maintained their morphology and structural stability after being implanted for 30 days in the peritoneal cavity of mice. No cellular adhesion was detected on the surface of explanted barium-Biodritin microcapsules by histological analysis. Permeability studies determined the medium pore size of barium-Biodritin microcapsules, which allows proteins of up to 70 kDa to pass through the biomaterial, while calcium-Biodritin pores accomodate proteins of up to 100 kDa. Co-culture of peritoneal macrophages with microencapsulated rat islets, revealed a superior immunoprotective capacity of barium-Biodritin microcapsules, which were capable of protecting the islets with no macrophage activation. Microencapsulated and naked human islets presented identical insulin secretion levels upon stimulation with glucose in vitro, confirming that barium-Biodritin microencapsulation maintains the function and viability of human islets. Proof-of-concept experiments in which barium-Biodritin microencapsulated human islets were implanted into chemically-induced diabetic mice, showed that these animals maintained normal blood glucose levels for more than 60 days, during which oral glucose tolerance tests were normal, demonstrating the complete functionality and efficiency of barium-Biodritin microencapsulated human islets. From the observation that animals inoculated with the venom of the scorpion Tityus serrulatus presented nesidioblastosis, we decided to fractionate the venom to isolate the active principle. The venom was fractionated by reversed phase HPLC and 24 fractions were obtained and submitted to cellular proliferation assays, in which rat insulinoma RINm5F cells evaluated for 3H-timidina incorporation. One of these fractions was capable of inducing cell proliferation and was also applied to isolated human islets. Treated islets presented a higher insulin secretion index and an increase in insulin and PCNA mRNA expression. In conclusion, we demonstrated that the barium-Biodritin biomaterial possesses all characteristics required for efficient cell/islet microencapsulation and that the active fraction of Tityus serrulatus venom induces the proliferation of RINm5F cells and improves insulin secretion in human islets.

Tesis por compendio / [ES] El objetivo de la presente tesis es el de desarrollar y utilizar técnicas basadas en la fotónica de baja frecuencia, como la radiofrecuencia, las microondas y los infrarrojos, para monitorizar de forma no destructiva procesos utilizados en la industria agroalimentaria, desde el punto de vista de la termodinámica irreversible. Estudiar los distintos fenómenos que ocurren durante la operación de deshidratación de patata mediante el secado con aire caliente combinado con microondas, utilizando la termografía infrarroja para monitorizar los perfiles de temperatura superficial que presenta la muestra, la espectrofotometría en el rango de las microondas y la termodinámica irreversible para modelizar el proceso. Desarrollar un sistema de monitorización de la congelación de la carne de pollo, que permita obtener datos del proceso a tiempo real y de forma no invasiva mediante la espectrofotometría en el rango de la radiofrecuencia y la termografía infrarroja. A su vez, con esos datos se modelizará el comportamiento del producto a lo largo del proceso de congelación, utilizando los principios de la termodinámica irreversible para estimar los distintos fenómenos que ocurren. Desarrollar una herramienta de predicción de los distintos estados del agua y la sacarosa durante el proceso de caramelizado de manzanas, basada en las propiedades dieléctricas obtenidas mediante la espectrofotometría en el rango de las microondas. Diseñar y desarrollar un sensor basado en las propiedades dieléctricas en el rango de la radiofrecuencia, capaz de monitorizar en tiempo real y de forma no invasiva con el medio las cinéticas de liberación de compuestos encapsulados en matrices de alginato en un medio líquido. Utilizando este nuevo sensor se pueden modelizar y estudiar las cinéticas de liberación y utilizarse para diseñar la encapsulación de compuestos. / [CA] L'objectiu de la present tesi és el de desenvolupar i utilitzar tècniques basades en la fotònica de baixa freqüència, com ara la radiofreqüència, les microones i els infrarojos, per monitoritzar de forma no destructiva processos utilitzats a la indústria agroalimentària, des del punt de vista de la termodinàmica irreversible. Estudiar els diferents fenòmens que ocorren durant l'operació de deshidratació de patata mitjançant l'assecat amb aire calent combinat amb microones, utilitzant la termografia infraroja per monitoritzar els perfils de temperatura superficial que presenta la mostra, l'espectrofotometria al rang de les microones i la termodinàmica irreversible per modelitzar el procés. Desenvolupar un sistema de monitorització de la congelació de la carn de pollastre, que permeti obtenir dades del procés a temps real i de manera no invasiva mitjançant l'espectrofotometria al rang de la radiofreqüència i la termografia infraroja. Alhora, amb aquestes dades es modelitzarà el comportament del producte al llarg del procés de congelació, utilitzant els principis de la termodinàmica irreversible per estimar els diferents fenòmens que ocorren. Desenvolupar una eina de predicció dels diferents estats de l'aigua i la sacarosa durant el procés de caramel·litzat de pomes, basada en les propietats dielèctrics obtingudes mitjançant l'espectrofotometria al rang de les microones. Dissenyar i desenvolupar un sensor basat en les propietats dielèctrics al rang de la radiofreqüència, capaç de monitoritzar en temps real i de forma no invasiva amb el medi les cinètiques d'alliberament de compostos encapsulats en matrius d'alginat en un medi líquid. Utilitzant aquest sensor nou es poden modelitzar i estudiar les cinètiques d'alliberament i utilitzar-se per dissenyar l'encapsulació de compostos. / [EN] The objective of this thesis is to develop and use techniques based on low-frequency photonics, such as radiofrequency, microwaves and infrared, to non-destructively monitor processes used in the agri-food industry, from the point of view of irreversible thermodynamics. To study the different phenomena that occur during the potato dehydration operation by drying with hot air combined with microwaves, using infrared thermography to monitor the surface temperature profiles of the sample, spectrophotometry in the microwave range and thermodynamics. irreversible to model the process. Develop a monitoring system for the freezing of chicken meat, which allows data to be obtained from the process in real time and non-invasively through spectrophotometry in the radiofrequency range and infrared thermography. In turn, with these data, the behavior of the product will be modeled throughout the freezing process, using the principles of irreversible thermodynamics to estimate the different phenomena that occur. To develop a prediction tool for the different states of water and sucrose during the candying process of apples, based on the dielectric properties obtained by spectrophotometry in the microwave range. Design and develop a sensor based on dielectric properties in the radiofrequency range, capable of monitoring in real time and non-invasively with the medium the release kinetics of compounds encapsulated in alginate matrices in a liquid medium. Using this new sensor, release kinetics can be modeled and studied and used to design the encapsulation of compounds. / The authors acknowledge the financial support from THE SPANISH MINISTERIO DE ECONOMÍA, INDUSTRIA Y COMPETITIVIDAD, Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad AGL2016- 80643-R, Agencia Estatal de Investigación (AEI) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Juan Ángel Tomás-Egea wants to thank the FPI Predoctoral Program of the Universitat Politècnica de València for its support. This paper is part of the I+D+i PID2020-116816RB-I00 project, funded by MCIN/ AEI/10.13039/501100011033. / Tomás Egea, JÁ. (2022). Fotónica aplicada a la monitorización de procesos y al desarrollo de sensores en la industria agroalimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182292 / Compendio