Ce travail porte sur la mise au point des nanocochléates intégrant à la fois l’amphotéricine B (AmB) et la miltéfosine (hexadécylphosphocholine, HePC) dotés de propriétés adéquates pour une administration par voie orale pour le traitement de la leishmaniose viscérale. Notre premier axe de recherche a été l’étude des interactions de l’AmB et de l’HePC avec les monocouches de lipides de DOPS (dioleoyl phosphatidylsérine) et de Cho (cholestérol) dans le développement de nanocochléates chargés avec ces deux principes actifs. Les résultats expérimentaux nous ont permis de déterminer le rapport drogue/lipides optimal pour la formulation des nanocochléates : 9DOPS/1Cho/0,5AmB/0,5HePC et de confirmer que dans la formulation de nanocochléates, l’AmB et l’HePC sont incorporés de façon stable et se situent au sein des bicouches lipidiques entre des lipides, plutôt que dans la phase aqueuse entre les bicouches.Notre second axe de recherche a porté sur la formulation et la caractérisation des nanocochléates chargés en AmB et en HePC. Ces nanocochléates ont été formulés à partir des liposomes unilamellaires encapsulant ces deux principes actifs. Les paramètres expérimentaux majeurs (taille de liposomes, proportion DOPS/1Cho) ont été optimisés. Les propriétés physico-chimiques des nanocochléates, telles que la taille, la charge de surface, la morphologie, le rendement d'encapsulation, l’organisation des principes actifs et la stabilité pendant le stockage au cours de temps ont été étudiées. En vue d'une formulation orale, la libération des principes actifs in vitro ainsi que la stabilité des nanocochléates in vitro dans les milieux gastro-intestinaux ont également été étudiés d’après la Pharmacopée des Etats-Unis. Enfin, une étude in vivo préliminaire chez le rat portant sur la pharmacocinétique plasmatique d'AmB après administration orale de nanocochléates chargés en AmB avec ou sans HePC en comparaison avec l’Ambisome® et la Fungizone® a été entamée. Les résultats préliminaires ont démontré une absorption significative par voie orale de l’AmB.Ce travail a permis de développer des nanocochléates avec des propriétés appropriées pour une formulation contenant à la fois l’AmB et l’HePC administrable par voie orale. Néanmoins, des optimisations restent à réaliser avant d’envisager une application clinique. / The aim of this work was to formulate nanocochleates containing both Amphotericin B (AmB) and miltefosine (hexadecylphosphocholine, HePC) with properties suitable for administration by the oral route for the treatment of visceral leishmaniasis. The first part of this work was a fundamental study of the interactions between AmB and HePC and monolayers of dioleylphosphatidylserine (DOPS) with or without cholesterol (Cho), to provide a basis for the formulation of nanocochleates containing the two active molecules. The results allowed us to define the optimal proportions for the formulation of nanocochleates: 9DOPS/1Cho/0.5AmB/0.5HePC and to predict that AmB and HePC would be incorporated stably into the formulation and would be located between the lipids in the bilayers rather than in the aqueous phase between the bilayers. The second part of the work was the formulation and characterization of nanococheates containing both AmB and HePC. These were derived from unilamellar liposomes containing the two active molecules. The crucial experimental parameters (size of the liposomes, ratio of DOPS to Cho) were optimized. The physico-chemical properties of the nanocochleates, such as the size, surface charge, morphology, encapsulation yield, the organization of the active molecules and the stability during long-term storage were studied. Since the formulation was destined for the oral route, in-vitro drug release and the stability of the nanocochleates in simulated gastro-intestinal media were studied according to the recommendations of the US Pharmacopeia. Finally, a preliminary in-vivo study of the plasma pharmacokinetics of AmB after oral gavage to rats of nanocochleates contained AmB with or without HePC, in comparison with AmBisome and Fungizone, was carried out. A significant oral absorption of AmB was observed. This work has led to the formulation of nanocochleates containing AmB and HePC with appropriate properties for oral administration. However, further optimization is necessary before such particles will be suitable for clinical use.

A leishmaniose é uma doença tropical negligenciada causada por diferentes espécies do gênero Leishmania que atinge grande parte da população mais pobre do mundo e sua manifestação visceral, que é fatal se não tratada, tem se alastrado atingindo grandes cidades, aumentando o número de pessoas com risco de infecção. Dentre os medicamentos em uso, está o análogo lipídico sintético hexadecilfosfocolina (miltefosina), administrado oralmente, que age nas membranas celulares do parasita e pode induzir apoptose, mas com modo de ação não totalmente esclarecido. O primeiro local de interação desse fármaco é a membrana celular do parasita, sendo importante o conhecimento da sua forma de interação. Neste trabalho examinamos propriedades de diversos modelos de membrana com diferentes composições, levando em consideração o conhecimento existente sobre a composição da membrana plasmática da Leishmania. Assim, as membranas modelo foram vesículas unilamelares grandes e gigantes (LUVs e GUVs), de fosfolipídios puros, de misturas binárias com fosfolipídios e colesterol e ainda misturas ternárias com ceramida, um esterol presente nas membranas de Leishmania. A interação com a miltefosina foi estudada em diferentes intervalos de concentração do fármaco. Como técnicas principais utilizamos a espectroscopia de fluorescência, estática e resolvida no tempo, a espectroscopia de correlação de fluorescência, microscopia de fluorescência e confocal e imagens por tempo de vida de fluorescência. Observou-se que a interação entre o fármaco e as membranas lipídicas ocorre de diferentes formas, dependendo i) da razão molar entre o fármaco e os lipídios; ii) da concentração real do fármaco, se abaixo ou acima da concentração micelar crítica (CMC); iii) da composição do modelo de membrana e da fase lipídica da bicamada. Em concentrações abaixo da CMC, a miltefosina tem efeito de fluidificação das bicamadas, principalmente quando elas se encontram em na fase gel, mas esse efeito é pouco pronunciado na presença de colesterol, pois esse composto protege a bicamada do efeito do fármaco. Em vesículas de misturas ternárias de fosfolipídio, colesterol e ceramida em alta concentração, não há separação de fases, e a presença de 10 mol% de miltefosina promove a formação de domínios de ceramida; nas vesículas em que a ceramida está em concentração molar mais baixa, formando domínios, a separação de fases fica menos evidente com o acréscimo de miltefosina. Em razões de concentração miltefosina/lipídio elevadas, mas ainda abaixo da CMC, observa-se diminuição no tamanho das vesículas, por formação de agregados de fármaco/lipídio com porções da bicamada. Em concentrações acima da CMC, ocorrem efeitos drásticos com solubilização de partes cada vez maiores da bicamada da membrana, e esses efeitos ocorrem em tempos menores quanto maior a concentração de miltefosina. Portanto, de maneira geral, o colesterol protege a bicamada do efeito da miltefosina, mas o fármaco tem efeito pronunciado em modelos de membrana de misturas ternárias contendo ceramida. Os efeitos variam com a concentração da miltefosina, com aumento da fluidez da bicamada em baixas razões fármaco/lipídios, solubilização de pequenas porções da bicamada e diminuição do tamanho das vesículas em razões maiores, mas ainda abaixo da CMC, e acima da CMC, formação de agregados do fármaco com porções dos lipídios da bicamada e fragmentação da membrana. / Leishmaniasis is a complex of diseases part of the neglected tropical diseases caused by several species of the genus Leishmania. It reaches a large part of the poorest people in the world and its visceral form, which is fatal if left untreated, has been spread around big cities, increasing the number of people at risk of infection. Among the used drugs for the treatment, there is the synthetic lipid analogue hexadecylphosphocholine (miltefosine), orally administrated, which acts in the cell membranes and can induce apoptosis like death, but its mechanism of action is not totally clear. The first interactions site of this drug is the cell membrane, and it is important to know its mechanism of interaction. In this work we explore properties of several membrane models with different compositions, taking into account the existent knowledge about the composition of the Leishmania plasma membrane. Therefore, the model membranes were giant and large unilamellar vesicles (GUVs and LUVs), formed from pure phospholipids, binary mixtures of phospholipids and cholesterol and ternary mixtures with ceramide, a sterol present in the Leishmania membranes. The interaction with miltefosine was studied in different intervals of drug concentration. The main techniques used were the steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy, fluorescence correlation spectroscopy, confocal and fluorescence microscopy and fluorescence lifetime imaging. The interaction depends on i) the molar ratio of drug and lipids; ii) the real concentration of the drug, if it is below or above the critical micelle concentration (CMC); iii) the composition of the model membrane and the lipid phase of the bilayer. In concentration below the CMC, miltefosine has an effect of bilayer fluidization, mainly when it is in a more ordered phase, but this effect is less pronounced in cholesterol presence, because this compound protects the bilayers from the drug effect. In vesicles from ternary mixtures of phospholipid, cholesterol and ceramide in high concentration, there is no phase separation, and the presence of 10 mol% of miltefosine promotes ceramide domains formation; in vesicles in which ceramide is in low concentration, forming domains, the phase separation is less evident with miltefosine addition. In high concentration ratio miltefosine/lipids, but below CMC, it is observed a decrease in vesicles size with drug/lipids aggregates formation from portion of the bilayer. In concentrations above the CMC, drastic effects occur, with solubilization of bigger portions of the membrane bilayer, and the effects occur in lower times for higher drug concentration. Therefore, generally, cholesterol protects bilayer from the effect of miltefosine, but the drug has a pronounced effect in model membranes of ternary mixtures containing ceramide. The effects vary with miltefosine concentration, increasing the bilayer fluidity in lower drug/lipid ratio, solubilization of small portions of the bilayer and decrease of vesicles size in higher ratios, but still below CMC, and above CMC, formation of aggregates of the drug with portions of bilayer lipids, and membrane fragmentation.

As leveduras de Candida spp. fazem parte da microbiota humana, entretanto podem causar tanto micoses superficiais quanto sistêmicas. As opções terapêuticas para as candidíases incluem três principais classes, os agentes poliênicos, azólicos e equinocandinas; no entanto, a maioria deles apresentam desvantagens de toxicidade e/ou farmacocinética, custos relativamente altos e aumento de isolados resistentes aos antifúngicos. A miltefosina (MFS), um composto alquilfosfocolina, é atualmente usada no tratamento de câncer de mama e de leishmanioses. Estudos prévios apontam a MFS como potencial alternativa para o tratamento das infecções fúngicas, porém possui elevada toxicidade. Dessa forma, este trabalho visa avaliar alternativas para o tratamento de candidíases. MFS e seus análogos sintéticos; nanopartículas de alginato e microemulsões como sistemas de liberação de MFS e/ou anfotericina B (AMB) foram avaliados quanto a atividade antifúngica in vitro e in vivo usando modelos de Galleria mellonella e modelo murino de candidíase vaginal. Dos análogos estruturais da MFS o composto 1 foi o mais ativo, apresentando efeito fungicida de maneira dose e tempo dependente; com a presença de ergosterol exógeno os valores de CIM de MFS e do composto 1 aumentam quando a concentração de ergosterol aumenta no meio de cultura, sugerindo que MFS e o composto 1 possam interagir com o ergosterol resultando em alteração da permeabilidade de membrana. Em ensaios de susceptibilidade in vitro a MFS livre foi mais efetiva que a MFS incorporada em nanopartículas de alginato (MFS.Alg) para todas as cepas de Candida spp. testadas. Em contrapartida, larvas de G. mellonella infectadas com C. albicans (SC 5314 ou IAL-40) foram protegidas da infecção quando tratadas com MFS.Alg (100 mg/Kg) em que houve redução das taxas de mortalidade e de morbidade, bem como redução da carga fúngica e do processo de filamentação do fungo. A AMB e a MFS foram efetivas no modelo larvário em doses de 1 e 20 mg/kg, respectivamente. Importantemente, a MFS em nanocarreador de alginato foi menos tóxica quando comparado com a sua forma livre. Adicionalmente, microemulsões (ME) foram produzidas para a incorporação de AMB e MFS. A formação de um sistema monofásico semelhante a um gel é visualizada com absorção de água após 4 horas de incubação em que agregados bem estruturados são formados indicando a fase hexagonal. Em modelo murino de candidíase vaginal as formulações de AMB e MFS em sistemas de liberação [MFS.Alg (1x), MFS-ME (3x), AMB-ME (3x)] foram comparadas com a formulação em creme [MFS-CR (6x) e AMB-CR (6x)], e todas foram capazes de reduzir a carga fúngica do tecido vaginal, porém as formulações em sistema de liberação foram as mais vantajosas comparadas com a formulação em creme tendo em vista a redução do custo e do número de aplicações levando a maior comodidade do paciente durante o tratamento da candidíase vaginal. Os resultados obtidos mostram dentre os análogos da MFS o Composto 1 foi o que melhor apresentou atividade antifúngica; e que a AMB e/ou MFS incorporadas em sistemas de liberação controlada (nanopartículas de alginato e microemulsões) foram capazes de reduzir efeitos colaterais (no caso da MFS) e de reduzir a carga fúngica nos tecidos infectados, podendo ser alternativas terapêuticas para o tratamento das candidíases. / The yeasts of Candida spp. are part of the human microbiota; however, they can cause both superficial and systemic mycoses. Therapeutic options for candidiasis include three main classes, polyenes, azoles and echinocandins; however, most of them exhibit disadvantages of toxicity and/or pharmacokinetics, relatively high costs and increase of antifungal resistant isolates. Miltefosine (MFS), an alkylphosphocholine compound, is currently used in the treatment of breast cancer and leishmaniasis. Previous studies indicate MFS as an alternative potential for the fungal infections treatment, but it has high toxicity. Thus, this study aims to evaluate alternatives for the treatment of candidiasis. MFS and its synthetic analogs; alginate nanoparticles and microemulsions such as release systems for MFS and / or amphotericin B (AMB) were evaluated for antifungal activity in vitro and in vivo using Galleria mellonella model and murine model of vaginal candidiasis. Among the analogs of MFS, compound 1 was the most active, showing a fungicidal effect in a dose-dependent manner; with the presence of exogenous ergosterol the MIC values of MFS and compound 1 increase when the concentration of ergosterol increases in the culture medium, suggesting that MFS and compound 1 may interact with ergosterol resulting in an altered membrane permeability. In vitro susceptibility assays the free MFS was more effective than the MFS incorporated in alginate nanoparticles (MFS.Alg) against all strains of Candida spp. tested. In contrast, C. albicans-infected G. mellonella larvae (SC 5314 or IAL-40) were protected from infection when treated with MFS.Alg (100 mg/kg) in which mortality and morbidity rates were reduced, as well as reduction of the fungal load and filamentation. AMB and MFS were effective in the larval model at doses of 1 and 20 mg/kg, respectively. Importantly, MFS in alginate nanocarrier was less toxic when compared to its free form. In addition, microemulsions (ME) were produced for the incorporation of AMB and MFS. The formation of a single-phase gel-like system is visualized with water absorption after 4 hours of incubation in which well-structured aggregates are formed indicating the hexagonal phase. In the murine model of vaginal candidiasis, formulations of AMB and MFS incorporated in release systems [MFS.Alg (1x), MFS-ME (3x), AMB-ME (3x)] were compared with the cream formulation [MFS-CR 6x) and AMB-CR (6x)], and all formulations were able to reduce the fungal load of vaginal tissue, but the release-system formulations were the most advantageous compared to the cream formulation in order to reduce the cost and number of applications leading to greater patient comfort during the treatment of vaginal candidiasis. The results obtained show that among the analogs of MFS, compound 1 was the one that presented the best antifungal activity; and that AMB and/or MFS incorporated in controlled release systems (alginate nanoparticles and microemulsions) were able to reduce side effects (in the case of MFS) and reduce fungal load in infected tissues, and they could be therapeutic alternatives for treatment of the candidiasis.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Tese - Rodrigo Alves Moreira - 2014.pdf: 6048324 bytes, checksum: 289d0c70e7ed1db107b03924d35a81de (MD5) Previous issue date: 2014-06-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cutaneous leishmaniasis is a neglected tropical disease that infects millions of people worldwide, representing a serious public health problem. The miltefosine (MT) is an alkylphospholipid that has been approved for the treatment of breast cancer metastasis and visceral leishmaniasis, although the mechanism of action at the molecular level is poorly understood. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy of the lipid spin lebel analog of stearic acid (5-DSA) and the maleimide derivative spin label (6-MSL) covalently bound to membrane proteins showed that the MT causes a large increase in the molecular dynamics of erythrocyte membranes (ghosts) and detergent resistant membranes (DRMs) prepared from erythrocyte membranes. In the vesicles of lipid raft constituents, it was shown that 20 mol% sphingomyelin could be replaced by 20 mol% MT with no change in the molecular dynamics. Furthermore, the effect of MT on DRMs was more pronounced than in erythrocyte ghosts, supporting the hypothesis that MT is a lipid raft modulator. At the reported MT-plasma concentrations found during the treatment of leishmaniasis (31-52μg/mL), our measurements in blood plasma indicated a hemolytic level of 2-5% and also showed that the MT concentration that changes the erythrocyte membrane fluidity to an extent that is detectable by EPR spectroscopy causes about 46% hemolysis. Subsequently, EPR studies performed with the same spin labels in the membrane of Leishmania (L.) amazonensis (promastigote) showed changes similar to those found in erythrocyte membranes. Cytotoxic effects on the parasites were also evaluated to investigate the relationships between the cytotoxic potential of MT and its ability to alter membrane fluidity. The EPR data showed that the minimum concentration of MT required to cause a change in the parasite membrane occurred near the values of MT concentration which inhibits 50 % of cell growth (IC50); thus, there is a correlation between the cytotoxicity and changes in the membrane. Although these III membrane alterations can be detected using a spin-labeled lipid, our experimental results indicated that MT interacts predominantly with the protein component of the membrane. Cell lysis was also detected by analyzing the supernatants of centrifuged samples for the presence of spin-labeled membrane fragments and cytoplasmic proteins. Using a method for the rapid incorporation of MT into the membrane, these effects were measured immediately after treatment under the same range of MT concentrations that cause cell growth inhibition. Cytotoxicity, estimated via microscopic counting of living and dead cells, indicated ∼ 70% cell death at the concentration of MT at which EPR spectroscopy detected a significant change in membrane dynamics. After this initial impact on the number of viable parasites, the processes of cell death and growth continued during the first 4 h of incubation. The EPR spectra of spin-labeled membrane-bound proteins were consistent with more expanded and solvent-exposed protein conformations, suggesting a detergent-like action. Thus, MT may form micelle-like structures around polypeptide chains, and proteins with a higher hydrophobicity may induce the penetration of hydrophilic groups of MT into the membrane, causing its rupture. / A leishmaniose cut ˆanea ´e uma doenc¸a tropical negligenciada que afetamilh˜oes de pessoas em todo mundo, representando um grave problema de sa´ude p´ublica. A miltefosina (MT) ´e um alquilfosfolip´ıdio aprovado inicialmente para tratamento de cˆancer metast ´atico e tamb´em foi licenciada para o tratamento da leishmaniose visceral, embora seu mecanismo de ac¸ ˜ao a n´ıvel molecular permanec¸a pouco compreendido. A espectroscopia de ressonˆancia paramagn´etica eletr ˆonica (RPE) do marcador de spin lip´ıdico an´alogo do ´acido este´arico (5-DSA) e do marcador de spin derivado do maleimido (6-MSL) ligado covalentemente `as prote´ınas de membrana demonstraram que a MT provoca um grande aumento na dinˆamica molecular das membranas de eritr ´ocito (ghosts) e membranas resistentes `a extrac¸ ˜ao por detergente (DRMs) preparadas a partir de membranas de eritr ´ocito. A t ´ecnica tamb´em demonstrou que em ves´ıculas formadas com lip´ıdios constituintes de rafts, 20 mol% de esfingomielina pode ser substitu´ıdo por 20 mol% de MT, sem qualquer alterac¸ ˜ao em termos de dinˆamica molecular. Al ´em disso, o efeito da MT em DRMs foi mais pronunciado do que em ghosts de eritr ´ocito, consistente com a hip´otese da MT ser um modulador de raft. Na concentrac¸ ˜ao de MT presente no plasma sangu´ıneo durante o tratamento de leishmaniose (31-52 μg/mL), as nossas medidas realizadas diretamente no sangue total indicaram um n´ıvel de 2-5% de hem´olise e tamb´em mostrou que a concentrac¸ ˜ao de MT capaz de alterar a fluidez da membrana de eritr ´ocito a n´ıvel detect ´avel pela espectroscopia de RPE causou cerca de 46% de hem´olise. Posteriormente, estudos de RPE realizados com os mesmos marcadores de spin na membrana de Leishmania (L.) amazonensis (forma promastigota) demonstraram alterac¸ ˜oes similares `as encontradas nas membranas de eritr ´ocito. Os efeitos citot ´oxicos sobre os parasitas tamb´em foram avaliados para investigar as relac¸ ˜oes entre os potenciais citot ´oxicos da MT e sua capacidade de alterar I a fluidez da membrana. Os dados de RPE demonstraram que a concentrac¸ ˜ao m´ınima necess´aria de MT para causar alterac¸ ˜ao na membrana do parasito ocorreu pr ´oximo dos valores de concentrac¸ ˜ao que inibe 50% do crescimento celular (IC50), existindo, portanto, uma correlac¸ ˜ao entre as alterac¸ ˜oes na membrana e a citotoxicidade. Embora o marcador de spin lip´ıdico tamb´em tenha detectado alterac¸ ˜oes na fluidez da membrana, os experimentos de RPE indicaram que a MT atua predominantemente no componente prot ´eico da membrana. A lise celular tamb´em foi detectada atrav´es da an´alise dos sobrenadantes das amostras centrifugadas onde foram encontrados fragmentos de membranas marcadas e tamb´em prote´ınas citoplasm´aticas. Usando um m´etodo para a r ´apida incorporac¸ ˜ao da MT na membrana, os efeitos de citotoxidade foram medidos imediatamente ap´os o tratamento e na mesma faixa de concentrac¸ ˜oes de MT que causam a inibic¸ ˜ao do crescimento celular. A citotoxicidade, estimada atrav´es da contagem microsc´opica das c´elulas vivas e mortas, indicou ∼ 70% de morte celular na concentrac¸ ˜ao de MT em que a espectroscopia de RPE detectou uma alterac¸ ˜ao significativa na dinˆamica da membrana. Ap´os o primeiro impacto no n´umero de parasitas vi ´aveis, o processo de morte e crescimento celular continuou durante as primeiras quatro horas de incubac¸ ˜ao. Os espectros de RPE de prote´ınas de membrana marcadas com o 6-MSL foram consistentes com conformac¸ ˜oes de prote´ına mais expandidas e expostas ao solvente, sugerindo uma ac¸ ˜ao t´ıpica dos detergentes. Nossa interpretac¸ ˜ao ´e que a MT pode formar estruturas semelhantes das micelas ao redor das cadeias polipept´ıdicas, expandindo as prote´ınas e que as prote´ınas com maior hidrofobicidade poderiam induzir a penetrac¸ ˜ao de grupos hidrof´ılicos da MT no interior da membrana, causando sua ruptura e consequentemente a morte da c´elula.

A leishmaniose é uma doença tropical negligenciada causada por diferentes espécies do gênero Leishmania que atinge grande parte da população mais pobre do mundo e sua manifestação visceral, que é fatal se não tratada, tem se alastrado atingindo grandes cidades, aumentando o número de pessoas com risco de infecção. Dentre os medicamentos em uso, está o análogo lipídico sintético hexadecilfosfocolina (miltefosina), administrado oralmente, que age nas membranas celulares do parasita e pode induzir apoptose, mas com modo de ação não totalmente esclarecido. O primeiro local de interação desse fármaco é a membrana celular do parasita, sendo importante o conhecimento da sua forma de interação. Neste trabalho examinamos propriedades de diversos modelos de membrana com diferentes composições, levando em consideração o conhecimento existente sobre a composição da membrana plasmática da Leishmania. Assim, as membranas modelo foram vesículas unilamelares grandes e gigantes (LUVs e GUVs), de fosfolipídios puros, de misturas binárias com fosfolipídios e colesterol e ainda misturas ternárias com ceramida, um esterol presente nas membranas de Leishmania. A interação com a miltefosina foi estudada em diferentes intervalos de concentração do fármaco. Como técnicas principais utilizamos a espectroscopia de fluorescência, estática e resolvida no tempo, a espectroscopia de correlação de fluorescência, microscopia de fluorescência e confocal e imagens por tempo de vida de fluorescência. Observou-se que a interação entre o fármaco e as membranas lipídicas ocorre de diferentes formas, dependendo i) da razão molar entre o fármaco e os lipídios; ii) da concentração real do fármaco, se abaixo ou acima da concentração micelar crítica (CMC); iii) da composição do modelo de membrana e da fase lipídica da bicamada. Em concentrações abaixo da CMC, a miltefosina tem efeito de fluidificação das bicamadas, principalmente quando elas se encontram em na fase gel, mas esse efeito é pouco pronunciado na presença de colesterol, pois esse composto protege a bicamada do efeito do fármaco. Em vesículas de misturas ternárias de fosfolipídio, colesterol e ceramida em alta concentração, não há separação de fases, e a presença de 10 mol% de miltefosina promove a formação de domínios de ceramida; nas vesículas em que a ceramida está em concentração molar mais baixa, formando domínios, a separação de fases fica menos evidente com o acréscimo de miltefosina. Em razões de concentração miltefosina/lipídio elevadas, mas ainda abaixo da CMC, observa-se diminuição no tamanho das vesículas, por formação de agregados de fármaco/lipídio com porções da bicamada. Em concentrações acima da CMC, ocorrem efeitos drásticos com solubilização de partes cada vez maiores da bicamada da membrana, e esses efeitos ocorrem em tempos menores quanto maior a concentração de miltefosina. Portanto, de maneira geral, o colesterol protege a bicamada do efeito da miltefosina, mas o fármaco tem efeito pronunciado em modelos de membrana de misturas ternárias contendo ceramida. Os efeitos variam com a concentração da miltefosina, com aumento da fluidez da bicamada em baixas razões fármaco/lipídios, solubilização de pequenas porções da bicamada e diminuição do tamanho das vesículas em razões maiores, mas ainda abaixo da CMC, e acima da CMC, formação de agregados do fármaco com porções dos lipídios da bicamada e fragmentação da membrana. / Leishmaniasis is a complex of diseases part of the neglected tropical diseases caused by several species of the genus Leishmania. It reaches a large part of the poorest people in the world and its visceral form, which is fatal if left untreated, has been spread around big cities, increasing the number of people at risk of infection. Among the used drugs for the treatment, there is the synthetic lipid analogue hexadecylphosphocholine (miltefosine), orally administrated, which acts in the cell membranes and can induce apoptosis like death, but its mechanism of action is not totally clear. The first interactions site of this drug is the cell membrane, and it is important to know its mechanism of interaction. In this work we explore properties of several membrane models with different compositions, taking into account the existent knowledge about the composition of the Leishmania plasma membrane. Therefore, the model membranes were giant and large unilamellar vesicles (GUVs and LUVs), formed from pure phospholipids, binary mixtures of phospholipids and cholesterol and ternary mixtures with ceramide, a sterol present in the Leishmania membranes. The interaction with miltefosine was studied in different intervals of drug concentration. The main techniques used were the steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy, fluorescence correlation spectroscopy, confocal and fluorescence microscopy and fluorescence lifetime imaging. The interaction depends on i) the molar ratio of drug and lipids; ii) the real concentration of the drug, if it is below or above the critical micelle concentration (CMC); iii) the composition of the model membrane and the lipid phase of the bilayer. In concentration below the CMC, miltefosine has an effect of bilayer fluidization, mainly when it is in a more ordered phase, but this effect is less pronounced in cholesterol presence, because this compound protects the bilayers from the drug effect. In vesicles from ternary mixtures of phospholipid, cholesterol and ceramide in high concentration, there is no phase separation, and the presence of 10 mol% of miltefosine promotes ceramide domains formation; in vesicles in which ceramide is in low concentration, forming domains, the phase separation is less evident with miltefosine addition. In high concentration ratio miltefosine/lipids, but below CMC, it is observed a decrease in vesicles size with drug/lipids aggregates formation from portion of the bilayer. In concentrations above the CMC, drastic effects occur, with solubilization of bigger portions of the membrane bilayer, and the effects occur in lower times for higher drug concentration. Therefore, generally, cholesterol protects bilayer from the effect of miltefosine, but the drug has a pronounced effect in model membranes of ternary mixtures containing ceramide. The effects vary with miltefosine concentration, increasing the bilayer fluidity in lower drug/lipid ratio, solubilization of small portions of the bilayer and decrease of vesicles size in higher ratios, but still below CMC, and above CMC, formation of aggregates of the drug with portions of bilayer lipids, and membrane fragmentation.

A RMN é uma das principais técnicas usadas no estudo de perfis metabólicos pois é uma técnica quantitativa, altamente reprodutível e não-seletiva. Desta forma, o objetivo desta tese foi a aplicação da RMN no estudo metabólico em diferentes processos biológicos. A primeira aplicação foi na análise do perfil metabolômico e metabonômico dos agentes causadores da leishmaniose. Para tal, foram analisados extratos celulares das espécies Leishmania major e Leishmania donovani e extratos destas espécies crescidas com os fármacos miltefosina e paromomicina. Os espectros de RMN de 1H foram analisados pelo programa ChenoMX e os espectros de RMN 2D pelo software TopSpin e as bases de dados HMDB e BMRB. Cerca de 50 metabólitos foram identificados, como a adenina, arginina, glutamina, glutamato, manose, isoleucina, leucina e tirosina. Técnicas quimiométricas como PCA, PLS-DA e heatmaps foram utilizadas para investigar os metabólitos responsáveis pela diferenciação das duas espécies bem como entre as culturas com e sem fármacos. O segundo estudo foi com o composto metilglioxal. A presença de metilglioxal em queijos contribui com o escurecimento e deterioração do sabor, mesmo em baixas temperaturas. Por esta razão, foram estudados os produtos da adição de metilglioxal em extrato de queijo parmesão e o comportamento de diferentes espécies de lactobacilos na presença e na ausência de metilglioxal em extrato de queijo parmesão. Os resultados permitiram um entendimento maior das reações envolvidas entre esta molécula e os componentes do queijo, o que ajudará encontrar alternativas para a resolução do problema e aumentar o tempo de prateleira do queijo. O terceiro estudo realizado foi sobre a produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo deste estudo foi modificar geneticamente uma espécie de lactobacilo para a produção de etanol e analisar a vinhaça de planta de etanol pós-fermentação com levedura. Os espectros de RMN de 1H e 1H-13C mostraram que as bactérias modificadas são eficientes na produção de etanol e que dois açucares foram erroneamente identificados por cromatografia como maltose e maltotriose quando na verdade eram trealose e arabinose.  Por meio destes destes estudos mostrou-se parte das inúmeras aplicações que a RMN tem na metabolômica e que existem diversas ferramentas estatísticas disponíveis para auxiliar no estudo metabolômico. / NMR is one of the main techniques used in metabolic profile studies because it is a quantitative, highly reproducible and non-selective technique. Thus, the aim of this thesis was the application of NMR in metabolic studies of different biological processes. The first application was the analysis of the metabolomic and metabonomic profile of the causative agents of leishmaniasis. Cell extracts of the species Leishmania major and Leishmania donovani and extracts of these species grown with miltefosine and paromomycin drugs were analyzed. 1H spectra were analyzed by ChenoMX software and 2D spectra by TopSpin software and HMDB and BMRB databases. About 50 metabolites were identified, such as adenine, arginine, glutamine, glutamate, mannose, isoleucine, leucine and tyrosine. Chemometric techniques were used to investigate the metabolites responsible for the differentiation of the two species and between cultures with and without drugs. The second study was with methylglyoxal molecule. The presence of methylglyoxal in cheese contributes to browning and deterioration of flavor, even at low temperatures. For this reason, products of the addition of methylglyoxal in Parmesan cheese extract and the behavior of different species of lactobacilli in the presence and absence of methylglyoxal in Parmesan cheese extract were studied. The results allowed a better understanding of the reactions involved between this molecule and the components of the cheese, which will help find alternatives to solve the problem and increase the shelf life of the cheese. The third study was about the production of ethanol from lignocellulosic biomass. The objective of this study was to genetically modify a lactobacillus species to produce ethanol and analyze the post-fermentation thin stillage. NMR spectra showed that the modified bacteria are efficient in production of ethanol and that two sugars were erroneously being identified by chromatography as maltose and maltotriose when they actually were trehalose and arabinose. These studies showed part of the numerous applications that NMR has in metabolomics and that there are several statistical tools available to assist in metabolomic studies.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Juliana Brambilla Carnielli Trindade.pdf: 2849315 bytes, checksum: 7616fcb4f5c5c1eb15d8ead21bf19870 (MD5) Previous issue date: 2011-04-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Leishmaniose visceral (LV) é uma doença sistêmica, fatal se não tratada, causada por parasitas protozoários do gênero Leishmania complexo donovani, o qual abriga a espécie L. (L.) chagasi. O tratamento da LV conta com poucas opções terapêuticas, incluindo os antimoniais pentavalentes, anfotericina B e a miltefosina. A miltefosina foi recentemente aprovada na Índia como a primeira droga de administração oral para o tratamento da LV. Os mecanismos de resistência à miltefosina estão sendo elucidados em linhagens experimentais de Leishmania spp. resistentes a esta droga. Entretanto, os mecanismos de resistência à miltefosina em isolados clínicos de Leishmania são pouco conhecidos. Neste estudo foi utilizada a técnica de eletroforese bidimensional acoplada à espectrometria de massas com o objetivo de destacar e identificar proteínas que são diferencialmente expressas entre formas promastigotas de isolados clínicos de L. (L.) chagasi sensíveis (S: S1 e S2) e resistentes (R: R1 e R2) à miltefosina, obtidos de pacientes com LV que participaram de um estudo clínico realizado no Brasil para avaliar a eficácia dessa droga. Os perfis protéicos obtidos dos isolados clínicos apresentaram em média 459 spots , correspondendo a 5,7% dos produtos gênicos preditos para Leishmania spp. A análise comparativa entre os perfis protéicos dos isolados clínicos S e R permitiu a detecção de 80 spots diferencialmente expressos. Desses, 18 spots foram encontrados exclusivamente no perfil do grupo S e apenas 1 no grupo R, enquanto 48 spots apresentaram diferença quantitativa na expressão protéica entre os grupos. Os demais spots foram encontrados em um único isolado (7 em S1, 3 em S2 e 2 em R1) ou em três isolados simultaneamente (1 em S1, S2 e R1). A análise desses spots por espectrometria de massas em sistema MALDI/TOF-TOF identificou 49 spots (61,3%), os quais correspondem a 32 proteínas distintas e 7 proteínas hipotéticas. Entre as proteínas identificadas, a peroxirredoxina (expressão aumentada em R) e uma cisteíno peptidase semelhante à calpaína (exclusiva do grupo S) foram destacadas por indicar que os isolados resistentes são menos susceptíveis ao processo de morte celular programada. Estes dados sugerem que estas proteínas podem estar relacionadas com o fenótipo resistência à miltefosina / Visceral leishmaniasis is a systemic disease that is fatal if untreated and is caused by the Leishmania donovani complex, which include the Leishmania (L.) chagasi. Visceral leishmaniasis treatment relies on a few chemotherapeutic drugs including Sb(V), amphotericin B and miltefosine. Miltefosine was recently approved as the first oral drug active against visceral leishmaniasis in India. Miltefosine resistance mechanisms are being elucidated in laboratory Leishmania spp. isolates but are less clear in clinical isolates. In this study, we used comparative two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry methodologies to highlight and identify proteins that are differentially expressed between miltefosine-sensitive (S: S1 and S2) and resistant (R: R1 and R2) L. (L.) chagasi isolates from kala-azar patients included in clinical trial in Brazil, in order to assess the effectiveness of this drug. We describe here a high-resolution proteome for L. (L.) chagasi promastigotes comprising an average of 459 spots, which corresponds to 5,7% of gene products predicted for Leishmania spp. Following comparison of the whole proteome profiles between sensitive and resistant L. (L.) chagasi clinical field strains, 80 differentially expressed spots were detected. Eighteen spots were found to be specific of a sensitive group and only one of a resistant group, while 48 spots changed in intensity between these groups. The others spots were present in a unique isolates (7 in S1, 3 in S2 and 2 in R1) or in three isolates simultaneously (1 in S1, S2 e R1). MALDI/TOF-TOF mass spectrometry allowed the identification of 49 spots (61,3%) corresponding to 32 distinct protein and 7 hypothetical proteins. Among the proteins identified, the comparative proteomics screen highlighted two proteins, peroxidoxin (overexpressed in R group) and calpain-like cisteína peptidase (exclusively detected in S), differentially expressed, suggesting that programmed cell death is reduced in resistant parasite. These data suggest that these proteins may be related to resistance phenotype to miltefosine

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renata Monti Rocha.pdf: 1272962 bytes, checksum: 4d1bebef0b65d090fb6d7fe64d1b0b74 (MD5) Previous issue date: 2012-04-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A miltefosina tem sido utilizada com sucesso para o tratamento de LV na Índia, com um índice de cura de 94%. Entretanto, um ensaio clínico realizado pela primeira vez no Brasil demonstrou que cerca de 50% dos pacientes com LV apresentou falha após o tratamento. Uma hipótese para justificar a ocorrência de falha terapêutica em pacientes tratados no Brasil seria a ocorrência de sensibilidade variada à miltefosina entre os isolados de L. chagasi. A variação na sensibilidade à miltefosina tem sido relacionada a diferenças na capacidade de internalização da droga como resultado direto de um defeito na maquinaria de translocação presente na membrana celular da Leishmania, composta por pelo menos duas proteínas, LdMT, e sua subunidade β, LdRos3. Sendo assim, os objetivos desse estudo foram avaliar se há correlação entre a sensibilidade in vitro à miltefosina de isolados de L. chagasi com a resposta ao tratamento, e correlacionar a suscetibilidade à miltefosina com a expressão de proteínas relacionadas à sua maquinaria de translocação. Utilizando ensaios de infecção de macrófagos, os resultados obtidos mostraram que todos os isolados de pacientes curados após o tratamento foram sensíveis in vitro à miltefosina (CI50 2,6 - 7,94 μM), enquanto 10 dos 12 isolados de pacientes que apresentaram falha ao tratamento mostraram-se resistentes (CI50 > 15 μM). Os dois isolados que mostraram-se sensíveis antes do tratamento tornaram-se resistentes, mostrando a aquisição de resistência durante o tratamento. Esses dados sugerem que a falha de tratamento observada em pacientes portadores de LV no Brasil está relacionada a resistência do parasita à droga. Por outro lado, a análise da expressão gênica de proteínas responsáveis pela captação da miltefosina não mostrou diferença entre os isolados sensíveis e resistentes. Diante destes resultados acreditamos que o monitoramento da sensibilidade de isolados clínicos de Leishmania à miltefosina seja de grande relevância para predizer falha de tratamento. Além disso, considerando que testes in vitro de infecção de macrófagos são laboriosos e demorados, a busca de marcadores de resistência utilizando metodologias mais simples e rápidas é importante para facilitar esse monitoramento / The miltefosine has been used successfully for treatment of VL in India, with a cure rate of 94%. However, a clinical trial demonstrated that, in Brazil, about 50% of patients with VL failed after treatment. One hypothesis to explain the occurrence of therapeutic failure in patients treated in Brazil would be the occurrence of variable sensitivity to miltefosine among L. chagasi isolate. The variation in the sensitivity to miltefosine has been related to differences in the ability to internalize the drug as a direct result of a defect in the translocation machinery present in the cell membrane of Leishmania, comprising at least two proteins, LdMT and its β subunit, LdRos3. Therefore, the objectives of this study were to evaluate the correlation of in vitro sensitivity to miltefosine in L. chagasi isolates with the response to treatment, and correlate miltefosine susceptibility with the expression of proteins related to their translocation machinery. Using macrophage infection assays, our results showed that all strains obtained from patients cured after treatment were susceptible to miltefosine in vitro (IC50 2.6 - 7.94 mM), whereas 10 of 12 samples of patients who presented treatment failure were resistant (IC50> 15 mM). Those two isolates that were sensitive pre-treatment have become resistant, indicating the acquisition of resistance during the treatment. Therefore, these data suggest that the treatment failure observed in patients with VL in Brazil is related to parasite drug resistance. On the other hand, the analysis of gene expression of proteins responsible for miltefosine uptake showed no difference between sensitive and resistant isolates. Considering these results, we believe that monitoring the sensitivity of clinical isolates of Leishmania to miltefosine is highly relevant for predicting treatment failure. Moreover, since in vitro infection of macrophages used to evaluate the parasite sensitivity to the drug is laborious and time consuming, the search for drug resistance markers using simple and rapid methods is important to facilitate this monitoring.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-06-09T21:26:35Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kelly de Souza Fernandes - 2016: 2715711 bytes, checksum: a2c065301e1443bb424fa23c738e43d2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-10T13:24:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kelly de Souza Fernandes - 2016: 2715711 bytes, checksum: a2c065301e1443bb424fa23c738e43d2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-10T13:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kelly de Souza Fernandes - 2016: 2715711 bytes, checksum: a2c065301e1443bb424fa23c738e43d2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Miltefosine (MT) is a alkylphospholipid originally developed for treatment of breast cancer and other solid tumors. It is currently used in the treatment of leishmaniasis, an infectious parasitic disease caused by protozoa of the genus Leishmania, being the first oral drug adopted for this purpose. However, its mechanism of action remains unclear. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy of a spin-labeled lipid (5-DOXIL stearate) and a thiol-specific spin label (4-maleimido-TEMPO) in the membrane of axenic amastigotes of L.(Leishmania) amazonensis and peritoneal macrophages from Balb/c mice showed that MT causes significant increase in membrane dynamics at similar concentrations that inhibit parasite growth or are cytotoxic to macrophage. Although these alterations can be detected using a spin-labeled lipid, our experimental results indicated that MT interacts predominantly with the protein component of the membrane. Using a method for the rapid incorporation of MT into the membrane, these effects were measured immediately after treatment. Cytotoxicity, estimated via microscopic counting of living and dead cells, indicated ~80% parasites and macrophages death at the concentration of MT at which EPR spectroscopy detected a significant change in membrane dynamics. Cell viability, analyzed using the MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5- diphenyltetrazolium bromide tetrazolium) reduction assay, showed that 50% inhibitory concentration (IC50) of MT depends on the cell concentration used in the assay. This dependence was analyzed using a theoretical equation involving biophysical parameters such as the partition coefficient of watermembrane and MT concentrations on the membrane and in the aqueous medium. The data showed that cells more sensitive to MT are respectively: erythrocytes, Leishmania promastigotes and Leishmania amastigotes and macrophage. The IC50 value of MT for 4 x 107 parasites/mL was 24,35 M. For the same cell concentration, a significant alteration was detected in the membrane lipid fluidity of parasites to 15 M of MT. The EPR spectra of spinlabeled membrane-bound proteins were consistent with more expanded and solvent exposed protein conformations, suggesting a detergent-like action, with a possible formation of micelle-like structures around polypeptide chains. / A Miltefosina (MT) é um alquilfosfolipídio originalmente desenvolvido para o tratamento de câncer de mama e outros tumores sólidos. Atualmente é utilizada no tratamento da leishmaniose, uma doença infecto-parasitária causada pelo protozoário do gênero Leishmania, sendo o primeiro fármaco de uso oral aprovado para tal fim. No entanto, seu mecanismo de ação ainda é pouco conhecido. A espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) de um marcador de spin lipídico (5-DOXIL estearato) e outro específico de grupo tiol (4-maleimido-TEMPO) na membrana de amastigotas axênicas de L. (Leishmania) amazonensis e de macrófagos extraídos de peritônio de camundongos BALB/c, mostrou que a MT causa um aumento significativo na dinâmica destas membranas para concentrações similares àquelas que inibem o crescimento do parasito ou que são citotóxicas ao macrófago. Embora essas alterações possam ser detectadas usando um marcador de spin lipídico, nossos resultados experimentais indicaram que a MT interage predominantemente com a componente proteica da membrana. Utilizando um método para incorporação rápida da MT na membrana, esses efeitos foram medidos imediatamente após o tratamento. Ensaios de citotoxicidade, estimada via contagem microscópica de células vivas e mortas, indicaram que ~80% dos parasitos e dos macrófagos estão mortos na concentração de MT no qual a espectroscopia de RPE detectou uma mudança significativa na dinâmica da membrana. A viabilidade celular, quantificada pela redução do sal MTT ((3-4,5- Dimetiltiazol-2yl)-2,5 difenil brometo de tetrazolina), mostrou que a concentração de MT que inibe 50% da proliferação celular (IC50) depende da concentração celular usada no ensaio. Esta dependência foi analisada utilizando uma equação teórica envolvendo parâmetros biofísicos tais como o coeficiente de partição membrana-água e concentrações de MT na membrana e no meio aquoso. Os dados mostraram que as células mais sensíveis à MT são respectivamente: eritrócitos, formas promastigotas e amastigotas da Leishmania e macrófagos. O valor do IC50 da MT para 4 x 107 parasitos/mL foi de 24,35 M. Para esta mesma concentração de células, foi detectada uma alteração significativa na fluidez lipídica da membrana dos parasitos com 15 M de MT. Os espectros de RPE do marcador de spin ligados a proteínas da membrana foram consistentes com as conformações mais expandidas e dinâmicas das proteínas expostas no solvente, sugerindo uma ação semelhante à de detergente, com uma possível formação de estruturas tipo micelas em volta das cadeias polipeptídicas.

A RMN é uma das principais técnicas usadas no estudo de perfis metabólicos pois é uma técnica quantitativa, altamente reprodutível e não-seletiva. Desta forma, o objetivo desta tese foi a aplicação da RMN no estudo metabólico em diferentes processos biológicos. A primeira aplicação foi na análise do perfil metabolômico e metabonômico dos agentes causadores da leishmaniose. Para tal, foram analisados extratos celulares das espécies Leishmania major e Leishmania donovani e extratos destas espécies crescidas com os fármacos miltefosina e paromomicina. Os espectros de RMN de 1H foram analisados pelo programa ChenoMX e os espectros de RMN 2D pelo software TopSpin e as bases de dados HMDB e BMRB. Cerca de 50 metabólitos foram identificados, como a adenina, arginina, glutamina, glutamato, manose, isoleucina, leucina e tirosina. Técnicas quimiométricas como PCA, PLS-DA e heatmaps foram utilizadas para investigar os metabólitos responsáveis pela diferenciação das duas espécies bem como entre as culturas com e sem fármacos. O segundo estudo foi com o composto metilglioxal. A presença de metilglioxal em queijos contribui com o escurecimento e deterioração do sabor, mesmo em baixas temperaturas. Por esta razão, foram estudados os produtos da adição de metilglioxal em extrato de queijo parmesão e o comportamento de diferentes espécies de lactobacilos na presença e na ausência de metilglioxal em extrato de queijo parmesão. Os resultados permitiram um entendimento maior das reações envolvidas entre esta molécula e os componentes do queijo, o que ajudará encontrar alternativas para a resolução do problema e aumentar o tempo de prateleira do queijo. O terceiro estudo realizado foi sobre a produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo deste estudo foi modificar geneticamente uma espécie de lactobacilo para a produção de etanol e analisar a vinhaça de planta de etanol pós-fermentação com levedura. Os espectros de RMN de 1H e 1H-13C mostraram que as bactérias modificadas são eficientes na produção de etanol e que dois açucares foram erroneamente identificados por cromatografia como maltose e maltotriose quando na verdade eram trealose e arabinose.  Por meio destes destes estudos mostrou-se parte das inúmeras aplicações que a RMN tem na metabolômica e que existem diversas ferramentas estatísticas disponíveis para auxiliar no estudo metabolômico. / NMR is one of the main techniques used in metabolic profile studies because it is a quantitative, highly reproducible and non-selective technique. Thus, the aim of this thesis was the application of NMR in metabolic studies of different biological processes. The first application was the analysis of the metabolomic and metabonomic profile of the causative agents of leishmaniasis. Cell extracts of the species Leishmania major and Leishmania donovani and extracts of these species grown with miltefosine and paromomycin drugs were analyzed. 1H spectra were analyzed by ChenoMX software and 2D spectra by TopSpin software and HMDB and BMRB databases. About 50 metabolites were identified, such as adenine, arginine, glutamine, glutamate, mannose, isoleucine, leucine and tyrosine. Chemometric techniques were used to investigate the metabolites responsible for the differentiation of the two species and between cultures with and without drugs. The second study was with methylglyoxal molecule. The presence of methylglyoxal in cheese contributes to browning and deterioration of flavor, even at low temperatures. For this reason, products of the addition of methylglyoxal in Parmesan cheese extract and the behavior of different species of lactobacilli in the presence and absence of methylglyoxal in Parmesan cheese extract were studied. The results allowed a better understanding of the reactions involved between this molecule and the components of the cheese, which will help find alternatives to solve the problem and increase the shelf life of the cheese. The third study was about the production of ethanol from lignocellulosic biomass. The objective of this study was to genetically modify a lactobacillus species to produce ethanol and analyze the post-fermentation thin stillage. NMR spectra showed that the modified bacteria are efficient in production of ethanol and that two sugars were erroneously being identified by chromatography as maltose and maltotriose when they actually were trehalose and arabinose. These studies showed part of the numerous applications that NMR has in metabolomics and that there are several statistical tools available to assist in metabolomic studies.