O processo de interferência de RNA refere-se ao silenciamento pós transcricional seqüência-específico de genes em animais e plantas capaz de ser promovido por dsRNA homólogo à seqüência do gene silenciado. Este processo pode ser aplicado como terapia, que apresenta como vantagens a especificidade pelos alvos escolhidos, a possibilidade de tratar uma enorme gama de doenças genéticas, além do fato de ser muito potente e eficaz. Contudo, o principal desafio consiste em manter a estabilidade dos siRNAs nos fluidos biológicos, visto que estes são bastante susceptíveis à excreção renal e a degradação por RNAses. Com isso, reforça-se a necessidade de sistemas de liberação adequados, que sejam capazes de manter a estabilidade dos siRNAs por tempo suficiente para que atinjam os órgãos alvo da terapia e promover sua liberação sustentada. De particular interesse são determinadas proteínas e peptídeos de transdução (PTDs) que podem ser ligados a fármacos hidrofílicos e assim tornam possível com que estes atravessem membranas. Neste sentido, muitos sistemas carreadores não-virais tem sido estudados para a veiculação de siRNA, sendo de cunho inovador o desenvolvimento de sistemas de liberação nanoestruturados baseados em cristais líquidos funcionalizados com peptídeos de transdução de membrana para a veiculação tópica de siRNAs. Desta forma, nanopartículas de cristais líquidos de fase hexagonal contendo ou não os aditivos catiônicos polietileimina (PEI) e oleilamina (OAM) foram funcionalizadas com peptídeos de transdução de membranas TAT (TAT) ou penetratin (PNT). Os sistemas obtidos foram complexados com siRNA por interação eletrostática e caracterizados através de medidas de tamanho de partícula/ polidispersividade, potencial zeta e eficiência de complexação. A citotoxicidade dos sistemas foi avaliada em fibroblastos L929 pelo ensaio do MTT e por citometria de fluxo e a avaliação da transfecção in vitro foi realizada por citometria de fluxo e por microscopia de fluorescência. Os sistemas contendo PEI ou OAM apresentavam potencial zeta positivo e foram capazes de complexar o siRNA adicionado na concentração de 10 ?M. Os estudos em culturas celulares demonstraram que os sistemas contendo ácido oleico (AO) foram mais eficientes quanto à transfecção em células de fibroblastos L929 e esta eficiência de transfecção foi aumentada com a funcionalização com o peptídeo TAT. A partir daí, os sistemas selecionados foram avaliados quanto a penetração cutânea in vivo. Os sistemas nanodispersos formados por MO/AO/PEI proporcionaram uma maior liberação de siRNA na pele e a eficiência de supressão de TNF-alfa em modelo animal de inflamação cutânea foram maiores que formulações controle. Com isso, demonstrou-se que os sistemas desenvolvidos são promissores para a futura aplicação na terapia gênica tópica de doenças cutâneas inflamatórias. / The RNA interference process refers to the sequence-specific posttranscriptional silencing of genes in animals and plants capable of being promoted by dsRNA that are homologous to the sequence of the silenced gene. This process can be applied as therapy, which presents advantages such as the specificity to the chosen targets, the possibility to treat a variety of genetic diseases, besides being very potent and efficacious. However, the major hurdle consists in keeping the siRNAs stability in the biological fluids, because they are susceptible to renal clearance and degradation by RNAses. Thus, there is the need for suitable delivery systems, capable of maintaining the stability of siRNAs for sufficient time so they can reach the target organ in the therapy and promote sustained release. Of particular interest are certain proteins and peptides transduction domains (PTDs) that can be connected to hydrophilic drugs and thus make it possible to cross cell membranes. Within this context, many non-viral vectors have been studied for siRNA vehiculation which makes innovative the present study because it aims at the development of nanostructured delivery systems based on liquid crystals functionalyzed with membrane transduction peptides for the topical vehiculation of siRNAs. Thus, hexagonal phase liquid crystal nanoparticles containing or not the cationinc polyethylenimine (PEI) and oleylamine (OAM) were functionalyzed with membrane transduction peptides TAT (TAT) or penetratin (PNT). The obtained systems were complexed with siRNA by eletrostatic interaction and characterized for particle size, polidispersity, zeta potential and complexation efficiency. The cytotoxicity of the formulations was performed with L929 fibroblasts by MTT assay and flow cytometry and the in vitro transfection was evaluated by flow cytometry and fluorescence microscopy. The systems containing PEI or OAM presented positive zeta potential and could complex siRNA at the concentration of 10 ?M. The cell culture studies demonstrated that the systems containing oleic acid (OA) were the most efficient to transfect L929 cells and the transfection efficiency was enhanced with the functionalization with the TAT peptide. Thereafter, the selected systems were evaluated for the in vivo skin penetration. The nanosdispersed systems composed of MO/OA/PEI functionalyzed with TAT resulted in a higher siRNA penetration and release in the skin, promoting higher TNF alfa supression in animal model of cutaneous inflammation, compared to the control formulations. Hence, we demonstrated that the developed systems are promising for the treatment of inflammatory skin diseases.

O processo de interferência de RNA refere-se ao silenciamento pós transcricional seqüência-específico de genes em animais e plantas capaz de ser promovido por dsRNA homólogo à seqüência do gene silenciado. Este processo pode ser aplicado como terapia, que apresenta como vantagens a especificidade pelos alvos escolhidos, a possibilidade de tratar uma enorme gama de doenças genéticas, além do fato de ser muito potente e eficaz. Contudo, o principal desafio consiste em manter a estabilidade dos siRNAs nos fluidos biológicos, visto que estes são bastante susceptíveis à excreção renal e a degradação por RNAses. Com isso, reforça-se a necessidade de sistemas de liberação adequados, que sejam capazes de manter a estabilidade dos siRNAs por tempo suficiente para que atinjam os órgãos alvo da terapia e promover sua liberação sustentada. De particular interesse são determinadas proteínas e peptídeos de transdução (PTDs) que podem ser ligados a fármacos hidrofílicos e assim tornam possível com que estes atravessem membranas. Neste sentido, muitos sistemas carreadores não-virais tem sido estudados para a veiculação de siRNA, sendo de cunho inovador o desenvolvimento de sistemas de liberação nanoestruturados baseados em cristais líquidos funcionalizados com peptídeos de transdução de membrana para a veiculação tópica de siRNAs. Desta forma, nanopartículas de cristais líquidos de fase hexagonal contendo ou não os aditivos catiônicos polietileimina (PEI) e oleilamina (OAM) foram funcionalizadas com peptídeos de transdução de membranas TAT (TAT) ou penetratin (PNT). Os sistemas obtidos foram complexados com siRNA por interação eletrostática e caracterizados através de medidas de tamanho de partícula/ polidispersividade, potencial zeta e eficiência de complexação. A citotoxicidade dos sistemas foi avaliada em fibroblastos L929 pelo ensaio do MTT e por citometria de fluxo e a avaliação da transfecção in vitro foi realizada por citometria de fluxo e por microscopia de fluorescência. Os sistemas contendo PEI ou OAM apresentavam potencial zeta positivo e foram capazes de complexar o siRNA adicionado na concentração de 10 ?M. Os estudos em culturas celulares demonstraram que os sistemas contendo ácido oleico (AO) foram mais eficientes quanto à transfecção em células de fibroblastos L929 e esta eficiência de transfecção foi aumentada com a funcionalização com o peptídeo TAT. A partir daí, os sistemas selecionados foram avaliados quanto a penetração cutânea in vivo. Os sistemas nanodispersos formados por MO/AO/PEI proporcionaram uma maior liberação de siRNA na pele e a eficiência de supressão de TNF-alfa em modelo animal de inflamação cutânea foram maiores que formulações controle. Com isso, demonstrou-se que os sistemas desenvolvidos são promissores para a futura aplicação na terapia gênica tópica de doenças cutâneas inflamatórias. / The RNA interference process refers to the sequence-specific posttranscriptional silencing of genes in animals and plants capable of being promoted by dsRNA that are homologous to the sequence of the silenced gene. This process can be applied as therapy, which presents advantages such as the specificity to the chosen targets, the possibility to treat a variety of genetic diseases, besides being very potent and efficacious. However, the major hurdle consists in keeping the siRNAs stability in the biological fluids, because they are susceptible to renal clearance and degradation by RNAses. Thus, there is the need for suitable delivery systems, capable of maintaining the stability of siRNAs for sufficient time so they can reach the target organ in the therapy and promote sustained release. Of particular interest are certain proteins and peptides transduction domains (PTDs) that can be connected to hydrophilic drugs and thus make it possible to cross cell membranes. Within this context, many non-viral vectors have been studied for siRNA vehiculation which makes innovative the present study because it aims at the development of nanostructured delivery systems based on liquid crystals functionalyzed with membrane transduction peptides for the topical vehiculation of siRNAs. Thus, hexagonal phase liquid crystal nanoparticles containing or not the cationinc polyethylenimine (PEI) and oleylamine (OAM) were functionalyzed with membrane transduction peptides TAT (TAT) or penetratin (PNT). The obtained systems were complexed with siRNA by eletrostatic interaction and characterized for particle size, polidispersity, zeta potential and complexation efficiency. The cytotoxicity of the formulations was performed with L929 fibroblasts by MTT assay and flow cytometry and the in vitro transfection was evaluated by flow cytometry and fluorescence microscopy. The systems containing PEI or OAM presented positive zeta potential and could complex siRNA at the concentration of 10 ?M. The cell culture studies demonstrated that the systems containing oleic acid (OA) were the most efficient to transfect L929 cells and the transfection efficiency was enhanced with the functionalization with the TAT peptide. Thereafter, the selected systems were evaluated for the in vivo skin penetration. The nanosdispersed systems composed of MO/OA/PEI functionalyzed with TAT resulted in a higher siRNA penetration and release in the skin, promoting higher TNF alfa supression in animal model of cutaneous inflammation, compared to the control formulations. Hence, we demonstrated that the developed systems are promising for the treatment of inflammatory skin diseases.

Apesar da aparente acessibilidade, a pele é bem protegida contra a absorção de materiais estranhos. Esta função barreira é exercida principalmente pelo estrato córneo. Dessa forma, a administração cutânea de fármacos precisa transpor esta barreira para atingir uma concentração efetiva. Uma maneira de tornar o tratamento eficaz é o uso de injeções, forma de administração muito invasiva e desconfortável para o paciente. A administração tópica é uma forma simples e confortável para a administração cutânea de fármacos. As doenças cutâneas, em geral, são doenças estigmatizadas. Assim, o desenvolvimento de uma formulação capaz de transpor as barreiras impostas a esta via de administração e um novo tratamento para estas doenças complexas, com componentes genéticos, devem ser estudados. O siRNA veiculado com nanocarreadores foi aplicado a esta via de administração. O nanocarreador possibilita um maior tempo de permanência na superfície da pele devido às propriedades adesivas, além de proteger o siRNA contra a degradação. O siRNA visa o bloqueio específico da expressão de genes, por isso é capaz de agir em diferentes caminhos de uma doença. A maior limitação para o uso de siRNA é a incapacidade de difundir-se através das membranas celulares devido a carga negativa, o que gera uma repulsão eletrostática da membrana celular. Portanto, a complexação com um carreador torna a liberação do siRNA no interior celular mais efetiva. É amplamente aceito que o desenvolvimento de um sistema de liberação eficiente é um dos principais obstáculos para transformar siRNA em terapêutica. Consequentemente, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento farmacotécnico de um nanocarreador capaz de liberar o siRNA de maneira efetiva na aplicação tópica cutânea, respeitando as peculiaridades desta via. As formulações de monoleína (MO), polietilenoimina (PEI) e diferentes concentrações de vitamina E TPGS, contendo ou não ácido oléico (AO), foram caracterizadas como fases líquido cristalinas com tamanho de partícula e potencial zeta desejado, mostrando-se eficazes em complexar o siRNA. As nanodispersões desenvolvidas foram efetivas na complexação do siRNA, na estabilização deste ácido nucléico frente a degradação enzimática, e na efetiva internalização celular in vitro em células de fibroblastos de camundongos L929. As nanodispersões contendo maior quantidade de vitamina E TPGS, ou contendo o AO foram as formulações que promoveram um maior aumento da penetração cutânea de siRNA in vitro em peles de modelo animal. Logo, os resultados obtidos permitiram concluir que as formulações desenvolvidas são sistemas de liberação nanotecnológicos, contendo cristais líquidos, promissores para a administração tópica de siRNA, no tratamento de patologias cutâneas na terapia gênica / Despite its apparent easy accessibility, the skin is, in fact, well protected against the absorption of foreing materials. The barrier function is imposed, mainly, by the stratum corneum. Thus, the cutaneous administration of drugs needs to overcome this barrier to reach an effective concentration. One way to make an effective treatment is the use of injections, mode of administration very invasive and uncomfortable for the patient. Topical administration is simple and comfortable for cutaneous administration of drugs. Skin diseases, in general, are stigmatized diseases. Therefore, the development of a formulation capable of overcoming the barriers of this route of administration and a new treatment for these complex diseases, with the genetic components, shall be studied. The siRNA in nanocarriers has been applied to this route of administration. The nanocarrier allows siRNA to stay longer on the skin surface because of its adhesive properties, while also protects siRNA against degradation. The siRNA is directed for producing gene-specific inhibition, so it is able to act in different ways to the same disease. The most critical factor limiting the use of siRNA as therapeutics is delivering siRNA to its intracellular target site due to their negative charge, which cause an electrostatic repulsion of the cell membrane. Therefore, complexation with a carrier makes the release of siRNA inside the cells more effective. It is widely accepted that the development of an efficient delivery system is a major obstacle to change siRNA into therapeutics. Consequently, the objective of this work was the pharmacotechnical development of a nanocarrier capable of releasing the siRNA effectively in topical skin, respecting the peculiarities of this pathway. The formulations of monoolein (MO), polyethylenimine (PEI) and different concentrations of vitamin E TPGS, with or without oleic acid (OA), were characterized as liquid crystalline phases with particles size and zeta potential desired, proving to be effective in complexing the siRNA. The nanodispersions developed were effective for the complexation of siRNA, for the stabilization of nucleic acid against enzymatic degradation, and for the effective in vitro cellular uptake into cells of mouse fibroblast L929. The nanodispersions containing higher amounts of vitamin E TPGS, or containing OA, have been the formulations which promoted a greater increase in skin penetration of siRNA in vitro in animal model skin. Therefore, the results obtained allowed one to conclude that the formulations developed are delivery systems based on nanotechnology, with liquid crystalline phase, promising for topical administration of siRNA, for the treatment of cutaneous diseases in gene therapy

A terapia gênica por interferência de RNA (RNAi) trata-se de um processo de silenciamento pós-transcricional capaz de suprimir a expressão de um determinado gene. A RNAi é uma proposta terapêutica promissora para o tratamento de muitas doenças severas que ainda não possuem cura ou terapias bem definidas. Porém, é necessário o desenvolvimento de sistemas de liberação clinicamente adequados, seguros e eficazes para se viabilizar essa nova terapêutica, uma vez que obstáculos na administração e distribuição in vivo comprometem o uso clínico dos siRNAs (small interfering RNA). Paralelamente, a liberação tópica de siRNAs surge como uma alternativa promissora para o tratamento de patologias cutâneas. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema de liberação baseado em nanotecnologia para a liberação tópica de siRNAs, visando introduzir a terapia gênica como nova abordagem para o tratamento de patologias cutâneas. Como sistema de liberação, foram desenvolvidas nanodispersões líquido-cristalinas aquosas, compostas por monoleína (MO), um lipídeo polar biocompatível, associadas ou não com ácido oléico (AO). Foram incorporados a esses sistemas os adjuvantes catiônicos polietilenoimina (PEI) e oleilamina (OAM) para obtenção das nanodispersões. Dentre as nanodispersões aquosas desenvolvidas, foram escolhidas as preparações com as menores concentrações de adjuvantes catiônicos, a saber: MO e OAM a 0,4%, MO e PEI a 0,4%, MO, AO e OAM a 2,5% e MO, AO e PEI a 1,0%. Estas formulações apresentaram: reduzido tamanho médio das partículas, baixa polidispersividade, valores de potencial zeta positivos (característica interessante para interação com as moléculas de siRNA que apresentam carga negativa), baixa citotoxicidade in vitro e foram capazes de complexar o siRNA na concentração final de 2,5 ?M. A análise de difração de raios X caracterizou a fase líquido-cristalina desses sistemas como hexagonal, exceto a nanodispersão MO e PEI a 0,4% que foi caracterizada como uma mistura de fase hexagonal e cúbica. As nanodispersões obtidas foram capazes de aumentar a penetração cutânea de siRNA in vitro. Face aos resultados obtidos, podemos concluir que as formulações desenvolvidas são sistemas de liberação de base nanotecnológica promissores para administração tópica de siRNA para o tratamento de patologias cutâneas na terapia gênica. / Gene therapy by RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional silencing process that can suppress the expression of a particular gene. The RNAi is a promising therapeutic approach for the treatment of many severe diseases that have no cure or well-defined treatments. However, the development of clinically appropriate, safe and effective delivery systems is necessary to enable this new therapy, since obstacles in the in vivo administration and distribution committed the clinical use of siRNAs (small interfering RNA). In addition, the topical delivery of siRNAs appears as a promising alternative for the treatment of cutaneous pathologies. In this context, this research aimed to develop a delivery system based on Nanotechnology for the topical delivery of siRNAs, aiming to introduce gene therapy as a new approach for the treatment of skin disorders. As a delivery system, liquid-crystalline nanodispersions, composed by monoolein (MO), a polar biocompatible lipid, associated or not with oleic acid (OA) were developed. The cationic adjuvants polyethylenimine (PEI) and oleylamine (OAM) were incorporated into these systems to obtain the nanodispersions. Among the aqueous nanodispersions developed, preparations with lower concentration of cationic adjuvant were chosen, these consisting of: MO and OAM at 0.4%, MO and PEI at 0.4%, MO, OA and OAM at 2.5% and MO, OA and PEI at 1.0%. These formulations presented: reduced average particle size, low polydispersity, positive values of zeta potential (an interesting feature for interacting with the siRNA molecules that have a negative charge), low cytotoxicity in vitro and they were able to complex the siRNA at a final concentration of 2.5 ?M. The X-ray diffraction analysis characterized the liquid crystalline phase of these systems as hexagonal, except the nanodispersion MO and PEI at 0.4% which was characterized as a mixture of cubic and hexagonal phases. The nanodispersions obtained were able to increase the skin penetration of siRNA in vitro. With the results obtained, we can conclude that the formulations developed are delivery systems based on nanotechnology, promising for topical administration of siRNA for the treatment of cutaneous diseases in gene therapy.

O RNA de interferência (RNAi) é um processo envolvido com o silenciamento pós-transcricional de genes, sendo elucidado por moléculas de RNAs de dupla fita de 21-25 nucleotídeos, os small interfering RNA (siRNA), que ocorre naturalmente em uma ampla variedade de animais, plantas e microrganismos. Esse processo têm demonstrado potencial utilização para o tratamento de doenças em que se observa a super-expressão de genes, pois apresentam diversas vantagens como possibilidade de se utilizar esse mecanismo regulatório apenas pelo conhecimento da sequência do gene terapêutico, menores efeitos tóxicos e alta especificidade. Contudo, o principal desafio consiste no desenvolvimento de vetores seguros e eficazes que permitem a utilização do siRNA como terapia, visto que permitem a proteção do siRNA contra degradação enzimática, apresentam meia-vida prolongada na corrente sanguínea e propiciam um efetivo escape endossomal. Nesse sentido, nanopartículas de cristais líquidos associados ao polímero catiônico polietilenoimina (PEI) foram avaliadas como potenciais vetores não-virais para o siRNA específico para a proteína-1 relacionada à tirosinase (TRP-1), como alternativa para o tratamento tópico do vitiligo. Para isso, os cristais líquidos contendo o PEI foram complexados ao siRNA e avaliados quanto à estrutura líquido cristalina por microscopia de luz polarizada e por difração de raios-X a baixo ângulo (SAXS), tamanho de partícula/polidispersividade, potencial zeta e eficiência de complexação. A citotoxicidade dos sistemas foi avaliada em melanócitos melan-A pelo ensaio do MTT e por citometria de fluxo e, a avaliação da transfecção celular foi realizada por microscopia de fluorescência e por citometria de fluxo. Os diferentes sistemas contendo o polímero PEI apresentaram estruturas líquido cristalinas de fase hexagonal e de fase lamelar pela análise por SAXS, no entanto, a análise sob microscopia de luz polarizada, demonstrou estruturas de fase hexagonal, lamelar e isotrópica. A análise do tamanho de partícula mostrou a presença de sistemas nanoestruturados que foram capazes de se complexar ao siRNA na concentração de 10 ?M. Os estudos em cultura de célula demonstraram a maior viabilidade das células melan-A após tratamento com as nanodispersões líquido cristalinas formadas por monoleína (MO), ácido oleico (AO) e PEI, em relação ao polímero catiônico PEI em sua forma livre. Em relação à transfecção celular por microscopia de fluorescência e por citometria de fluxo foi possível observar a elevada eficiência de transfecção das nanodispersões líquido cristalinas formadas pelo sistema MO:AO:PEI. Resultados de inibição da expressão da proteína TRP-1 foram observadas em células melan-A por Western Blotting, após administração das nanodispersões líquido cristalinas associadas ao siRNA-TRP-1 específico. As nanodispersões liquido cristalinas estudas também proporcionaram maior liberação de siRNA na pele em modelo animal. Esses resultados, demonstram a potencial utilização desses sistemas para a terapia anti-sense de doenças cutâneas como o vitiligo, representando assim, uma importante contribuição para a terapia gênica tópica desta doença / The RNA interference (RNAi) is a process involved with the post-transcriptional gene silencing being elucidated by double-stranded RNA molecules of 21-25 nucleotides, the small interfering RNA (siRNA) that occurs naturally in a wide variety of animals, plants and microorganisms. This process has shown potential use for the treatment of diseases in which there is overexpression of genes, as they offer several advantages such as the possibility of using this regulatory mechanism just by knowing the sequence of the therapeutic gene, lower toxicity and high specificity. However, the main challenge is to develop safe and effective vectors that enable the use of siRNA as a therapy, since they allow the protection of siRNA against enzymatic degradation, have prolonged half-life in the bloodstream and provide an effective endosomal escape. Accordingly, liquid crystal nanoparticles associated with the cationic polymer polyethylenimine (PEI) were evaluated as potential non-viral vectors for specific siRNA for the protein related to tyrosinase-1 (TyRP-1) as an alternative for the topical treatment of vitiligo. For this, the liquid crystals containing PEI were complexed to siRNA and evaluated for liquid crystalline structure by polarized light microscopy and X-ray diffraction (SAXS), particle size / polydispersity index, zeta potential and complexation efficiency. The cytotoxicity of the systems was evaluated by MTT assay and flow cytometry in melan-A melanocytes and the evaluation of cellular uptake was performed by fluorescence microscopy and flow cytometry. The different systems containing the polymer PEI exhibited liquid crystalline structures of hexagonal and lamellar phases by SAXS analysis, however, the analysis under polarized light microscopy showed liquid crystalline structures of hexagonal phase, lamellar and isotropic. The analysis of particle size showed the presence of nanostructured systems that were capable of complexing to the siRNA at concentration of 10 ?M. Studies in cell culture demonstrated a higher viability of melan-A cells after treatment with the liquid crystalline nanodispersions formed by monolein (MO), oleic acid (OA) and PEI in relation to the cationic polymer PEI in its free form. Regarding cellular uptake by fluorescence microscopy and flow cytometry was observed the high efficiency in uptake melan-A cells mediated by liquid crystalline nanodispersions formed by system MO:OA:PEI. Results inhibition of the expression of TyRP-1 protein were observed by Western Blotting in melan-A cells, after administration of liquid crystalline nanodispersions associated with specific siRNA-TyRP-1. The liquid crystalline nanodispersions evaluated also provided greater release of siRNA in the skin in an animal model. These results demonstrate the potential use of these systems for antisense therapy of skin diseases such as vitiligo, thus representing, an important contribution to the topical gene therapy for this disease

A terapia gênica por interferência de RNA (RNAi) trata-se de um processo de silenciamento pós-transcricional capaz de suprimir a expressão de um determinado gene. A RNAi é uma proposta terapêutica promissora para o tratamento de muitas doenças severas que ainda não possuem cura ou terapias bem definidas. Porém, é necessário o desenvolvimento de sistemas de liberação clinicamente adequados, seguros e eficazes para se viabilizar essa nova terapêutica, uma vez que obstáculos na administração e distribuição in vivo comprometem o uso clínico dos siRNAs (small interfering RNA). Paralelamente, a liberação tópica de siRNAs surge como uma alternativa promissora para o tratamento de patologias cutâneas. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema de liberação baseado em nanotecnologia para a liberação tópica de siRNAs, visando introduzir a terapia gênica como nova abordagem para o tratamento de patologias cutâneas. Como sistema de liberação, foram desenvolvidas nanodispersões líquido-cristalinas aquosas, compostas por monoleína (MO), um lipídeo polar biocompatível, associadas ou não com ácido oléico (AO). Foram incorporados a esses sistemas os adjuvantes catiônicos polietilenoimina (PEI) e oleilamina (OAM) para obtenção das nanodispersões. Dentre as nanodispersões aquosas desenvolvidas, foram escolhidas as preparações com as menores concentrações de adjuvantes catiônicos, a saber: MO e OAM a 0,4%, MO e PEI a 0,4%, MO, AO e OAM a 2,5% e MO, AO e PEI a 1,0%. Estas formulações apresentaram: reduzido tamanho médio das partículas, baixa polidispersividade, valores de potencial zeta positivos (característica interessante para interação com as moléculas de siRNA que apresentam carga negativa), baixa citotoxicidade in vitro e foram capazes de complexar o siRNA na concentração final de 2,5 ?M. A análise de difração de raios X caracterizou a fase líquido-cristalina desses sistemas como hexagonal, exceto a nanodispersão MO e PEI a 0,4% que foi caracterizada como uma mistura de fase hexagonal e cúbica. As nanodispersões obtidas foram capazes de aumentar a penetração cutânea de siRNA in vitro. Face aos resultados obtidos, podemos concluir que as formulações desenvolvidas são sistemas de liberação de base nanotecnológica promissores para administração tópica de siRNA para o tratamento de patologias cutâneas na terapia gênica. / Gene therapy by RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional silencing process that can suppress the expression of a particular gene. The RNAi is a promising therapeutic approach for the treatment of many severe diseases that have no cure or well-defined treatments. However, the development of clinically appropriate, safe and effective delivery systems is necessary to enable this new therapy, since obstacles in the in vivo administration and distribution committed the clinical use of siRNAs (small interfering RNA). In addition, the topical delivery of siRNAs appears as a promising alternative for the treatment of cutaneous pathologies. In this context, this research aimed to develop a delivery system based on Nanotechnology for the topical delivery of siRNAs, aiming to introduce gene therapy as a new approach for the treatment of skin disorders. As a delivery system, liquid-crystalline nanodispersions, composed by monoolein (MO), a polar biocompatible lipid, associated or not with oleic acid (OA) were developed. The cationic adjuvants polyethylenimine (PEI) and oleylamine (OAM) were incorporated into these systems to obtain the nanodispersions. Among the aqueous nanodispersions developed, preparations with lower concentration of cationic adjuvant were chosen, these consisting of: MO and OAM at 0.4%, MO and PEI at 0.4%, MO, OA and OAM at 2.5% and MO, OA and PEI at 1.0%. These formulations presented: reduced average particle size, low polydispersity, positive values of zeta potential (an interesting feature for interacting with the siRNA molecules that have a negative charge), low cytotoxicity in vitro and they were able to complex the siRNA at a final concentration of 2.5 ?M. The X-ray diffraction analysis characterized the liquid crystalline phase of these systems as hexagonal, except the nanodispersion MO and PEI at 0.4% which was characterized as a mixture of cubic and hexagonal phases. The nanodispersions obtained were able to increase the skin penetration of siRNA in vitro. With the results obtained, we can conclude that the formulations developed are delivery systems based on nanotechnology, promising for topical administration of siRNA for the treatment of cutaneous diseases in gene therapy.

O RNA de interferência (RNAi) é um processo envolvido com o silenciamento pós-transcricional de genes, sendo elucidado por moléculas de RNAs de dupla fita de 21-25 nucleotídeos, os small interfering RNA (siRNA), que ocorre naturalmente em uma ampla variedade de animais, plantas e microrganismos. Esse processo têm demonstrado potencial utilização para o tratamento de doenças em que se observa a super-expressão de genes, pois apresentam diversas vantagens como possibilidade de se utilizar esse mecanismo regulatório apenas pelo conhecimento da sequência do gene terapêutico, menores efeitos tóxicos e alta especificidade. Contudo, o principal desafio consiste no desenvolvimento de vetores seguros e eficazes que permitem a utilização do siRNA como terapia, visto que permitem a proteção do siRNA contra degradação enzimática, apresentam meia-vida prolongada na corrente sanguínea e propiciam um efetivo escape endossomal. Nesse sentido, nanopartículas de cristais líquidos associados ao polímero catiônico polietilenoimina (PEI) foram avaliadas como potenciais vetores não-virais para o siRNA específico para a proteína-1 relacionada à tirosinase (TRP-1), como alternativa para o tratamento tópico do vitiligo. Para isso, os cristais líquidos contendo o PEI foram complexados ao siRNA e avaliados quanto à estrutura líquido cristalina por microscopia de luz polarizada e por difração de raios-X a baixo ângulo (SAXS), tamanho de partícula/polidispersividade, potencial zeta e eficiência de complexação. A citotoxicidade dos sistemas foi avaliada em melanócitos melan-A pelo ensaio do MTT e por citometria de fluxo e, a avaliação da transfecção celular foi realizada por microscopia de fluorescência e por citometria de fluxo. Os diferentes sistemas contendo o polímero PEI apresentaram estruturas líquido cristalinas de fase hexagonal e de fase lamelar pela análise por SAXS, no entanto, a análise sob microscopia de luz polarizada, demonstrou estruturas de fase hexagonal, lamelar e isotrópica. A análise do tamanho de partícula mostrou a presença de sistemas nanoestruturados que foram capazes de se complexar ao siRNA na concentração de 10 ?M. Os estudos em cultura de célula demonstraram a maior viabilidade das células melan-A após tratamento com as nanodispersões líquido cristalinas formadas por monoleína (MO), ácido oleico (AO) e PEI, em relação ao polímero catiônico PEI em sua forma livre. Em relação à transfecção celular por microscopia de fluorescência e por citometria de fluxo foi possível observar a elevada eficiência de transfecção das nanodispersões líquido cristalinas formadas pelo sistema MO:AO:PEI. Resultados de inibição da expressão da proteína TRP-1 foram observadas em células melan-A por Western Blotting, após administração das nanodispersões líquido cristalinas associadas ao siRNA-TRP-1 específico. As nanodispersões liquido cristalinas estudas também proporcionaram maior liberação de siRNA na pele em modelo animal. Esses resultados, demonstram a potencial utilização desses sistemas para a terapia anti-sense de doenças cutâneas como o vitiligo, representando assim, uma importante contribuição para a terapia gênica tópica desta doença / The RNA interference (RNAi) is a process involved with the post-transcriptional gene silencing being elucidated by double-stranded RNA molecules of 21-25 nucleotides, the small interfering RNA (siRNA) that occurs naturally in a wide variety of animals, plants and microorganisms. This process has shown potential use for the treatment of diseases in which there is overexpression of genes, as they offer several advantages such as the possibility of using this regulatory mechanism just by knowing the sequence of the therapeutic gene, lower toxicity and high specificity. However, the main challenge is to develop safe and effective vectors that enable the use of siRNA as a therapy, since they allow the protection of siRNA against enzymatic degradation, have prolonged half-life in the bloodstream and provide an effective endosomal escape. Accordingly, liquid crystal nanoparticles associated with the cationic polymer polyethylenimine (PEI) were evaluated as potential non-viral vectors for specific siRNA for the protein related to tyrosinase-1 (TyRP-1) as an alternative for the topical treatment of vitiligo. For this, the liquid crystals containing PEI were complexed to siRNA and evaluated for liquid crystalline structure by polarized light microscopy and X-ray diffraction (SAXS), particle size / polydispersity index, zeta potential and complexation efficiency. The cytotoxicity of the systems was evaluated by MTT assay and flow cytometry in melan-A melanocytes and the evaluation of cellular uptake was performed by fluorescence microscopy and flow cytometry. The different systems containing the polymer PEI exhibited liquid crystalline structures of hexagonal and lamellar phases by SAXS analysis, however, the analysis under polarized light microscopy showed liquid crystalline structures of hexagonal phase, lamellar and isotropic. The analysis of particle size showed the presence of nanostructured systems that were capable of complexing to the siRNA at concentration of 10 ?M. Studies in cell culture demonstrated a higher viability of melan-A cells after treatment with the liquid crystalline nanodispersions formed by monolein (MO), oleic acid (OA) and PEI in relation to the cationic polymer PEI in its free form. Regarding cellular uptake by fluorescence microscopy and flow cytometry was observed the high efficiency in uptake melan-A cells mediated by liquid crystalline nanodispersions formed by system MO:OA:PEI. Results inhibition of the expression of TyRP-1 protein were observed by Western Blotting in melan-A cells, after administration of liquid crystalline nanodispersions associated with specific siRNA-TyRP-1. The liquid crystalline nanodispersions evaluated also provided greater release of siRNA in the skin in an animal model. These results demonstrate the potential use of these systems for antisense therapy of skin diseases such as vitiligo, thus representing, an important contribution to the topical gene therapy for this disease

Cette thèse porte sur la mise au point de formulations de nanoparticules lipidiques à base de polyoxylglycérides afin d’assurer la protection de principes actifs instables chimiquement et physiquement, la quercétine (un flavonoïde antioxydant fragile) dans le cas présent. Différents systèmes dispersés ont été préparés par homogénéisation haute pression à chaud avec une taille des particules blanches entre 100 - 200 nm. Ces nanodispersions sont très stables sur plusieurs années à température ambiante. L’encapsulation de la quercétine, dans les nanoparticules lipidiques multicompartimentées et la préparation de nanocristaux ont permis d’augmenter fortement sa teneur dans la dispersion et d’améliorer effectivement sa stabilité physico-chimique. / This thesis focuses on the development of polyoxylglycérides-based lipid nanoparticles to protect labile APIs, quercetin (a fragile antioxidant flavonoid) in this case. Different nanoparticulate systems were prepared by high pressure homogenization with particle size between 100 to 200 nm. These nanodispersions are very stable over several years at room temperature. Encapsulation of quercetin in compartmented lipid nanoparticles and preparation of nanocrystals have increased significantly its content in the dispersion and effectively improve its physical and chemical stability.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma modalidade de tratamento de câncer relativamente nova e promissora. Baseia-se na utilização de uma substância fotossensibilizante e luz para provocar um dano seletivo ao tecido alvo, sendo que a seletividade ao órgão/tecido deve ser reconhecida como uma das vantagens no tratamento do câncer. Atualmente, o desenvolvimento de sistemas de liberação e promotores de absorção visando a otimização da liberação tópica de fotossensibilizadores, apresenta-se como um promissor e inexplorado campo de pesquisa na TFD do câncer de pele. Sistemas de liberação compostos por monoleína, um lipídeo polar biocompatível, e água são capazes de aumentar a permeação de fármacos na pele, além de serem capazes de controlar a liberação dos mesmos. No presente estudo foram desenvolvidas e caracterizadas nanodispersões de cristais líquidos como sistemas de liberação para os fotossensibilizadores Protoporfirina IX (PpIX) e Ftalocianinas de Zinco (ZnPc) e Cloro Alumínio (ClAlPc), objetivando otimizar a penetração cutânea destes na epiderme. As nanodispersões foram avaliadas em relação a sua eficiência de encapsulação, estabilidade física e química dos fotosensibilizadores veiculados, bem como a permeação e retenção cutânea in vitro e in vivo por microscopia de fluorescência. Estudos de pré-tratamento foram realizados, objetivando-se verificar o efeito promotor de absorção cutânea das nanodispersões desenvolvidas. Os experimentos de eficiência de encapsulação e estabilidade mostraram que as nanodispersões são um sistema de liberação adequado a aplicação tópica de fotosensibilizadores. Os experimentos in vitro mostraram que as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 3,4 e 11,7 vezes, quando comparadas a formulação controle. Na epiderme mais derme sem estrato córneo, os aumentos promovidos pelas nanodispersões foram de 6,5 e 9,7 vezes para a PpIX e ClAlPc. No experimento in vivo as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 13,7 e 7,0 vezes, quando comparadas ao controle, sendo que na epiderme mais derme sem estrato córneo somente as nanodispersões foram capazes de promover a penetração cutânea destes fotossensibilizadores nestas camadas da pele. A visualização da penetração cutânea dos fotosensibilizadores por microscopia de florescência confirmou os resultados obtidos nos experimentos in vivo de que as nanodispersões foram superiores ao controle em aumentar a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc em camadas mais profundas da pele. Os resultados obtidos mostraram que as nanodispersões desenvolvidas são sistemas de liberação promissores para a PpIX e ClAlPc no tratamento do câncer de pele na TFD uma vez que aumentaram in vitro e in vivo a penetração cutânea destes na epiderme. / Photodynamic therapy (PDT) is a relatively new and promising cancer treatment modality that involves the administration of a photosensitizing drug and its subsequent activation by light to produce activated oxygen species that selectively destroy target cells. Recently, PDT to treat skin cancer is focused on the development of drug delivery systems and penetration enhancers that aim to optimize the topical release of photosensitizers. Drug delivery systems based on monoolein, a biocompatible polar lipid, and water are able to enhance the cutaneous penetration of drugs and control their release. Liquid crystal nanodispersions were developed and characterized in this project as delivery systems for the photosensitizers Protoporphyrin IX (PpIX) and Zinc and Chloroaluminum phthalocyanines (ZnPc and ClAlPc), aiming to increase their topical penetration in the epidermis. The physical stability of the nanodispersions, their encapsulation efficiency and the chemical stability of the photosensitizers incorporated were tested. In vitro and in vivo skin penetration tests were performed to verify the efficacy of the nanodispersions in enhancing the topical delivery of the photosensitizers. In vitro pre-treatment tests were conducted to determine if the nanodispersions are able to increase the skin penetration of the photosensitizers by a penetration enhancing effect. Stability and encapsulation efficiency tests showed that nanodispersions are an adequate topical delivery system for photosensitizers. In vitro experiments showed increased PpIX and ClAlPc penetration in the stratum corneum, respectively, of 6.5- and 9.7-fold for the nanodispersions compared to the control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, the increase promoted by the nanodispersions for PpIX and ClAlPc were, respectively, of 6.5- and 9.7-fold. Experimental retention in vivo confirmed that when the nanodispersions were used as carrier, PpIX and ClAlPc concentrations in the stratum corneum were about 13.7- and 7.0-fold higher, respectively, than control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, only the nanodispersions were able to promote the skin penetration of these photosensitizers. Visualization of PpIX and ClAlPc skin penetration by fluorescence microscopy confirmed that the nanodispersions increased the skin penetration of these photosensitizers in deeper skin layers. The results showed that the nanodispersions are promising topical delivery systems in the PDT of skin cancer once they increased in vitro and in vivo the topical penetration of PpIX and ClAlPc in the epidermis.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma modalidade de tratamento de câncer relativamente nova e promissora. Baseia-se na utilização de uma substância fotossensibilizante e luz para provocar um dano seletivo ao tecido alvo, sendo que a seletividade ao órgão/tecido deve ser reconhecida como uma das vantagens no tratamento do câncer. Atualmente, o desenvolvimento de sistemas de liberação e promotores de absorção visando a otimização da liberação tópica de fotossensibilizadores, apresenta-se como um promissor e inexplorado campo de pesquisa na TFD do câncer de pele. Sistemas de liberação compostos por monoleína, um lipídeo polar biocompatível, e água são capazes de aumentar a permeação de fármacos na pele, além de serem capazes de controlar a liberação dos mesmos. No presente estudo foram desenvolvidas e caracterizadas nanodispersões de cristais líquidos como sistemas de liberação para os fotossensibilizadores Protoporfirina IX (PpIX) e Ftalocianinas de Zinco (ZnPc) e Cloro Alumínio (ClAlPc), objetivando otimizar a penetração cutânea destes na epiderme. As nanodispersões foram avaliadas em relação a sua eficiência de encapsulação, estabilidade física e química dos fotosensibilizadores veiculados, bem como a permeação e retenção cutânea in vitro e in vivo por microscopia de fluorescência. Estudos de pré-tratamento foram realizados, objetivando-se verificar o efeito promotor de absorção cutânea das nanodispersões desenvolvidas. Os experimentos de eficiência de encapsulação e estabilidade mostraram que as nanodispersões são um sistema de liberação adequado a aplicação tópica de fotosensibilizadores. Os experimentos in vitro mostraram que as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 3,4 e 11,7 vezes, quando comparadas a formulação controle. Na epiderme mais derme sem estrato córneo, os aumentos promovidos pelas nanodispersões foram de 6,5 e 9,7 vezes para a PpIX e ClAlPc. No experimento in vivo as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 13,7 e 7,0 vezes, quando comparadas ao controle, sendo que na epiderme mais derme sem estrato córneo somente as nanodispersões foram capazes de promover a penetração cutânea destes fotossensibilizadores nestas camadas da pele. A visualização da penetração cutânea dos fotosensibilizadores por microscopia de florescência confirmou os resultados obtidos nos experimentos in vivo de que as nanodispersões foram superiores ao controle em aumentar a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc em camadas mais profundas da pele. Os resultados obtidos mostraram que as nanodispersões desenvolvidas são sistemas de liberação promissores para a PpIX e ClAlPc no tratamento do câncer de pele na TFD uma vez que aumentaram in vitro e in vivo a penetração cutânea destes na epiderme. / Photodynamic therapy (PDT) is a relatively new and promising cancer treatment modality that involves the administration of a photosensitizing drug and its subsequent activation by light to produce activated oxygen species that selectively destroy target cells. Recently, PDT to treat skin cancer is focused on the development of drug delivery systems and penetration enhancers that aim to optimize the topical release of photosensitizers. Drug delivery systems based on monoolein, a biocompatible polar lipid, and water are able to enhance the cutaneous penetration of drugs and control their release. Liquid crystal nanodispersions were developed and characterized in this project as delivery systems for the photosensitizers Protoporphyrin IX (PpIX) and Zinc and Chloroaluminum phthalocyanines (ZnPc and ClAlPc), aiming to increase their topical penetration in the epidermis. The physical stability of the nanodispersions, their encapsulation efficiency and the chemical stability of the photosensitizers incorporated were tested. In vitro and in vivo skin penetration tests were performed to verify the efficacy of the nanodispersions in enhancing the topical delivery of the photosensitizers. In vitro pre-treatment tests were conducted to determine if the nanodispersions are able to increase the skin penetration of the photosensitizers by a penetration enhancing effect. Stability and encapsulation efficiency tests showed that nanodispersions are an adequate topical delivery system for photosensitizers. In vitro experiments showed increased PpIX and ClAlPc penetration in the stratum corneum, respectively, of 6.5- and 9.7-fold for the nanodispersions compared to the control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, the increase promoted by the nanodispersions for PpIX and ClAlPc were, respectively, of 6.5- and 9.7-fold. Experimental retention in vivo confirmed that when the nanodispersions were used as carrier, PpIX and ClAlPc concentrations in the stratum corneum were about 13.7- and 7.0-fold higher, respectively, than control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, only the nanodispersions were able to promote the skin penetration of these photosensitizers. Visualization of PpIX and ClAlPc skin penetration by fluorescence microscopy confirmed that the nanodispersions increased the skin penetration of these photosensitizers in deeper skin layers. The results showed that the nanodispersions are promising topical delivery systems in the PDT of skin cancer once they increased in vitro and in vivo the topical penetration of PpIX and ClAlPc in the epidermis.