Introdução e objetivos: As nanocápsulas, uma vez que são produzidas com polímeros, representam sistemas mucoadesivos promissores. O uso desse tipo de sistema é importante no delineamento de medicamentos que vislumbrem a membrana sublingual como via de administração, devido ao constante fluxo de saliva. Em vista disso, esse trabalho tem como objetivos: estudar o efeito da nanoestruturação em nanocápsulas de polímeros de diferentes características iônicas, quanto as suas propriedades mucoadesivas, quando veiculadas em suspensão, hidrogel ou pós, e frente a distintas superfícies mucoadesivas (discos de mucina, mucosa vaginal ou mucosa bucal); desenvolver nanocápsulas contendo carvedilol, avaliando as suas propriedades mucoadesivas e perfil de permeação do fármaco em diferentes modelos de membrana sublingual; e produzir, a partir das nanocápsulas secas, comprimidos sublinguais contendo carvedilol nanoencapsulado. Metodologia: Nanocápsulas formadas por Eudragit® RS100, Eudragit® S100 ou poly(ε-caprolactona) [PCL] foram produzidas pelo método de deposição interfacial do polímero. Suas propriedades mucoadesivas foram avaliadas empregando analisador de textura. As nanocápsulas contendo carvedilol foram produzidas pelo mesmo método citado acima, utilizando Eudragit® RS100 e a PCL. A mucoadesão dessas nanocápsulas foi avaliada quanto a sua interação com moléculas de mucina, além do efeito da sua interação com a mucosa sublingual de porco na permanência do fármaco sobre a mucosa e na sua permeação, em presença de um fluxo salivar mimetizado. O transporte de carvedilol através de uma monocamada celular de células de epitélio oral (SCC4) também foi estudado. As suspensões de nanocápsulas foram, então, secas por aspersão e as propriedades das nanocápsulas redispersas foram reavaliadas. Na última etapa, foram produzidos comprimidos sublinguais pelo método de compressão direta, a partir dos pós desenvolvidos. Resultados: A mucoadesividade dos polímeros Eudragit® RS100, Eudragit® S100 e PCL foi potencializada pela sua estruturação em nanocápsulas. Dentre as formulações analisadas, as nanocápsulas catiônicas, formadas por Eudragit® RS100, veiculadas em gel, foram as que apresentaram melhores propriedades adesivas. Além disso, o processo de secagem não interferiu na adesividade das nanocápsulas originais. Em relação a superfície utilizada, a mucina se mostrou uma superfície mais adesiva comparada as mucosas suínas. Entretanto, a mucina reproduziu as diferenças observadas entre as formulações. As nanocápsulas contendo carvedilol interagiram bem com moléculas de mucina, sendo essa interação mais intensa para as nanocápsulas catiônicas [Eudragit® RS100], que para as aniônicas [PCL]. No entanto, ambas as nanocápsulas melhoraram o contato do carvedilol com a mucosa sublingual suína, o que fez com que mais fármaco permeasse através da mucosa, na presença de um fluxo salivar mimetizado, em comparação com uma solução do fármaco. Além disso, as nanocápsulas controlaram a permeação do fármaco através de mucosa sublingual de porco, bem como através de monocamadas de células SCC4. A partir destes resultados, as suspensões de nanocápsulas foram secas por aspersão. As nanopartículas foram recuperadas após redispersão aquosa dos pós e mantiveram suas propriedades mucoadesivas e biofarmacêuticas. Na sequência, os comprimidos foram produzidos como forma farmacêutica final. A presença de nanoestruturas foi observada nos comprimidos, as quais foram liberadas após total desintegração destes em saliva artificial. Além disso, a liberação do fármaco partir dos comprimidos contendo as nanocápsulas apresentou um perfil controlado comparado aos comprimidos contendo o fármaco livre, reforçando a manutenção da estrutura supramolecular das nanocápsulas nos comprimidos. Conclusão: As nanocápsulas produzidas com Eudragit® RS100, Eudragit® S100 ou PCL apresentaram boas características mucoadesivas. As, nanocápsulas de Eudragit® RS100 e PCL também melhoraram a interação do carvedilol com a membrana sublingual de porco. Em ambos os estudos, um melhor desempenho mucoadesivo foi observado para as nanocápsulas catiônicas. Além disso, o carvedilol apresentou boa permeação através de mucosa sublingual suína e através de monocama celular de células de epitélio oral. Ainda, a secagem por aspersão das suspensões de nanocápsulas não alterou significativamente as suas propriedades. A compressão direta dos pós secos por aspersão produziu comprimidos inovadores contendo um sistema nanotecnológico mucoadesivo para administração sublingual de carvedilol, como um nanomedicamento. / Introduction and objectives: Nanocapsules may represent promissing mucoadhesive systems since they are produced with polymers. The use of these systems is very important for drug administration by the sublingual route due to the constantly salivary flux in the oral cavity. In view of this, the objectives of this study were: to study the effect of the nanostructuration in nanocapsules on the mucoadhesiveness of polymers with different charge surface and the effect of the vehicle (suspension, hydrogel, and powder) on the mucoadhesiveness of nanocapsules as well as the effect of different mucosal surfaces (mucin, vaginal mucosa, and buccal mucosa); to develop carvedilol-loaded nanocapsules and to evaluate their mucoadhesive properties and drug permeation profiles using different models of sublingual membrane; and to produce sublingual tablets using spray-dried carvedilol-loaded nanocapsules. Methods: Eudragit®RS100, Eudragit®S100 or poly(ε-caprolactone) [PCL] nanocapsules were produced by interfacial deposition of the polymer method. Their mucoadhesiveness were evaluated by tensile stress tester. Carvedilol-loaded nanocapsules were produced by the method cited above and using Eudragit® RS100 or PCL as polymers. Mucoadhesiveness of nanocapsules were studied analyzing their interaction with mucin molecules and analyzing the effect of their interaction with porcine sublingual mucosa on drug retention as well on the amount of drug permeated to the receptor fluid in the presence of simulated salivary flux. The transport of carvedilol across monolayers of oral epithelial cells (SCC4) was also evaluated. In the next step, nanocapsules suspensions were spray-dried and the properties of redispersed nanocapsules were evaluated. In the last step, sublingual tablets were produced by direct compression using the spray-dried nanocapsules. Results: Mucoadhesiveness of Eudragit® RS100, Eudragit® S100 and PCL were improved by their structuration in nanocapsules. Among the tested formulations, the cationic Eudragit® RS100 nanocapsules formulated as a hydrogel showed the best behavior. Moreover, the drying process did not interfer in the adhesiveness of original nanocapsules. Regarding the surface substrate, mucin discs were more adhesive than porcine mucosas. However, mucin was able to reproduce the differences observed between the formulations. Carvedilol-loaded nanocapsules interacted with mucin molecules and this interaction was more intense for cationic Eudragit® RS100 nanocapsules than for anionic PCL nanocapsules. However, both nanocapsules increased the amount of drug retained on porcine sublingual mucosa and improved the amount of drug permeated through mucosa, in comparison to the drug solution, in presence of a mimetic salivary flux was present. Furthermore, nanocapsules were able to control the drug permeation across porcine sublingual and through SCC4 monolayer. Subsequently, suitable powders were obtained by spray-drying. The original nanoparticles were recovered after aqueous redispersion of powders and the maintenance of their mucoadhesiveness and biopharmaceutics properties was observed. Moreover, sublingual tablets were produced as a final pharmaceutical form. The presence of nanometric particles in the tablets was observed and they were released after tablet disintegration in artififcial saliva. The drug was released by a controlled way from tablets containing nanocapsules when compared to tablets containing the non-encapsulated drug, reinforcing the maintenance of supramolecular structure of nanocapsules in the tablets. Conclusion: The Eudragit® RS100, Eudragit® S100 and PCL nanocapsules showed good mucoadhesive characteristics. Moreover, Eudragit® RS100 and PCL nanocapsules improved the carvedilol interaction with porcine sublingual mucosa. In both studies, cationic nanocapsules showed the best mucoadhesive performance. Additionally, carvedilol showed a good permeation across porcine sublingual mucosa and through oral epithelial cells monolayer. The spray-drying process did not change the properties of the original aqueous nanocapsules. Furthermore, their direct compression produced innovative tablets containing a mucoadhesive nanotechnological system for sublingual administration of carvedilol as a nanomedicine.

Esta tese se fundamenta na necessidade de novos tratamentos para o câncer do colo de útero visando o aumento da adesão dos pacientes aos tratamentos, assim como à qualidade de vida dos mesmos. Nesse sentido, formulações nanotecnológicas foram desenvolvidas com o objetivo de carrear o fármaco imiquimode para um local específico – a mucosa vaginal – esperando gerar melhores desempenhos nesse tratamento quando comparados com a formulação comercial. Três nanoestruturas com morfologias distintas foram propostas visando potencializar o efeito do fármaco em células de câncer cervical (SiHa). As formulações desenvolvidas compreenderam: nanoemulsões (NEimiq), nanocápsulas poliméricas (NCimiq) e nanocápsulas poliméricas revestidas com quitosana (NCimiq-chit). Observou-se que nanocápsulas poliméricas produzidas com poli(ε-caprolactona) apresentaram efeito mais pronunciado frente às células SiHa. Para tanto, essas formulações (NCimiq e NCimiq-chit) foram incorporadas em hidrogéis de quitosana e de hidroxietilcelulose a fim de possibilitar uma melhor futura aplicação para o paciente. Estudos envolvendo mucosa vaginal suína demonstraram que ambas as formulações são mucoadesivas e permeiam a mucosa vaginal. Porém, a formulação produzida com hidrogel de quitosana (NCimiq) apresentou maior desempenho. Esta foi a formulação escolhida para dar continuidade aos estudos deste trabalho, sendo objeto de estudo posterior em cultura de células SiHa a fim de elucidar o mecanismo de ação da mesma. Esses estudos demonstraram que há uma ocorrência de processos combinados de diminuição da viabilidade celular de maneira tempo-dependente e que mecanismos como apoptose, autofagia e parada de ciclo celular estão presentes. Essa formulação (NCimiq) apresentou porcentagens de morte celular significativas, mesmo utilizando baixas concentrações do fármaco. Portanto, os achados desta tese constataram que nanoestruturas modulam efetivamente a interação do fármaco com as células. / This thesis deals with the need of new treatments for cervical cancer in order to increase the adherence of patients to the treatment as well as to improve their quality of life. In this sense, nanotechnological formulations were developed to carry imiquimod to a specific site – the vaginal mucosa – expecting to obtain better performance than the commercial drug in the cervical cancer treatment. Three nanostructures with different morphologies were proposed to potentilize the drug effect on cervical cancer cells (SiHa). The developed formulations are: nanoemulsions (NEimiq), polymeric nanocapsules (NCimiq) and polymeric nanocapsules coated with chitosan (NCimiq-chit). It was observed that polymeric nanocapsules produced with poly(ε-caprolactone) presented a stronger effect against SiHa cells. Therefore, formulations NCimiq and NCimiq-chit were incorporated into hydrogels of chitosan and hydroxyethylcellulose to enable a better future application on patients. The studies of this thesis involving porcine vaginal mucosa demonstrated that both formulations are mucoadhesive and that they provided a good drug permeation. However, the formulation produced with chitosan hydrogel (NCimiq) showed a better performance. This formulation was therefore chosen to follow the next steps of this work, conducted in SiHa cell culture to elucidate its action mechanism. This study demonstrated that there is an occurrence of combined processes of decreasing cell viability in a time-dependent type. The study also showed that mechanisms such as apoptosis, autophagy and cell cycle arrest are simultaneously present. The formulation NCimiq presented a significantly percentage of cellular death, even when low concentrations of the drug were used. Consequently, the findings of this thesis indicate that nanostructures effectively modulate the interaction of the drug with the cancer cells.

As nanotecnologias são um conjunto multidisciplinar de técnicas que manipulam a matéria em escala nanométrica, mais precisamente partículas abaixo de 100 nanômetros, cujas características por conta do tamanho diminuto são essencialmente diferentes daquelas encontradas no material em sua forma macro. Em função destas novas propriedades dos materiais, existem lacunas de conhecimento relativas aos efeitos destas partículas sobre o organismo humano e sobre o meio ambiente. Embora ainda sejam consideradas tecnologias emergentes, seu crescimento é cada vez mais acelerado e o número de produtos que fazem uso de nanotecnologia em alguma fase de sua produção continua crescendo, bem como o número de pesquisadores envolvidos com o tema. Considerando este cenário e a literatura pertinente, este trabalho objetivou desenvolver uma sistemática de ações de segurança e saúde no trabalho (SST) para laboratórios de pesquisa com atividades de nanotecnologia. Esta sistemática é fundamentada na estrutura das diretrizes para um sistema de gestão de segurança e saúde no trabalho proposto pela Organização Internacional do Trabalho (OIT). A esta base foram agregadas diversas recomendações nanoespecíficas, sendo desta maneira consolidada a Sistemática de SST para Laboratórios com Nanotecnologia (S-SST/LabNano). Além da comparação desta sistemática com outras apresentadas por outros autores, uma pesquisa survey foi realizada, com o propósito de obter um retrato da SST em laboratórios com atividades de nanotecnologia no Brasil. De forma complementar, objetivando a adequação prática, a S-SST/LabNano foi avaliada em relação a realidade de SST encontrada em laboratório. O resultado final da tese, além da sistemática em si (S-SST/LabNano), almeja oferecer elementos de reflexão que possam auxiliar a gestão e o controle de riscos ocupacionais associados às nanotecnologias. / Nanotechnology is a multidisciplinary set of techniques that manipulates material at nanoscale, precisely particles below 100 nanometers whose characteristics, due to the small size, are essentially different from those found in material while in macro format. In the light of these new properties of materials, there are knowledge gaps regarding the effects of these particles on the human body and the environment. Although still considered emerging technologies, their growth is increasingly accelerated and the number of products that use nanotechnology in some stage of its production continues to grow, as well as the number of researchers involved with the topic. Given this scenario and its relevant literature, this study aimed to develop a proposed methodology of actions in occupational safety and health (OSH) to research laboratories with nanotechnology activities. This methodology is based on the structure of the International Labour Organization (ILO) guidelines for a management system in safety and health at work. Several specific recommendations were added, named Participatory Nano Safety Lab (PNSL). Besides the confrontation of this proposal with other authors, a research survey was conducted with the purpose to obtain a general picture of the OSH in laboratories with nanotechnology activities in Brazil. In a complementary way, aiming a practical suitability, the PNSL was confronted with the reality of OSH found in laboratory. The final result of this thesis, besides the methodology itself (PNSL), aims to provide elements of reflection that may assist management and occupational risk control associated to nanotechnology.

A associação das células-tronco (CT) com os biomateriais prometem ser os protagonistas para o futuro da medicina regenerativa no tratamento de lesões de tecidos e órgãos. No presente trabalho, as células-tronco foram cultivadas em matrizes construídas pela técnica de electrospinning, usando o polímero poli-D,L-ácido láctico (PDLLA) associado ou não à biomassa da microalga Spirulina (PDLLA/Sp), que possui componentes bioativos de interesse para a engenharia de tecidos (ET). As análises físico-químicas realizadas foram a avaliação da morfologia, do diâmetro das fibras, da degradabilidade, da rugosidade, do teor de solvente residual, do ângulo de contato com água, entre outros. A adesão e a proliferação celular, bem como a citotoxicidade do biomaterial também foram avaliados. As nanofibras obtidas apresentaram-se sem beads e com características semelhantes às da matriz extracelular natural (MEC) em termos de propriedades mecânicas e topográficas. Nos testes biológicos, verificou-se que as CTs aderiram mais e tiveram maior viabilidade nos scaffolds de PDLLA/Sp, quando comparado com as matrizes de nanofibras de PDLLA. Ambos os biomateriais mostraram-se atóxicos para as CTs. Pode-se concluir que as matrizes desenvolvidas neste trabalho apresentam as características necessárias de um novo biomaterial adequado para uso na ET. / The association of stem cells (SCs) with biomaterials promises to be the protagonist for future regenerative medicine in the treatment of tissue and organ lesions. Stem cells were cultivated in scaffolds constructed by the electrospinning technique, using poly-D,L-lactic acid (PDLLA) associated or not with Spirulina biomass (PDLLA/Sp), which has bioactive components of interest for tissue engineering (TE). Physicochemical analyses were performed, such as morphology, fiber diameter, degradability, residual solvent, roughness, contact angle with water, among others. SC adhesion and proliferation and scaffold cytotoxicity were also evaluated. Nanofibers without beads and with characteristics similar to the natural extracellular matrix (ECM) in terms of mechanical and topographical properties were obtained. In biological tests it was found that SCs adhered more and had greater viability in the PDLLA/Sp molds, when compared to the PDLLA scaffolds. The scaffolds were shown to be atoxic for the SCs. It can be concluded that the scaffolds developed in this work have the characteristics to be a new biomaterial suitable for use in TE.

A segurança dos alimentos é uma questão importante para a indústria e os consumidores de alimentos. Neste contexto, a indústria de alimentos tem um desafio tecnológico devido ao aumento da preocupação sobre a utilização de conservantes químicos e ao aumento da demanda por alimentos mais naturais e minimamente processados. Este trabalho teve como objetivos a incorporação de extrato de alho em nano estruturas de fosfatidilcolina e avaliação da sua atividade antimicrobiana contra Listeria monocytogenes; avaliou-se, a produção de nanolipossomas com a combinação de nisina e extrato de alho, e avaliar a sua atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-negativas e Gram-positivas. Como resultado, foram obtidos nanolipossomas contendo extrato de alho com 174,6 nm de diâmetro hidrodinâmico, polidispersividade de 0,26; potencial zeta de -16,2 mV e eficiência de encapsulação de 47,46%. Estes nanolipossomas reduziram em 4 ciclos logarítmicos a contagem de células viáveis em quatro das cinco cepas de Listeria spp testesdos, depois de 10 horas de incubação a 37°C em leite integral. No segundo momento, foram desenvolvidos nanolipossomas contendo a mistura nisina/extrato de alho, os quais apresentaram um diâmetro hidrodinâmico de 179 nm, potencial zeta de -27,7 mV e uma eficiência de encapsulação de 82% e 90%, para nisina e extrato de alho respectivamente. Estes nanolipossomas reduziram em 5-6 ciclos logarítmicos a contagem de células viáveis de bactérias gram-positivas em 3-4 ciclos logarítmicos a contagem de bactérias gram-negativas, comparados com o controle, quando incubadas em leite integral a 37°C. Os produtos livres e encapsulados (extrato de alho e nisina/extrato de alho) apresentaram idênticos resultados de atividade antimicrobiana. Sendo assim, é possível afirmar que o processo de encapsulção manteve as propriedades antimicrobianas dos compostos analisados. Os resultados deste estudo indicam que nanolipossomas que contêm a combinação de nisina e extrato de alho têm um alto potencial como antimicrobiano para uso em alimentos. / Food safety is an important issue for the industry and food consumers. In this context, food industry has a technological challenge due to increase of the concern about the use of chemical preservatives and the rising demand for more natural and minimally processed foods. This study aimed to the incorparation of garlic extract into nano estrutures of phosphatidilcholine and evaluation of its antimicrobial activity against Listeria monocytogenes; also, to produce nano liposomes with the combination of nisin and garlic extract and the evaluation of its antimicrobial activity against gram-negative and gram-positive bacteria. As results, were obtained nano liposomes containing garlic extract with 174.6 ± 17.3 nm of hidrodinamic diameter, polidispersivity index of 0.26, zeta potencial of -16,2 mV and with an entrapment efficiency of 47.46%. These nano liposomes decreased in 4 log cycles in viable cell counts in four of the five strains of Listeria spp. tested, later of 10 hours of incubation at 37°C in whole milk. In a second moment, were development nano liposomes containing the combination of nisin/garlic extract, which had a hidrodinamic diameter of 179 nm, zeta potencial of -27.7 mV and an entrapment efficiency of 82% and 90% for nisin and garlic extract, respectively. These nanoliposomes decreased in 5-6 log cycles the viable gram-positive bacteria counts and 3-4 log cycles the viable gram-negative bacteria counts, comparated with the control, when incubated in whole milk at 37°C. The free and encapsulated products (garlic extrac and nisin/garlic extract) showed identical results of antimicrobial activity. Therefore, it can say that the encapsulation process kept the antimicrobial properties of the compounds analyzed. The results of this study indicate that nanoliposomes containing the combination of nisin and garlic extract has a hight potencial as antimicrobial for food use.

A doença de Alzheimer (DA) é uma devastadora desordem neurológica que afeta mais de 37 milhões de pessoas ao redor do mundo, caracterizada pelo progressivo dano cognitivo e pela perda da memória. Estas alterações clínicas são acompanhadas por alterações histológicas cerebrais características da doença, as quais incluem atrofia cerebral, perda de neurônios e disfunção sináptica secundárias à deposição extracelular do peptídeo beta-amilóide (Aβ) e à deposição intracelular de emaranhados neurofibrilares constituídos da proteína tau. Fármacos disponíveis para a terapia da DA apresentam efeito limitado e tratamentos utilizando um único medicamento ou a combinação de terapias que possam efetivamente parar ou modificar o curso da doença ainda não se encontram disponíveis. O resveratrol, um polifenol de origem vegetal, tem atraído considerável interesse devido aos seus potenciais benefícios à saúde humana. Diversos estudos têm demonstrado que o resveratrol possui propriedades anti-amiloidogênicas; entretanto, os efeitos biológicos in vivo do resveratrol são fortemente limitados devido a sua baixa biodisponibilidade, a qual representa uma barreira no desenvolvimento de aplicações terapêuticas do resveratrol. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova formulação capaz de superar a baixa solubilidade, a limitada estabilidade, a elevada metabolização e a baixa biodisponibilidade do resveratrol e avaliar o seu efeito frente à toxicidade induzida pelo Aβ em modelos in vitro e in vivo. Inicialmente, o isômero trans do resveratrol foi incorporado em nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico (RSV-LNC) e a distribuição destas nanocápsulas nos tecidos cerebral, hepático e renal foi avaliada após a administração intraperitoneal (i.p.) ou por gavagem em ratos saudáveis. As nanocápsulas apresentaram elevada capacidade de encapsulamento do resveratrol e animais tratados com RSV-LNC exibiram maior concentração do resveratrol no cérebro, no fígado e no rim quando comparados aos animais tratados com resveratrol livre (RSV) após administrações diárias pelas vias i.p. ou gavagem. Na sequência, nós comparamos o efeito do tratamento com RSV e RSV-LNC frente à toxicidade induzida pelo Aβ através da exposição de culturas organotípicas de hipocampo ao Aβ1-42 por 48 h. Tanto o tratamento prévio quanto o simultâneo das culturas com RSV ou RSV-LNC reduziram significativamente a morte celular induzida pelo Aβ, com o RSV-LNC apresentando efeito mais pronunciado. O pré-tratamento com ambos, RSV ou RSV-LNC, preveniu a produção de espécies reativas de oxigênio; entretanto, o tratamento simultâneo com RSV não protegeu as culturas do dano oxidativo. Ambos os tratamentos, prévio e simultâneo, com RSV-LNC bloquearam a neuroinflamação desencadeada pelo Aβ de maneira sustentada. Além disso, apenas os tratamentos com RSV-LNC foram capazes de aumentar a liberação da IL-10 mesmo na presença do Aβ e prevenir/reduzir a ativação glial e a fosforilação da JNK. Finalmente, nós avaliamos o efeito do resveratrol frente à toxicidade induzida pelo Aβ através da injeção intracerebroventricular do Aβ1-42 em ratos. Nós observamos que os animais que foram injetados com o Aβ1-42 exibiram um significativo défcit na memória, o qual foi acompanhado pela significativa redução nos níveis da sinaptofisina no hipocampo. É importante ressaltar que através do uso das nanocápsulas o resveratrol foi capaz de reduzir estes efeitos deletérios do Aβ1-42 enquanto o tratamento com RSV não foi capaz de proteger da toxicidade induzida pelo Aβ, o que pode ser explicado pelo robusto aumento na biodisponibilidade cerebral do resveratrol atingida pelo uso das nanocápsulas. Adicionalmente, a ativação astrocitária e microglial, bem como fosforilação da JNK desencadeada pelo Aβ foram reduzidas somente após o tratamento com RSV-LNC, enquanto ambos os tratamentos com RSV e RSV-LNC foram capazes de reestabelecer os distúrbios na sinalização mediada pela GSK-3β e a desestabilização da β-catenina desencadeadas pelo Aβ. Juntos, nossos resultados não somente confirmam o potencial do resveratrol no tratamento dos processos neurodegenerativos como também oferecem uma via efetiva para melhorar o efeito neuroprotetor do resveratrol através de um sistema nanocarreador. Estes resultados fornecem suporte para futuros estudos objetivando o entendimento dos mecanismos envolvidos no efeito neuroprotetor do resveratrol. Além disso, a combinação do resveratrol com o sistema de entrega mediado por nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico abrem novas possibilidades para o tratamento da doença de Alzheimer. / Alzheimer's disease (AD) is a devastating neurological disorder that affects more than 37 million people worldwide, characterized clinically by progressive impairments in cognition and memory. These clinical features are accompanied by characteristic histological changes in the brain, which include brain atrophy, loss of neurons and loss of synaptic function secondary to extracellular deposition of amyloid-beta peptide (Aβ) and intracellular deposition of neurofibrillary tangle composed of the microtubule-associated protein tau. Available drugs for AD therapy have small effect sizes and we still not have a single treatment or combination therapy that can effectively stop or reverse the relentless progression of AD. Resveratrol, a naturally occurring polyphenol, has attracted considerable interest for its beneficial potentials for human health. Several studies have been shown that resveratrol is associated with anti-amyloidogenic properties; however, the in vivo biological effects of resveratrol appear strongly limited by its low bioavailability, which is a barrier to the development of therapeutic applications. In this context, the present study was designed to develop a novel resveratrol formulation to overcome its poor solubility, limited stability, high metabolization and weak bioavailability, and to evaluate the effects of resveratrol against in vitro and in vivo Aβ-induced toxicity. Initially, trans-resveratrol was loaded into lipid-core nanocapsules (RSV-LNC) and the nanocapsule distribution in brain, liver and kidney tissues was evaluated by intraperitoneal (i.p.) and gavage routes in healthy rats. Lipid-core nanocapsules showed high entrapment of resveratrol and animals treated with RSV-LNC displayed a higher resveratrol concentration in the brain, the liver and the kidney than those treated with free resveratrol (RSV) after daily i.p. or gavage administration. Next, we compared the effects of RSV and RSV-LNC treatment against Aβ-induced toxicity by expositing organotypic hippocampal cultures to Aβ1-42 by 48 h. Pre- and co-treatment of cultures with both, RSV and RSV-LNC, significantly attenuated Aβ-induced cell death, with RSV-LNC showing somewhat higher potency. Reactive oxygen species formation was prevented by pretreatment with both RSV or RSV-LNC; however, co-treatment with RSV failed to protect cultures from oxidative damage. Pre- and co-treatment with RSV-LNC was able to block the neuroinflammation triggered by Aβ in a sustained pattern. Furthermore, only RSV-LNC treatments were able to increase IL-10 release even in the presence of Aβ, and prevent/decrease glial activation and JNK phosphorylation. Finally, we evaluated the effects of resveratrol against Aβ-induced toxicity by using an intracerebroventricular injection of Aβ1-42 model in rats. We found that Aβ1-42-injected animals showed a significant impairment on learning-memory ability, which was paralleled by a significant decrease in hippocampal synaptophysin levels. Noteworthy, by using lipid-core nanocapsules, resveratrol was able to rescue these deleterious effects of Aβ1-42 while treatment with RSV failed to protect against Aβ-induced toxicity, which can be explained by robust increase of brain bioavailability of resveratrol achieved by lipid-core nanocapsules. Additionally, activated astrocytes and microglial cells, as well as JNK phosphorylation triggered by Aβ was reduced only after RSV-LNC treatment, while both RSV and RSV-LNC treatments were able to restore the disturbance in GSK-3β signaling and destabilization of β-catenin triggered by Aβ. Taken together, our results not only confirm the potential of resveratrol in treating neurodegenerative processes but also offer an effective way to improve the neuroprotective efficiency of resveratrol by nanocarrier delivery system. These findings provide further support for future studies aiming at precisely understanding of mechanisms involved in the neuroprotective effects of resveratrol. Furthermore, the combination of resveratrol and lipidcore nanocapsules-based delivery system may open new avenues for the treatment of Alzheimer’s disease.

Glioblastoma multiforme (GBM) é o mais comum e mais maligno tumor cerebral. O péssimo prognóstico é parcialmente devido à baixa biodisponibilidade dos quimioterápicos no tecido tumoral, recorrência originada por células precursoras resistentes ao tratamento e um sistema imune comprometido. De fato, linfócitos regulatórios modulam o sistema imune para uma resposta pró-tumoral, tornando ainda mais difícil o tratamento. Nesse contexto, nanocápsulas lipídicas (LNCs) têm sido amplamente estudadas a fim de aumentar especificidade dos fármacos ao tecido tumoral. Metotrexato (MTX) e trans-resveratrol (RSV) possuem ação antitumoral já descrita, mas necessitam doses relativamente altas para ação anti-glioblastoma in vivo. O MTX também possui ação imunossupressora através do aumento de adenosina no meio extracelular. A Adenosina, por sua vez, pode modular tanto células efetoras quanto células regulatórias no microambiente tumoral. Dessa forma, a hipótese apresentada nessa tese é que o RSV e o MTX possam ser mais eficazes quando carreados por nanocápsulas em modelos de GBM. Além disso, buscamos avaliar se o MTX poderia interferir com enzimas do sistema purinérgico. Por fim, pesquisamos como a adenosina poderia modular linfócitos B e T através das enzimas CD39 e ecto-5’-NT/CD73. O RSV em nanocápsulas e o MTX em nanocápsulas (RSV-LNCs e MTX-LNCs) aumentaram a atividade anti-tumoral em relação aos compostos em solução, induzindo parada no ciclo celular e apoptose em células de GBM. O MTX diminuiu a expressão da proteína antiapoptótica BCL-2 e aumentou a caspase-3 ativa, levando as células de GBM à apoptose. Além disso, o MTX aumentou a expressão da enzima ecto-5’-NT/CD73 tanto em células de glioma quanto em linfócitos T presentes no microambiente dos gliomas. Esse aumento da expressão foi acompanhado da diminuição em linfócitos T efetores e T regulatórios. Também, demonstramos que linfócitos B que possuem alta expressão da enzima CD39, tem capacidade supressiva sobre linfócitos efetores. Em conjunto, os resultados apresentados nessa Tese apresentaram possíveis novas alternativas de tratamento e contribuíram para melhor compreender esse maligno câncer cerebral. / Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and most malignant brain tumor. The awful prognosis is in part due to the low bioavailability of chemotherapy agents in the tumoral tissue, recurrence originated from treatment-resistant progenitor cells and an impaired immune system. Indeed, regulatory lymphocytes modulate the immune system toward a pro-tumoral response, turning the treatment even more difficult. In this sense, lipid-core nanocapsules (LNCs) have been widely studied to raise the drug specificity to the tumor. Methotrexate (MTX) and trans-resveratrol (RSV) have antitumoral activity, but need relatively high doses to the anti-glioblastoma outcome in vivo. MTX has immunosuppressive capability mediated by the increase of adenosine in the extracellular milieu. Adenosine in turn may modulate both effector and regulatory immune cells in the tumoral microenvironment. Thereby, the hypothesis presented is that RSV and MTX may have an antitumor improvement when loaded into LNCs in GBM models. Moreover, we sought to evaluate whether MTX could interfere with purinergic enzymes. Lastly, we evaluated how adenosine could modulate B- and T-lymphocytes through CD39 and ecto-5’NT enzymes. RSV- and MTX-loaded lipid-core nanocapsules (RSV-LNCs or MTX-LNCs) increased their antitumoral outcome in relation to the solution compounds, inducing both cell cycle arrest and apoptosis in GBM cells. MTX decreased the expression of the antiapoptotic protein BCL-2 and increased the active caspase-3, triggering glioblastoma cells to apoptosis. Furthermore, MTX increased the expression of ecto-5’-NT/CD73 in glioma cells and T lymphocytes of the glioma microenvironment. This up-regulation was followed by decreasing in T effector and T regulatory lymphocytes. Also, we further demonstrated that B lymphocytes with high expression of CD39 enzyme can suppress T efector lymphocytes. Also, we further demonstrated that B lymphocytes with high expression of CD39 enzyme can suppress T efector lymphocytes. Taken together, the results presented herein indicate newfound treatment approaches and new knowledge regarding to this deadliest brain tumor.

Neste trabalho foi apresentada uma nova rota, bastante promissora, para síntese de materiais nanoestruturados a partir de precursores dispersos em matriz inerte, utilizando altas pressões para coibir processos difusivos. O sistema selecionado para o estudo sistemático foi o Aerosil, que consiste de grãos nanométricos de sílica recobertos com grupos metila em diferentes concentrações. Trata-se de um sistema comercial, de baixo custo, que apresenta dispersão em nível atômico de material carbonáceo na matriz inerte de sílica. Além disso, apresenta a vantagem adicional da matriz de sílica poder ser facilmente removida após o processamento em altas pressões através de ataque químico com ácido fluorídrico. Foram realizados experimentos na faixa de 1,25 a 7,7 GPa e temperaturas entre 1000 e 1500 °C. As amostras foram analisadas por microespectroscopia Raman e microscopia eletrônica de transmissão para a caracterização das fases carbonáceas formadas. As amostras processadas em 1,25 e 2,5 GPa para diferentes valores de temperatura e tempos de processamento apresentaram espectros Raman particularmente interessantes, com pico D significativamente intenso e estreito (ID/IG ~ 6 e FWHM ~ 25 cm-1). Estas características, de acordo com a literatura, indicam a presença de nanografenos, os quais eram produzidos, até agora, apenas a partir de bombardeamento de íons em planos grafênicos micrométricos ou por rotas químicas que não produzem amostras puras. A ideia central desse trabalho é impedir a formação de grandes emaranhados de átomos de carbono durante a pirólise de precursores orgânicos, especialmente hidrocarbonetos, através de dois artifícios: (1) o isolamento de pequenos grupos de moléculas em matriz nanométrica inerte, especialmente na superfície dos nanogrãos dessa matriz, e (2) o uso de alta pressão para restringir movimentos dos átomos de carbono pela eliminação de espaços livres e redução de difusão, enquanto permite a saída de átomos de hidrogênio os quais, pelo seu pequeno tamanho, podem difundir mais facilmente pela estrutura da matriz. Desta forma, o efeito da temperatura neste processo de pirólise seria principalmente de permitir a quebra das ligações do hidrogênio e sua posterior eliminação via difusão pela matriz, ficando os átomos de carbono impedidos de grandes movimentos e, portanto, da formação de arranjos espaciais muito diferentes da sua configuração original. Assim, em havendo um recobrimento da superfície de nanogrãos de sílica por grupos metila, o resultado final seria justamente uma estrutura planar de átomos de carbono. Como a pressão desfavorece a presença de vazios, nanografenos seriam formados. O tratamento térmico posterior das nanoestruturas, à pressão ambiente, revelou que elas são estáveis até ~700 °C. A partir desta temperatura, o espectro Raman corresponde a picos D e G alargados, provavelmente devido à minimização de energia de contorno (borda), com o encurvamento dos nanografenos através da formação de pentágonos. A estrutura resultante seria semelhante a do carbono amorfo. / In this work it was presented a new route to synthesize carbon nanostructures based on the dispersion of precursor materials inside an inert matrix processed under high pressure to inhibit the diffusion mechanisms. The selected system investigated was Aerosil, a low cost commercial material containing carbon atoms dispersed at atomic level as methyl groups chemically attached to the surface of the silica grains of nanometric size. In addition, the silica matrix can be easily removed after the pyrolysis under high pressure by chemical etching with fluoridric acid. The experiments were performed from 1,25 to 7,7 GPa in the temperature range from 1000 e 1500 °C. Raman spectroscopy and transmission electron microscopy were used to characterize the samples. The Raman spectra of the samples pyrolised at 1,25 and 2,5 GPa at different temperatures showed remarkable features such as a very intense and narrow D peak (ID/IG ~ 6 and FWHM ~ 25 cm-1). According to the literature, these features are related to nanographenes, produced, up to now, only by ion bombardment of large graphene sheets, creating nanometric regions, or by chemical routes that usually ended up introducing impurities in the graphene samples. The main idea of this work is to prevent the formation of large entanglements of carbon atoms during the pyrolysis of organic precursors, especially hydrocarbons, by: (1) isolating small groups of molecules inside an inert nanometric matrix, especially at the surface of nanometric size grains of the matrix, and (2) using high pressure to inhibit the movement of the carbon atoms, eliminating voids and minimizing the diffusion. The elimination of the hydrogen atoms by diffusion is allowed due to their reduced size. The effect of high temperature in this process would mostly be related to the elimination of hydrogen through diffusion by the matrix, while preventing carbon atoms to do large movements and, therefore, to form large aggregates very different from their original configuration. As a consequence, considering a uniform coating of methyl groups at the surface of the silica grains, the result of the pyrolysis under high pressure would be a planar structure of carbon atoms. Since high pressure inhibit the formation of voids, nanographene sheets would be formed in-between the silica grains. The annealing of the carbon nanostructures at atmospheric pressure revealed that they were stable up to ~700 °C. For higher temperatures, the Raman spectrum contained large D and G bands, similar to amorphous graphite, probably due to the minimization of the energy related to the dangling bonds at the rim of the nanographenes. This minimization should possibly be related to the bending of the graphene sheets through the formation of pentagons.

Nesta dissertação é apresentado o problema quadrático de autovalores com ênfase em modelos encontrados no estudo de vibrações. É feita uma discussão dos métodos de resolução do problema de autovalor de primeira ordem que podem ser utilizados em conjunto com as técnicas de linearização do problema quadrático quando reduzido a um problema generalizado. Tal abordagem é muito comum na resolução dos problemas quadráticos, no entanto, é possível discutir os métodos da potência e o método de Krylov sem recorrer á linearização. Para isto é utilizada uma abordagem direta dos problemas de segunda ordem que originam o problema quadrático de autovalor em termos da solução fundamental ou função de Green de valor inicial. Simulações são realizadas para problemas de autovalor que provêm da nanotecnologia e da dinâmica estrutural. / In this dissertation the quadratic eigenvalue problem is presented with an emphasis on models found in the study of vibrations. A discussion is made of the numerical methods for solving the first-order eigenvalue problem that can be used in conjunction with linearization techniques of the quadratic problem when reduced to a generalized problem. Such an approach is very common in the resolution of quadratic problems, however, it is possible to discuss the power method and the method of Krylov without using linearization. In order to do so there is employed a direct approach of problems of second order that originate the quadratic eigenvalue problem in terms of the fundamental solution or initial value Green's Function. Simulations have been performed for eigenvalue problems arising in nanotechnology and structural dynamics.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-12-02T15:05:49Z No. of bitstreams: 1 2014_MarciaCristinaOliveiradaRocha.pdf: 4612464 bytes, checksum: a165c67c0f9b900d45eb357bc3724bff (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-12-02T15:16:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_MarciaCristinaOliveiradaRocha.pdf: 4612464 bytes, checksum: a165c67c0f9b900d45eb357bc3724bff (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-02T15:16:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_MarciaCristinaOliveiradaRocha.pdf: 4612464 bytes, checksum: a165c67c0f9b900d45eb357bc3724bff (MD5) / O câncer de mama é o principal fator de morte nos países desenvolvidos e está em segundo lugar nos países em desenvolvimento, sendo o mais comum entre as mulheres. Com o aumento da incidência do câncer de mama e suas limitações terapêuticas, faz-se necessário uma busca por alternativas. Assim, a nanobiotecnologia está a progredir rapidamente, de modo a contribuir na resolução das limitações observadas na terapia convencional. O citrato de ródio II [Rh2(H2cit)4], um composto metálico, descrito como um análogo a cisplatina pertencente à família dos carboxilatos de ródio, apresentou atividade antitumoral em carcinoma ascítico de Ehrlich, entretanto possui sua atividade limitada devido à sua toxicidade. Portanto, a associação do citrato de ródio (II) a nanopartículas magnéticas [Magh-Rh2(H2cit)4], representa uma estratégia terapêutica que pode reduzir a toxicidade do citrato de ródio e, assim, melhorar sua ação terapêutica. Um dos fatores relacionados à progressão desta doença relaciona-se ao processo de degradação da matriz extracelular. Células tumorais tem a habilidade de obter as condições necessárias para crescer e sobreviver, promovendo processos de degradação de proteínas da matriz extracelular, como a laminina e fibronectina. O objetivo deste trabalho foi verificar se os tratamentos com Rh2(H2cit)4, Magh-Cit e Magh-Rh2(H2cit)4possuem alguma influência na modulação da expressão das proteínas laminina e fibronectina. Foram injetadas células da linhagem de carcinoma mamário 4T1 para o estabelecimento do tumor na mama de camundongos BALB/c fêmeas. Após 14 dias, os animais foram tratados com Rh2(H2cit)4 livre (8 mg/kg), Magh-Rh2(H2cit)4 (8 mg/kg de citrato de ródio e 216 mg/kg de ferro) e nanopartículas de maghemita (Magh-Cit) (216 mg/kg de ferro), por administração intratumoral. Os tratamentos foram realizados a cada dois dias, totalizando cinco aplicações. Os pesos dos animais não foram alterados com os tratamentos. Nos parâmetros bioquímicos houve uma redução significativa de transaminase pirúvica nos animais controle com tumor e tratados com Magh-Rh2(H2cit)4. Nos parâmetros hematológicos foi observada uma redução do volume plaquetário médio nos animais tratados com Magh-Cit e Magh-Rh2(H2cit)4 e um aumento significativo na contagem de leucócitos nos tratamentos com Magh-Cit e Rh2(H2cit)4. Não foram observadas diferenças significativas no volume e peso do tumor. Quanto à genotoxicidade, foi observado um aumento significativo da fragmentação do DNA e um aumento na proporção de células que se encontravam na fase G1 dos animais com tumor que não receberam tratamento. A expressão das proteínas laminina e fibronectina, foi analisada por imunohistoquímica e não foram observadas diferenças significativas entre os grupos. Os genes codificantes de laminina e fibronectina analisados por RTq-PCR, não apresentaram amplificação, possivelmente por ter uma baixa quantidade de transcritos, portanto, não sendo possível sua detecção. Os tratamentos não produziram uma redução significativa no tumor. Acredita-se que com o ajuste adequado da dose, essas composições podem apresentar um potencial terapêutico para o câncer de mama. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Breast cancer is the leading factor of death in developed countries and is on the second place in developing countries, and the most common among women. To the increased incidence of breast cancer and its therapeutic limitations it is necessary a search for alternatives. Thus, nanobiotechnology is progressing rapidly in order to solve these limitations of conventional therapy. The rhodium (II) citrate [Rh2(H2cit)4], a metal compound, described as a cisplatin analogue belonging to the family of the carboxylates of rhodium showed antitumor activity in Ehrlich ascites breast carcinoma, however, it has limited activity due to its toxicity. Therefore, the association of rhodium (II) citrate with magnetic nanoparticles [Magh-Rh2(H2cit)4] could represent a therapeutic strategy that can reduce the toxicity of rhodium citrate and improve a therapeutic action. One of the factors related to the progression of this disease is the process of extracellular matrix degradation. Tumor cells have the ability to obtain the necessary conditions for growth and survival, promoting the degradation processes of extracellular matrix proteins, such as laminin and fibronectin. The objective of this study was to determine if the treatments with, Rh2(H2cit)4, Magh-Cit and Magh-Rh2(H2cit)4 have some influence in modulating the expression of laminin and fibronectin proteins. 4T1 mammary carcinoma cells were used for establishing the tumor breast in BALB/c mice. After 14 days, animals were treated with free rhodium (II) citrate, rhodium (II) citrate loaded maghemite nanoparticles and maghemita nanoparticles by intratumoral administration. Treatments were carried out every two days, a total of five applications. The animal weights were not changed with the treatments. Biochemical parameters had a significant reduction of pyruvic transaminase in control animals with tumor and treated with Magh-Rh2(H2cit)4. Hematological parameters has a reduction in mean platelet volume in animals treated with Magh-Cit and Magh-Rh2(H2cit)4 and a significant increase in leukocytes count in the treatments with Magh-Cit and Rh2(H2cit)4 was observed. No significant differences in the volume and weight of tumors were observed. About genotoxicity, there were a significant increase in DNA fragmentation and an increase in the proportion of cells that were in the G1 phase of the non-treated animals. The expression of laminin and fibronectin proteins was analyzed by immunohistochemistry and no significant differences were observed between groups. The laminin and fibronectin genes, analyzed by RTq-PCR, showed no amplification, possibly by having low amount of these transcripts, so it was not possible to detect. The treatment did not produce a significant reduction in the tumor. It is believed that with appropriate dose adjustment, these compositions may have a therapeutic potential for breast cancer.