Este trabalho centrou-se no desenvolvimento de nanocápsulas de núcleo lipídico contendo tacrolimus com revestimentos não iônico de polissorbato 80, aniônico de lecitina e catiônico de quitosana para posterior avaliação in vivo das atividades antiedematogênica e imunossupressora das formulações. As suspensões foram preparadas pelo método de deposição interfacial do polímero pré-formado utilizando a poli(ɛ-caprolactona) como polímero biodegradável. Para obtenção das nanocápsulas de núcleo lipídico de superfície catiônica, a lecitina foi adicionada à fase orgânica das suspensões e o revestimento procedeu-se por meio da incubação das partículas em solução aquosa de quitosana. De forma geral, todas as formulações apresentaram distribuição monomodal de partículas apenas na faixa nanométrica e baixa polidispersão. Os valores de potencial zeta obtidos para as formulações não iônicas e aniônicas foram negativos, enquanto que para as formulações catiônicas foram positivos. O teor de fármaco foi próximo ao teórico (0,6 ou 0,8 mg/mL) com alta eficiência de encapsulação (> 99%) e os estudos de liberação in vitro mostraram perfis de liberação sustentada do tacrolimus com mecanismo de transporte anômalo para todas as formulações. Além disso, as suspensões apresentaram estabilidade física adequada por meio de análises de retroespalhamento de luz e partículas de formato esferoide por microscopia eletrônica de transmissão. No modelo de artrite reumatóide induzida por adjuvante completo de Freund, o tacrolimus encapsulado em nanocápsulas de núcleo lipídico revestidas com polissorbato 80 mostrou atividade antiedematogênica superior ao fármaco em solução na dose de 2,0 mg/kg/dia, após administração intraperitoneal das formulações em ratos Wistar. Para avaliar o potencial de nanocápsulas de núcleo lipídico em aumentar a eficácia imunossupressora do tacrolimus pela via oral, realizou-se um estudo com camundongos CF1, o qual foi conduzido em duas etapas. Primeiramente, buscando avaliar o efeito da nanoencapsulação independente da barreira gastrointestinal, o fármaco em solução ou nanoencapsulado foi administrado pela via intraperitoneal nas doses de 4,0 e 6,0 mg/kg/dia, durante 10 dias. Nos tempos 0, 5 e 10 dias, amostras de sangue foram coletadas para posterior contagem do número percentual de linfócitos. Os resultados mostraram que o tacrolimus nanoencapsulado provocou maior redução linfocitária na dose de 4,0 mg/kg/dia em relação ao fármaco livre, enquanto que na dose de 6,0 mg/kg/dia, o efeito farmacodinâmico foi similar para o tacrolimus em solução ou nanoencapsulado. Continuando o estudo, as formulações foram administradas nas doses de 6,0 e 10,0 mg/kg/dia pela via oral e os resultados mostraram que o fármaco em solução na dose de 6,0 mg/kg/dia não apresentou efeito sobre o número percentual de linfócitos durante todo o experimento, enquanto que na dose de 10,0 mg/kg/dia, o efeito da solução foi observado somente no último dia de tratamento. Quando o fármaco foi nanoencapsulado, a redução linfocitária foi significativa nas duas doses testadas (6,0 e 10,0 mg/kg/dia), a qual se iniciou no quinto dia e manteve-se até o final do experimento. Em uma análise comparativa, somente dos grupos tratados com as formulações na mesma dose (6,0 mg/Kg/dia), pelas diferentes vias de administração, observou-se que os animais tratados com o fármaco livre apresentaram diferença na redução linfocitária entre as vias oral e intraperitoneal, enquanto que os animais tratados com as nanocápsulas núcleo lipídico revestidas com polissorbato 80 apresentaram equivalência farmacodinâmica entre as vias de administração avaliadas. Nesse mesmo estudo, constatou-se que as nanocápsulas na dose de 6,0 mg/kg/dia evitaram o aumento das concentrações séricas de glicose após administração oral das formulações. Prosseguindo com o mesmo modelo animal e buscando estudar a influência do tipo de revestimento das partículas (não iônico e catiônico) após administração oral do tacrolimus, foram desenvolvidas nanocápsulas de núcleo lipídico estabilizadas com lecitina e polissorbato 80 revestidas ou não com quitosana. As formulações foram administradas na dose de 6,0 mg/kg/dia e os resultados mostraram maior redução do número percentual de linfócitos para os animais tratados com a formulação de superfície catiônica, a qual provocou efeito imunossupressor já no quinto dia de tratamento enquanto que a formulação aniônica mostrou efeito somente no décimo dia. Os animais tratados com a dispersão do fármaco que continha quitosana não apresentaram redução do número de linfócitos durante o experimento. Além disso, a formulação catiônica foi a única capaz de evitar alterações nas concentrações séricas de glicose, creatinina e fosfatase alcalina dos animais. O conjunto destes estudos demonstra que as nanocápsulas de núcleo lipídico apresentam-se como uma estratégia tecnológica promissora, visando o aumento da eficácia farmacológica e redução de efeitos adversos do tacrolimus. / This work was based on the development of tacrolimus-loaded lipid-core nanocapsules employing the nonionic polysorbate 80, anionic lecithin and cationic chitosan coatings aiming the in vivo evaluation of antiedematogenic and immunosuppressive activities. The suspensions were prepared by interfacial deposition of preformed polymer using the poly(ɛ-caprolactone) as biodegradable polymer. In order to obtain the lipid-core nanocapsules with cationic surface, lecithin was added to the organic phase of the suspensions and the coating proceeded through the incubation of the particles in aqueous solutions of chitosan. In general, all formulations showed unimodal size distributions only at nanoscale and low polydispersity. The zeta potential values obtained for the nonionic and anionic formulations were negative whereas for the cationic formulations were positive. The drug contents were close to the theoretical values (0.6 or 0.8 mg mL-1) with high encapsulation efficiency (> 99%). The colloidal suspensions presented appropriate physical stability by light backscattered analysis and spheroid shaped particles by transmission electron microscopy. Moreover, drug release studies using the dialysis bag method showed sustained release profiles of tacrolimus with anomalous transport mechanism for all formulations. In the Freund's complete adjuvant–induced arthritis model, the tacrolimus-loaded lipid-core nanocapsules coated with polysorbate 80 showed higher antiedematogenic activity compared to the drug in solution after intraperitoneal administration of 2.0 mg kg-1 day-1 in Wistar rats. Proceeding the work, a study using CF1 mice was conducted to evaluate the potential of lipid-core nanocapsules in increasing the immunosuppressive efficacy of tacrolimus. The first evaluation was carried out to determine the influence of encapsulation of tacrolimus on the pharmacodynamic effect of the drug, independently of the oral absorption barrier. In this case, the tacrolimus-loaded lipid-core nanocapsules were compared to the drug in solution after intraperitoneal administration at 4.0 and 6.0 mg kg-1 day-1. Blood samples were collected at times 0, 5 and 10 days for subsequent determination of lymphocytes count percent. The results showed that drug nanoencapsulation caused greater reduction lymphocyte count (%) at the dose of 4.0 mg kg-1 day-1 compared to tacrolimus free, whereas at the dose of 6.0 mg kg-1 day-1, the pharmacodynamic effect was similar for drug encapsulated or nonencapsulated. Continuing the study, the formulations were administered by oral route at 6.0 and 10.0 mg kg-1 day-1. The results showed that the treatment with free drug at 6.0 mg kg-1 day-1 led to no significant difference in lymphocytes percent during the whole experiment while the treatment with drug in solution at 10.0 mg kg-1 day-1 caused exclusively a significant decrease after 10 days. On the other hand, after 5 days of treatment with tacrolimus-loaded lipid-core nanocapsules at both doses of 6.0 and 10 mg kg-1 day-1 had caused significant decreases in lymphocyte count (%); and the pharmacodynamic effect continued until the end of the experiment. In a comparative analysis only those groups treated with the formulations at the same dose (6.0 mg kg-1 day-1), the animals treated with the tacrolimus solution showed different percent reduction in lymphocyte between oral and intraperitoneal routes whereas the animals treated with the lipid core nanocapsules coated with polysorbate 80 showed equivalent pharmacodynamic effect among the administration routes evaluated. The influence of particle coatings (cationic and nonionic) after oral administration of tacrolimus was also investigated using the same animal model. For this, lipid-core nanocapsules stabilized with polysorbate 80-lecithin uncoated (anionic) or coated with chitosan were developed. The formulations were administered at the dose of 6.0 mg kg-1 day-1 and the results showed higher reduction in lymphocytes count percent for the formulation of cationic surface, which caused immunosuppressive effect on the fifth day while uncoated formulation showed the immunosuppressive effect only on the tenth day. The animals treated with the drug dispersion containing chitosan showed no reduction in lymphocytes count (%) during the experiment. Moreover, the formulation of lipid-core nanocapsules with cationic surface was the unique able to prevent alterations in serum levels of glucose, creatinine and alkaline phosphatase. This set of studies showed that the lipid-core nanocapsules are a promising technology strategy aiming at increasing of the pharmacological efficacy and reduction of adverse effects of tacrolimus.

As perdas ósseas representam um desafio à cirurgia reparadora, onde a utilização de diferentes fontes de enxertos ósseos com limitações físicas, químicas e biológicas é frequente. Atualmente, a bioengenharia alia os conhecimentos de diferentes áreas para o estudo de novas formas de produção de tecidos, inclusive para uso em cirurgias reparadoras. O objetivo deste estudo foi associar a nanotecnologia e as células-tronco, para estudar a neoformação óssea na região de defeitos ósseos criados em calota craniana de ratos. Dois estudos foram conduzidos. No primeiro, confeccionaram-se matrizes de nanofibras (scaffolds) a partir do ácido poli (lático-co-glicólico) (PLGA) pela técnica de electrospinning, as quais apresentaram propriedades morfológicas adequadas para seu emprego no estudo. Após, cinco amostras de Stem Cell from Deciduos Tooth (SCDT) de humanos, em processo de rizólise, foram obtidas e cultivadas até atingirem entre 5ª e 7ª passagem, momento no qual foram empregadas no estudo. As SCDT foram semeadas em placas de cultura (grupo controle) e nos scaffolds (grupo teste) para os ensaios de adesão, viabilidade e proliferação celular. Observou-se que a capacidade das SCDT em realizar adesão no grupo teste foi semelhante à sua capacidade de adesão no grupo controle, sem diferença estatística entre os grupos. Verificou-se que as células mantiveram-se viáveis durante todos os dias do experimento (21 dias) nos grupos teste e controle, não apresentando diferença estatística entre os grupos. Em ambos os grupos ocorreu o aumento gradativo da viabilidade celular a partir do inicio do experimento até o 14º dia de cultura, seguido pela sua diminuição quando analisada no 21º dia. O segundo trabalho objetivou avaliar a capacidade da associação scaffolds/SCDT em promover neoformação óssea em ratos. Para isso utilizou-se 15 ratos Wistar, nos quais foram confeccionados defeitos críticos de 8,0 mm de diâmetro nas calotas cranianas. Os animais foram divididos em três grupos experimentais com 5 animais cada: grupo 1 – implante no defeito ósseo de scaffolds; grupo 2 – implante no defeito ósseo de scaffolds semeados com SCDT; grupo 3 – implante no defeito ósseo de scaffolds semeados com SCDT que foram mantidas durante 13 dias em meio de diferenciação osteogênica prévio a sua implantação. Decorrido 60 dias pós operatório, foi realizada a análise 10 histométrica, a qual avaliou a quantidade de tecido ósseo formado no interior do defeito produzido Observou-se que a associação scaffold/SCDT mantida em meio osteogênico previamente à implantação apresentou uma maior neoformação óssea em relação aos demais grupos, sendo esta diferença estatisticamente significante. Em vista dos resultados obtidos, conclui-se que, obedecidos os parâmetros utilizados, os scaffolds de PLGA apresentam resultados favoráveis em relação à interação com as SCDT. Ainda, a utilização de meio de diferenciação osteogênico associado ao scafolld/SCDT, prévio a implantação, mostrou que essa associação possui a capacidade de promover neoformação óssea, sendo a sua utilização adequada para o uso na bioengenharia. / Bone loss is a challenge to reconstructive surgery, where the use of different sources of bone grafts with physical, chemical and biological limitations is common. Currently, bioengineering combines knowledge from different fields to study new forms of tissue production, including for use in reconstructive surgery. The aim of this study was to associate nanotechnology and stem cells in relation to the study of bone formation in the area of bone defects created in rat calvaria. Two studies were conducted. Firstly, nanofiber matrices (scaffolds) were made from acid poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) by the electrospinning technique, which showed morphological properties suitable for use in the study. Following this, five samples from Deciduous Tooth Stem Cells (SCDT) from human, in the process of rhizolysis, were obtained and grown until they reached between the 5th and 7th passage, at which point they were used in the study. The SCDT were seeded onto culture plates (control group) and scaffolds (test group) for adhesion assays, cell viability and proliferation. It was observed that the ability of SCDT to adhere in the test group was similar to their ability to adhere in the control group. There was no statistical difference between the groups. It was found that the cells remained viable for every day of the experiment (21 days) in the test and control groups. There was no statistical difference between the groups. In both groups there was a gradual increase in cell viability from the start of the experiment until the 14th day of culture, followed by their decrease when analyzed on day 21. The second study evaluated the ability of the association scaffolds / SCDT to promote new bone formation in rats. For this, 15 Wistar rats were used, in which were induced critical defects of 8.0 mm diameter in the skulls. The animals were divided into three groups of five: group 1 - bone defect of the implant scaffolds, group 2 - implant in the bone defect of scaffolds seeded with SCDT, group 3 - implant in the bone defect of scaffolds that were seeded with SCDT and kept for 13 days in osteogenic differentiation medium prior to implantation. After 60 days postoperatively, histometric analysis was performed, which assessed the amount of bone formed within the imposed defect. It was observed that the scaffold association/SCDT maintained in osteogenic medium prior to implantation showed greater bone formation than the other groups. This 12 difference was statistically significant. In the light of these results, it can be concluded that, in compliance with the parameters used, the PLGA scaffolds have favorable results in relation to the interaction with the SCDT. Furthermore the use of osteogenic differentiation associated with scafolld / SCDT, prior to implantation showed that this association has the ability to promote bone formation and its use is therefore appropriate for use in bioengineering.

Nanopartículas poliméricas biodegradáveis têm recebido atenção como carreadores de fármacos ao longo dos últimos anos. Em muitos casos, a segurança destes nanocarreadores não foi demonstrada e pouco se sabe sobre a relação entre as suas características físico-químicas e suas propriedades toxicocinéticas e toxicodinâmicas. A nanotoxicologia está emergindo como uma especialidade importante da nanotecnologia e/ou toxicologia, e refere-se ao estudo da interação de nanoestruturas com sistemas biológicos. Nos últimos anos, a maioria das pesquisas foi centrada em estudos in vitro, entretanto, os resultados destes estudos necessitam também ser avaliados em experimentos in vivo para o avanço na utilização de nanocarreadores na área biomédica. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade de nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC), de poli(-caprolactona), após administração intraperitoneal (i.p.) e intradérmica (i.d.) em ratos Wistar. Para a avaliação toxicológica aguda, foi administrada dose única em que se observaram sinais clínicos e fisiológicos, em ambas as vias. Após 14 dias, os animais foram eutanasiados e análises macroscópicas e histopatológicas foram realizadas. Além disso, sangue e urina foram coletados para análises laboratoriais e avaliação de funções teciduais. A avaliação toxicológica subcrônica foi procedida da mesma forma, exceto pela administração de doses repetidas diárias durante 28 dias. As suspensões de nanocápsulas foram preparadas pelo método de precipitação do polímero pré-formado, as quais apresentaram tamanho médio de partícula inferior a 250 nm, índice de polidispersão (IPD) < 1, potencial zeta negativo e pH em torno de 6,7. Os animais tratados pela via i.p. (n=6/grupo) receberam para avaliação da toxicidade aguda: solução salina ou polissorbato 80 (PS80) (12 ml/kg), utilizados como controles e diferentes doses de LNC (18,03, 36,06, e 72,12 × 1012 LNC/kg); no teste de toxicidade subcrônica foram utilizados os mesmos controles porém com doses de 3mL/kg e 6,01, 12,02 ou 18,03 × 1012 LNC/kg. Nos testes de toxicidade aguda, nos animais administrados pela via i.p., foi observada diminuição significativa de peso nos grupos tratados com LNC mesmo após 14 dias da administração (p<0,05). Entretanto no teste subcrônico esta alteração foi transitória, e ocorreu apenas no grupo que recebeu a maior dose até o quinto dia de administração (p<0,05). Houve aumento no peso relativo do baço nos animais que receberam a dose mais alta de LNC (p<0,05) no tratamento agudo. A análise histopatológica em ambos os tratamentos, demonstrou a presença de um granuloma de tipo corpo estranho no fígado e no baço dos animais que receberam a dose mais alta, provavelmente devido ao volume de LNC administrado. Não houve alteração nas análises bioquímicas de dano hepático, renal, dentre outros em todos os grupos tratados. Os dados hematológicos apresentaram uma leve alteração, entretanto foi demonstrada interferência metodológica, evidenciada por testes preliminares in vitro. Além disso, foram avaliados biomarcadores do estresse oxidativo (EO), marcadores inflamatórios e de genotoxicidade. Os resultados dos biomarcadores de oxidação de proteínas e lipídios não foram suficientes para iniciar um processo oxidativo, visto que não houve peroxidação lipídica. Ainda, não houve depleção de antioxidantes, dano ao DNA ou alteração nos marcadores inflamatórios. Nos ratos tratados pela via i.d., foi utilizada solução salina 1,2 ml/kg como grupo controle e uma dose de 7,2 × 1012 LNC/kg de LNC, para um estudo preliminar agudo e solução salina ou PS 80 (0,9ml/kg) e três doses de LNC (1,8, 3,6 ou 5,4 × 1012 LNC/kg) para avaliação da toxicidade subcrônica. No teste de toxicidade aguda, não houve alteração do peso corpóreo, entretanto no teste de toxicidade subcrônica houve uma diminuição reversível do peso no grupo que recebeu PS80 (p<0,05). Os dados histopatológicos não apresentaram alteração. Não houve alteração nos parâmetros bioquímicos, exceto uma leve diminuição da atividade da butirilcolinesterase no grupo que recebeu a dose mais alta (p<0,05). Por outro lado, houve aumento nos leucócitos no grupo que recebeu LNC, no teste de toxicidade aguda e nos grupos que receberam PS 80 e 5,4 × 1012 LNC/kg (p<0,05) após doses repetidas. Em relação à avaliação sanguínea e tecidual dos biomarcadores do EO e dos marcadores inflamatórios, foi observada uma indução nos marcadores de oxidação de proteínas juntamente com uma indução enzimática nos ratos que receberam a dose mais alta, além de uma diminuição dos níveis do IL-10 nos grupos que receberam PS80 e a dose mais alta (p<0.05). Pode-se concluir que nas condições dos experimentos, tanto pela via i.p. quanto pela via i.d., não foram demonstrados danos teciduais, pois os achados laboratoriais foram condizentes com os achados histopatológicos. Além disso, os mecanismos de reparo foram suficientes para contrabalançar eventuais danos oxidativos ou inflamatórios. Assim, o presente trabalho contribui para futuras avaliações toxicológicas de nanocápsulas poliméricas, visto que foram realizadas avaliações agudas e subcrônicas sistemáticas, com marcadores de dano renal precoce e possíveis mecanismos de toxicidade envolvidos após administração por ambas as vias. O aumento na utilização destas nanocápsulas e as lacunas nas informações toxicológicas fazem com que desafios importantes devam ser superados para permitir sua incorporação segura. Com isso, estudos nesta linha podem embasar a avaliação da resposta tóxica e, consequentemente, levar ao estabelecimento de regulamentações para avaliação da toxicidade da maioria das nanopartículas poliméricas biodegradáveis utilizadas como carreadoras de fármacos. / Biodegradable polymeric nanoparticles have received attention as drug carriers over the past years. In many cases, the safety of nanocarriers has not been demonstrated and little is known about the relationship of its physicochemical characteristics and their toxicokinetic and toxicodynamic properties. Nanotoxicology is emerging as an important field of nanotechnology and toxicology, and refers to the study of the interaction of nanostructures with biological systems. In recent years, most research has focused on in vitro studies; however, the results of these studies should also be evaluated trough in vivo experiments, in order to advance in biomedical application of nanocarriers. Thus, the objective of this study was to evaluate the toxicity of lipid-core nanocapsules (LNC), prepared with poly(ɛ-caprolactone), after intraperitoneal (i.p.) and intradermal (i.d.) administration in rats. For acute toxicological evaluation, it was administered a single dose, i.p. and i.d., clinical signs and physiological effects were observed. After 14 days, animals were euthanized and macroscopic and histopathological analyses were done. In addition, blood and urine were collected for laboratory analysis and evaluation of tissue functions. Subchronic toxicological evaluation was similar, except for the administration of repeated doses for 28 days. The suspension of nanocapsules were prepared by interfacial deposition of polymer, which had particle size less than 250 nm, polydispersity index (IPD) <1, negative zeta potential and pH around 6.7. Animals were treated via i.p. (N = 6/group), the doses used for acute toxicity test were: saline or polysorbate 80 (PS80) (12 ml/kg) as controls or three different doses of LNC (18.03, 36.06, e 72.12 × 1012 LNC/kg); for subchronic toxicity test, same controls were used but the doses were 3 ml/kg and 6.01, 12.02 ou 18.03 × 1012 LNC/kg administered daily for 28 days. In acute toxicity test, with i.p. administration, groups treated with LNC presented a significant reduction in relative weight even after 14 days of administration (p<0.05); however in the subchronic test, this change was transient, and occurred only in the group receiving the highest dose until the fifth day of administration (p<0.05). There was an increase in relative weight of spleen in animals that received the highest dose of LNC (p<0.05) in acute treatment. Histopathological analysis in both the treatments, showed a granulomatous foreign body reaction in liver and spleen of animals receiving the highest dose, probably because the volume of LNC administered. There were no changes in biochemical parameters of liver or kidney damage, among all treated groups. Hematological data showed a slight change; however it was demonstrated an interference of the methodology, further evidenced by preliminary in vitro tests. Furthermore, we evaluated biomarkers of oxidative stress (OS), inflammatory and genotoxicity markers. The results of the oxidation of proteins and lipids biomarker were not sufficient to initiate an oxidative process, since no lipid peroxidation occurred. Still, no depletion of antioxidants, DNA damage or change in inflammatory markers was observed. In rats treated via i.d., saline was used as control (1.2 ml/kg) and a dose of 7.2 × 1012 LNC/kg of LNC to a preliminary acute study, and saline or PS 80 (0.9ml/kg) used as controls or three doses of LNC (1.8, 3.6 ou 5.4 × 1012 LNC/kg) for subchronic toxicity evaluation. In acute toxicity test, there was no change in relative body weight, however, a decreased was found for the group receiving PS 80 in subchronic test (p <0.05). No histopathological alteration was found. Also, there was no change in biochemical parameters, except a slight decrease of butyrylcholinesterase activity in the group receiving the highest dose (p<0.05). Moreover, in acute toxicity test, it was found an increase in white blood cells in group receiving LNC; these increasing also occurred after repeate dose test, in PS 80 and 5.4 × 1012 LNC/kg of LNC groups (p <0.05). Regarding blood and tissue biomarkers of OS and inflammatory markers, an induction in protein oxidation marker along with antioxidant induction in rats which received the highest dose were observed, also reduced levels of IL-10 in rats that received the higher dose and PS80 (p <0.05). It can be concluded that, under the experimental conditions, for i.p. and i.d. administration, tissue damage was not found, since laboratorial analysis results were consistent with histopathological findings. Furthermore, mechanisms of repair were sufficient to offset oxidative damage or inflammation.Thus, this study contributes to future toxicological evaluations of polymeric nanocapsules, since a systematic acute and subchronic evaluation with early renal damage markers and possible mechanisms of toxicity involved after ip and id routes were performed. The increase in the use of these nanocapsules and the gaps in toxicological information make important to overcome these challenges in order to allow its safe incorporation. Thus, studies in this line are important to evaluate toxic response, and lead to establishing rules for evaluating the toxicity of most biodegradable polymer nanoparticles used as carrier of drugs.

Uma variedade de biomateriais são estudados para aplicação na engenharia de tecidos, entre os quais os scaffolds de ácido poli (láctico-co-glicólico) (PLGA), produzidos pela técnica de electrospinning. Por meio dessa técnica é possível adicionar diferentes moléculas bioativas durante o processo de produção do biomaterial, tais como a dexametasona (DEX). A DEX é caracterizada por o seu potencial anti-inflamatório e imunossupressor e pela sua capacidade de promover a diferenciação de células-tronco mesenquimais (MSCs) em linhagem osteogênica. Este estudo teve o objetivo de produzir e caracterizar scaffolds de PLGA com diferentes quantidades de DEX (100% puro) e verificar suas propriedades mecânicas, bem como a sua influência sobre MSCs de polpa de dentes decíduos. Sete grupos de scaffolds foram produzidos nas seguintes proporções: 1 parte de DEX para 20 partes de PLGA, identificado como 1:20. Seguindo este, 1:10, 1: 4, 1: 2, 3: 4 e 1: 1, partes de DEX:PLGA foram usadas. Assim, os seguintes grupos foram estudados: A: scaffolds de PLGA sem DEX (grupo controle); B: 1:20; C: 1:10; D: 1:4; E: 1:2; F: 3:4 e G: 1:1. A presença de DEX nos scaffolds e a sua taxa de libertação foi avaliada no decorrer de 21 dias por análise de luz UV (λ = 254 nm). Todos os scaffolds foram avaliados quanto às suas características físico-químicas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por análise mecânica dinâmica (DMA). A interação dos scaffolds com as MSCs foi avaliada durante 21 dias por meio do ensaio de WST-8 e lactato desidrogenase (LDH). O potencial osteogênico dos scaffolds com DEX foi avaliada pela expressão de fosfatase alcalina, coloração com Alizarin Red e análise por RT-PCR. A análise por luz UV mostrou que após 21 dias de cultura, todos os grupos liberaram entre 73 a 79 % da DEX total presente nos scaffolds presente no início do experimento. As fotomicrografias de MEV mostraram fibras distribuídas de maneira aleatória em todos os grupos, com um grande número de poros interconectados. A análise de DMA mostrou que com o aumento da incorporação de DEX, o diâmetro das fibras e a espessura dos scaffolds também aumentou, enquanto o módulo de elasticidade não se alterou. O ensaio de WST-8 e LDH mostraram que ao longo de 21 dias a viabilidade celular aumentou nos grupos A, B, C e D, enquanto que diminuiu nos grupos E, F e G. Com base nos ensaios de avaliação osteogénica, pode-se observar que scaffolds com DEX não apresentaram tal potencial. A partir dos dados do presente estudo, pode ser concluído que os scaffolds com DEX surgem como uma ferramenta promissora para aplicação em engenharia de tecidos, no entanto, esta associação não apresentou potencial de promover a diferenciação osteogénica de MSCs. / A variety of biomaterials are undergoing studies for application in tissue engineering, among which are poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA) scaffolds, produced by the electrospinning technique. Through this technique, it is possible to add different bioactive molecules during the biomaterial production process, such as dexamethasone (DEX). DEX is characterized by its anti-inflammatory and immunosuppressive potential and by its ability to promote the differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) to osteogenic lineages. This study has aimed to produce and characterize PLGA scaffolds with different quantities of DEX (100% pure) and verifies the mechanical properties of the scaffolds, as well as the role of the scaffolds on the outcome of the MSCs from deciduous teeth. Seven groups of scaffolds were produced in the following proportions: 1 part DEX to 20 parts PLGA, identified as 1:20. Following this, 1:10, 1:4, 1:2, 3:4 and 1:1, DEX:PLGA parts were used. The following groups were studied: A: PLGA scaffold without DEX (control group); B: 1:20; C: 1:10; D: 1:4; E: 1:2; F: 3:4 and G: 1:1. The DEX presence in the scaffolds and its release rate from the scaffolds over 21 days were determined by UV light analysis (λ = 254 nm). All the scaffolds were evaluated for their physicochemical characteristics by scanning electron microscope (SEM) and by dynamic mechanical analysis (DMA). The interaction of the scaffolds with MSCs was assessed over 21 days by WST-8 and lactate dehydrogenase (LDH) assay. The osteogenic potential of the scaffold with DEX was assessed by alkaline phosphatase assay, Alizarin red staining and RT-PCR analysis. The UV light analysis showed that after 21 days of culture all the groups released between 73 to 79% of the total DEX present in the scaffolds at the beginning of the experiment. The SEM micrographs showed fibers distributed in a random manner in all groups, with a large number of interconnected pores. DMA analysis showed that with the increase of DEX incorporation, the fiber diameter and scaffolds thickness also increased while their elastic modulus did not change. The WST-8 and LDH assay showed that, over 21 days of culture, the cell viability increased in groups A, B, C and D, while decreased in groups E, F and G. Based on the osteogenic assays, it could be observed that the scaffolds with DEX did not have the osteogenic potential. From the data of this study, it can be concluded that the scaffolds with DEX appear to be a promising tool for application in tissue engineering, however, this association did not show the potential for promote the osteogenic differentiation.

A utilização de nanopartículas poliméricas como carreadores de filtros solares tem sido descrita na literatura, com intuito de possibilitar uma maior retenção desses no estrato córneo. Esse trabalho teve por objetivo desenvolver formulações nanotecnológicas fotoprotetoras a partir de variações na composição do núcleo oleoso e na composição quali-quantitativa dos filtros solares selecionados. Inicialmente, foram preparadas formulações contendo somente metoxicinamato de octila (OMC), afim de determinar a melhor concentração do filtro no núcleo. A análise da estabilidade dessas nanocápsulas mostrou que a menor concentração de OMC foi a ideal para a sua localização preferencial no núcleo. Posteriormente, a essa formulação foi adicionado 16 mg/mL de um óleo adicional, obtendo-se a formulação NC1, a qual apresentou tamanho nanométrico e potencial zeta variando entre -9 e -18 mV. Após a secagem das formulações contendo OMC ou OMC associado ao óleo adicional, a retomada do tamanho nanométrico foi obtida em sua totalidade apenas para a formulação contendo OMC e o óleo adicional. No estudo do gradiente de densidade observou-se que essa mesma formulação, apresentou a menor tendência à mistura de partículas. A formulação NC1 também propiciou maior fotoestabilização do OMC, da mesma forma como a sua respectiva forma pulverulenta. Após incorporação dos nanoinsumos em hidrogéis, os valores de pH, comportamento reológico e características organolépticas obtidas foram adequadas para aplicação tópica. No estudo da capacidade fotoprotetora, a formulação contendo NC1 apresentou melhor desempenho. O hidrogel contendo NC1 também apresentou maior retenção no estrato córneo em ambos os tempos de análise (2 h e 6 h) em relação aos demais hidrogéis contendo somente OMC. Em um estudo final, foram adicionados outros dois filtros solares à formulação NC1, a octiltriazona e bemotrizinol. As formulações apresentaram tamanho de partícula, bem como pH e potencial zeta, adequados. Na análise da estabilidade física das formulações, observou-se que as mesmas mantiveram-se estáveis durante todo o período de análise. No estudo da capacidade fotoprotetora e da capacidade absortiva, a formulação contendo um total de 3 mg/mL de filtros solares encapsulado apresentou melhor desempenho. No estudo de penetração cutânea, esse mesmo semissólido apresentou melhor retenção no estrato córneo após 6 horas em relação ao semissólido contendo os três filtros na forma livre. No estudo avaliando as peles suínas tratadas com as formulações seguida da irradiação em lâmpada UVB, os hidrogéis contendo nanocápsulas (gel contendo NC1 e o gel contendo NC4) foram aqueles que mostraram maior capacidade de evitar os danos provocados pela radiação. Em síntese, esse trabalho demonstrou a superioridade das nanocápsulas desenvolvidas em relação aos hidrogéis não-nanotecnológicos. Também foi demonstrado a possibilidade de encapsulação de mais de um filtro solar no núcleo oleoso das nanocápsulas. / Polymeric nanoparticles containig sunscreens have been developed in several studies mainly to enable greater retention in the stratum corneum. This work aimed to develop photoprotective formulations based on nanotechnology by variyng in the oil core composition and quali-quantitative composition of selected sunscreens. Initially, only formulations containing ethylhexyl methoxycinnamate (EMC) were prepared, in order to determine the optimal concentration of this filter in the nanoparticles core. The stability analysis of these nanocapsules demonstrated that the lower concentration of EMC was the optimal for its core location. To this formulation 16 mg / mL of an additional oil was added, obtaining the NC1 formulation, which had nanometer size and zeta potential ranging between -9 and -18 mV. After drying the formulations containing EMC or EMC associated with additional oil, the resumption of nanometric particle size were obtained in its entirety only for the formulation containing EMC and additional oil. In the study of density gradient, this formulation also showed a lower tendency of particle mixture. The NC1 formulation also provided greater photostabilization of EMC, just as its respective dry form. After incorporation of nanoparticles in hydrogels, the pH values, rheological behavior and organoleptic characteristics were appropriated for topical application. In the study of photoprotective capacity, the formulation containing NC1 presented the best performance. The hydrogel containing NC1 showed greater retention in the stratum corneum for 2 and 6 hours, compared to other hydrogels containing only EMC. In a second study, the sunscreens ethylhexyl triazone and bemotrizinol were added to NC1 formulation. The formulations had suitable particle size as well as pH and zeta potential. In the analysis of physical stability of these formulations, it was observed that they were stable throughout the period of analysis. In the study of photoprotective capacity and absorptive capacity, the formulation containing 3 mg/mL of sunscreens encapsulated showed the best performance. In the study of skin penetration, this semisolid showed better retention in the stratum corneum only after 6 hours compared to semisolid containing three sunscreens in free form. In a study evaluating the porcine skin treated with the formulations and submitted to UVB irradiation, hydrogels containing nanocapsules (hydrogel containing NC1 and hydrogel containing NC4) were those that showed greater capacity to prevent damage caused by radiation. In summary, this study demonstrated the superiority of developed nanocapsules in relation to non-nanotechnology hydrogels. It was also demonstrated the possibility of encapsulation of more than one sunscreen in the oil core of nanocapsules.

Submitted by Fábio José Bezerra (fabio.bezerra@sinimplante.com.br) on 2018-09-26T19:17:20Z No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado - Fabio Bezerra FINAL.pdf: 26485194 bytes, checksum: 8d48b4fe5b931b0696885a05aa486948 (MD5) / Approved for entry into archive by ROSANGELA APARECIDA LOBO null (rosangelalobo@btu.unesp.br) on 2018-09-28T11:50:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bezerra_fjb_dr_bot.pdf: 26485194 bytes, checksum: 8d48b4fe5b931b0696885a05aa486948 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-28T11:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bezerra_fjb_dr_bot.pdf: 26485194 bytes, checksum: 8d48b4fe5b931b0696885a05aa486948 (MD5) Previous issue date: 2018-03-14 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Diferentes biomateriais são sugeridos como alternativas biomédicas, porém pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares envolvidos com sua interface com as células do hospedeiro. Uma vez que as vias de sinalização intracelular são preditivos da qualidade da interação entre a célula e a superfície do biomaterial, este estudo avaliou o comportamento de células pré-osteoblásticas em resposta a variações nano topográficas na superfície de titânio, ligas de Cobalto-cromo (CoCr) e zircônia (ZrO2), explorando mecanismos metabólicos desencadeados por cadeias de fosforilação em cascata e correlacionando-os à variações morfológicas destas células durante eventos de adesão e diferenciação celulares. Em relação ao titânio, mostramos que a superfície modificada com nano-hidroxiapatita (nHA) desempenhou melhor resultado quanto ao espraiamento celular e posteriormente diferenciação, demonstrando que esta superfície promove uma rede de sinalização intracelular necessária para a adaptação celular sobre superfícies de Ti. Em relação aos mecanismos moleculares que regem a resposta ao CoCr, mostramos que este afeta diferencialmente fibroblastos e osteoblastos, mostrando ativação diferencial do gene integrina ß1 e proteínas como FAK, Src, Rac e Cofilina, além de níveis diferenciais de fosforilação de CDK2, Mapk-Erk e Mapk-p38. Posteriormente, mostramos que modulações importantes foram desencadeadas pela Zircônia. Durante os mecanismos de adesão celular, houve uma significante diminuição na atividade de PP2A, garantindo níveis elevados de fosforilação de Mapk-p38. Além disso, mostramos que a zircônia estabelece mecanismo importante de reprogramação de genes envolvidos com o rearranjo da matriz extracelular (ECM), modulando genes como a matriz metaloproteinases (MMPs) e seus inibidores teciduais (TIMPs e RECK). Em síntese, esta tese traz um repertório importante dos mecanismos de transdução de sinais disparados por osteoblastos e, eventualmente, fibroblastos, além da reprogramação gênica envolvida neste processo. De um modo geral, nosso trabalho traz com detalhes mecanismos metabólicos envolvidos com o fenótipo de osteoblastos em resposta a diferentes materiais aplicados em odontologia, buscando enriquecer a identidade molecular destes biomateriais. / Several biomaterials are suggested as biomedical alternatives, but little is known about the molecular mechanisms involved with their interface with the host cells. Since intracellular signaling pathways are proposed to predict the quality of cell-surface relationship, this study addressed pre-osteoblast behavior in response to topographic variations in the titanium (Ti) surface, Cobalt-chromium alloys (CoCr) and Zirconia (ZrO2), exploring the metabolic mechanisms related to the phosphorylation cascade and correlating with cell morphological changes related with adhesion and differentiation events. In relation to titanium, the surfaces modified by the nano-hidroxiapatite (nHA) showed better results for cell spreading and later differentiation when compared to the other groups, demonstrating that this surface promotes an intra-cellular signaling pathway necessary to the cell-surface adaptation. Regarding the molecular mechanisms involved in the CoCr responses, we have shown that it affects fibroblasts and osteoblasts in different ways related to the gene integrin ß1 and proteins such as FAK, Src, Rac and Coffilin, as well as, different levels of CDK2, Mapk-Erk and Mapk-p38 phosphorilation. Lately, our results showed important modulations up-regulated by Zirconia. During the mechanisms of cellular adhesion there was a significant minimization in the PP2A activity, garanteeing high levels of Mapk-p38 phosphorilation. Beyond that, we showed that the zirconia stablishes an important mechanism to reprograme the genes involved in the extracellular matrix (ECM) new arrangement, modulating genes such as the metalloproteases matrix (MMPs) and its tissue inhibitors (TIMPs and RECK). In general, this thesis brings a repertory of important signal transduction mechanisms up-regulated by osteoblasts and eventually fibroblasts, as well as, the gene reprogramming related to this process. Altogether our results describes in details the metabolic mechanisms involved in the osteoblasts phenotype in response to different biomaterials used in dentistry. / 2014/22689-3

Orientador: Willian Fernando Zambuzzi / Resumo: Diferentes biomateriais são sugeridos como alternativas biomédicas, porém pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares envolvidos com sua interface com as células do hospedeiro. Uma vez que as vias de sinalização intracelular são preditivos da qualidade da interação entre a célula e a superfície do biomaterial, este estudo avaliou o comportamento de células pré-osteoblásticas em resposta a variações nano topográficas na superfície de titânio, ligas de Cobalto-cromo (CoCr) e zircônia (ZrO2), explorando mecanismos metabólicos desencadeados por cadeias de fosforilação em cascata e correlacionando-os à variações morfológicas destas células durante eventos de adesão e diferenciação celulares. Em relação ao titânio, mostramos que a superfície modificada com nano-hidroxiapatita (nHA) desempenhou melhor resultado quanto ao espraiamento celular e posteriormente diferenciação, demonstrando que esta superfície promove uma rede de sinalização intracelular necessária para a adaptação celular sobre superfícies de Ti. Em relação aos mecanismos moleculares que regem a resposta ao CoCr, mostramos que este afeta diferencialmente fibroblastos e osteoblastos, mostrando ativação diferencial do gene integrina ß1 e proteínas como FAK, Src, Rac e Cofilina, além de níveis diferenciais de fosforilação de CDK2, Mapk-Erk e Mapk-p38. Posteriormente, mostramos que modulações importantes foram desencadeadas pela Zircônia. Durante os mecanismos de adesão celular, houve uma significante diminuição na ativid... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Several biomaterials are suggested as biomedical alternatives, but little is known about the molecular mechanisms involved with their interface with the host cells. Since intracellular signaling pathways are proposed to predict the quality of cell-surface relationship, this study addressed pre-osteoblast behavior in response to topographic variations in the titanium (Ti) surface, Cobalt-chromium alloys (CoCr) and Zirconia (ZrO2), exploring the metabolic mechanisms related to the phosphorylation cascade and correlating with cell morphological changes related with adhesion and differentiation events. In relation to titanium, the surfaces modified by the nano-hidroxiapatite (nHA) showed better results for cell spreading and later differentiation when compared to the other groups, demonstrating that this surface promotes an intra-cellular signaling pathway necessary to the cell-surface adaptation. Regarding the molecular mechanisms involved in the CoCr responses, we have shown that it affects fibroblasts and osteoblasts in different ways related to the gene integrin ß1 and proteins such as FAK, Src, Rac and Coffilin, as well as, different levels of CDK2, Mapk-Erk and Mapk-p38 phosphorilation. Lately, our results showed important modulations up-regulated by Zirconia. During the mechanisms of cellular adhesion there was a significant minimization in the PP2A activity, garanteeing high levels of Mapk-p38 phosphorilation. Beyond that, we showed that the zirconia stablishes an importa... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Atualmente, existem diversos produtos cosméticos de base nanotecnológica disponíveis no mercado nacional, incluindo protetores solares, produtos para a prevenção do envelhecimento cutâneo, ou ainda, produtos que veiculam uma ampla gama de componentes. Em contrapartida ao grande interesse industrial, várias organizações não governamentais têm expressado a sua preocupação acerca das incertezas do impacto dos novos nanomateriais sobre a saúde humana e sobre as possíveis aplicações e implicações sociais dessa nova tecnologia. Além disso, tem sido amplamente questionada a adequação dos atuais sistemas regulatórios governamentais no que diz respeito aos produtos oriundos da nanotecnologia. De fato, mundialmente, não existem requisitos específicos para o registro de produtos cosméticos de base nanotecnológica, sendo a análise realizada, de maneira geral, caso a caso. Dentro desse contexto, esse estudo traçou uma descrição do perfil da produção industrial de produtos cosméticos de base nanotecnológica no Brasil, buscando avaliar a disponibilidade dos mesmos no mercado nacional e a sua segurança de uso com base na análise das matérias primas constituintes dos produtos, determinação do seu diâmetro de partícula e dados disponíveis na literatura. Em uma última etapa, foram propostos alguns parâmetros para a regulação de produtos cosméticos de base nanotecnológica no Brasil, em especial, no que diz respeito à classificação dos produtos e a rotulagem dos mesmos. / There are a number of nanocosmetic products in the domestic market today, including sunblock, products for prevention against skin aging, or even products which circulate in a wide range components. Running counter to major industrial interests, many non-governmental organizations have expressed their concern regarding the uncertainties of the impact new nanomaterials may have on human health as well as the possible applications and social implications that this new technology may bring. Moreover, the adaptation of current governmental regulations has widely come under scrutiny regarding products stemming from nanotechnology. In fact, worldwide, there are no specific requirements to register nanotechological cosmetic products, as each is generally analyzed on a case by case basis. Within this context, this study traced the profile of the industrial production of nanotechnological cosmetic products in Brazil, with the aim of assessing the availability of these products in the domestic market and their safe usage based on the analysis of the raw materials which make up the products, the determining of particle diameter, and the data available in the literature. In the final stage, some parameters for the regulation of nanotechnological cosmetic products in Brazil are proposed, especially as regards the classification and labeling of products.

Neste trabalho, utilizamos o desenvolvimento recente do método DFT/LDA-1/2 para cálculos de estados excitados em materiais. Começamos com um resumo da teoria do funcional da densidade (DFT) e incluímos uma introdução ao método LDA-1/2 para cálculos de excitações em sólidos. Na compilação dos resultados esperamos ter demonstrado a utilidade do LDA-1/2 para cálculos de alinhamentos de bandas em junções semicondutor/semicondutor e semicondutor/isolante. A aplicação do método envolve o conhecimento da química básica dos sistemas. Para tanto, escolhemos sistemas importantes para diversas aplicações, e cujos modelos de simulação estão o limite ou fora do alcance de metodologias que envolvem alto custo computacional, mas que foram bem caracterizados experimentalmente. Concentramos nossas ações no estudo da capacidade preditiva do LDA-1/2 para alinhamentos de bandas, os chamados band offsets, particularmente importantes para a micro e optoeletrônica. Quando não foi possível compararmos nossos resultados com o experimento, procuramos a comparação com métodos estado-da-arte como GW. Bons resultados foram obtidos para band gaps e band offsets de interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN e CdSe/CdTe, que representam os diferentes tipos de jun_c~oes poss__veis, com (e.g. A1As/GaAs, A1N/GaN) e sem (e.g. Si/SiO2, CdSe/CdTe) ^anions omuns, com (e.g. A1As/GaAs) e sem (e.g. CdSe/CdTe, Si/SiO2) casamento de parâmetros de rede e diferentes tipos de alinhamentos (\"straddling\", e.g. A1As/GaAs ou \"staggered\"e.g. CdSe/CdTe). Analisamos de maneira sistemática o comportamento do entorno do bandgap ao longo da interface, verificando plano a plano atômico o comportamento das bordas de valência e condução com LDA-1/2 em comparação com o LDA, ou comparando diferentes modelos dentro do LDA-1/2, como o caso do CdSe/CdTe e do Si/SiO2. Para o caso A1As/GaAs, aproveitamos o casamento de parâmetros de rede dos semicondutores constituintes e tentamos um modelo de interface de ligas A1xGa1-x As/GaAs para estudar a variação de valência, condução e bandgap em função da composição x. No AlN/GaN, estudamos também os offsets com as contribuições dos orbitais separadamente. Em todos os casos o LDA-1/2 levou-nos a resultados interessantes com modelos simples. A exploração de novas fronteiras de aplicação do método fez-se necessária com a diminuição da dimensionalidade dos sistemas, de 3D (bulk ) para 2D (interfaces) e depois para 1D, ou seja, _os quânticos (\"nanofios\"). Nosso material de estudo para os foi o ZnO que, além da motivação oriunda de conhecidas aplicações em optoeletrônica, apresenta desafios para simulações bulk com qualquer método, e que foi abordado com certo sucesso usando o LDA-1/2 anteriormente, sendo que para fios quânticos encontramos resultados interessantes em geometrias triangulares que facilitaram os modelos. Calculamos o bandgap ZnO bulk e de nanofios passivados e não passivados com hidrogênios usando LDA e LDA-1/2 sem polarização de spin. As estruturas de bandas e o bandgap como função do diâmetro do ano_o foram calculados e ajustes com funções de decaimento foram feitos para comparação, por extrapolação, dos bandgaps com valores experimentais. Foi possível comparar nossos resultados de fios com o bulk, e predizer uma faixa de variaação de bandgaps que os experimentais podem encontrar para nanofios triangulares de ZnO. Também foi feita análise de energias de confinamento em fios quânticos de ZnO, comparando o LDA com LDA-1/2. Finalmente, mostramos os resultados de uma oportunidade de aplicação do método a um material com defeitos, recentemente descoberto e promissor, e com enorme mercado potencial em fotocatálise, o Ti1-O4N. Nosso trabalho envolveu a aplicação do LDA-1/2 a um problema muito desafiador, e.g. a geração de energia limpa, especificamente a separação da molécula de água para produção de hidrogênio. O desafio maior vem da dificuldade de predição de bandgaps teoricamente, em particular para sistemas grandes como é o caso de modelos atomísticos com defeitos, devido aos altos custos computacionais envolvidos. Tais dificuldades forçam os pesquisadores a usarem parâmetros ajustáveis ou métodos semi-empíricos, ou modelos simplificados demais para descrever precisamente resultados experimentais. Isto dificulta o estudo dos sistemas fotocatalíticos potencialmente eficientes e que não foram ainda caracterizados ou otimizados. O LDA-1/2 é aqui validado para esta classe de materiais, abrindo assim a oportunidade para estudar sistemas mais realísticos e complexos para cálculos ainda mais precisos, particularmente para geração de energia limpa. Em particular, modelamos o TiO2 na estrutura rutile com nitrogênio substitucional, cuja estrutura eletrônica é ainda debatida. Foi a primeira aplicação do LDA-1/2 a sistemas com algum tipo de defeito, com ótimos resultados para o novo sistema Ti1- _O4N com vacâncias de Ti. / In this work, we used the recent development of DFT/LDA-1/2 method for calculations of excited states in materials. We begin with a summary of the density functional theory (DFT) and included an introduction to the method LDA-1/2 for calculations of excitations in solids. In compiling the results we hope to have demonstrated the usefulness of the LDA-1/2 for calculating alignments of bands at junctions semiconductor / semiconductor and semiconductor / insulator. The method involves the knowledge of basic chemical systems. To do this we chose systems important for several applications, and simulation models which are the limit or beyond the reach of methodologies involving high computational cost, but have been well characterized experimentally. We focus our actions in the study of the predictive capability of the LDA-1/2 for alignments of bands, the band called offsets, particularly important for micro and optoelectronics. When it was not possible to compare our results with experiment, we compared the methods with state of the art as GW. Good results were obtained for band gaps and band offsets of interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN and CdSe / CdTe, which represent the different types of jun_c poss__veis-tions, with (eg A1As/GaAs, A1N/GaN) and without (eg Si/SiO2, CdSe / CdTe) ^ omuns anions with (eg A1As/GaAs) and without (eg CdSe / CdTe, Si/SiO2) matching network parameters and different types of alignments (\"straddling\" eg A1As/GaAs or \"staggered\" eg CdSe / CdTe). Systematically analyze the behavior of the environment along the interface bandgap, plane by plane scanning behavior of the edges atomic valence and conduction with LDA-half in comparison with LDA, or comparing templates within the LDA-1 / 2, as the case of CdSe / CdTe and Si/SiO2. For the case A1As/GaAs, we take the marriage of network parameters of semiconductor components and try an interface model alloys A1xGa1-x As / GaAs to study the variation of valence, conduction and bandgap as a function of composition x. In the AlN / GaN, we also studied the offsets with the contributions of the orbitals separately. In all cases the LDA-half led us to interesting results from simple models. The exploration of new frontiers of the method was necessary to decrease the dimensionality of the systems, the 3D (bulk) for 2D (interfaces) and then to 1D, ie, quantum _os (\"nanowires\"). Our study material for the ZnO was that, apart from the motivation coming from known applications in optoelectronics, presents challenges for bulk simulations with any method, and that was addressed with some success using the LDA-half earlier, and for wireless find interesting results in quantum triangular geometries that facilitated models. We calculate the bandgap and bulk ZnO nanowires passivated and not passivated with hydrogen using LDA and LDA-1/2 without spin polarization. The bandgap structures and strips as a function of the diameter of ano_o adjustments are calculated and decay functions for comparison were made by extrapolation of the bandgaps with experimental values. It was possible to compare our results with the bulk of wires, and predict a range of bandgaps that variaação can find experimental triangular ZnO nanowires. It was also made analysis of energy confinement in ZnO quantum wires, comparing LDA with LDA-1/2. Finally, we show the results of an opportunity to apply the method to a material with defects, newly discovered and promising, and with huge market potential in photocatalysis, the Ti1-O4N. Our work involved the application of LDA-1/2 to a very challenging problem, eg the generation of clean energy, specifically the separation of the water molecule for hydrogen production. The main challenge has been the difficulty of predicting bandgaps theoretically, in particular for large systems such as the model atomistic defects because of the high computational costs involved. These difficulties force the researchers to use adjustable parameters or semi-empirical methods, or other simplified models to accurately describe experimental results. This complicates the study of potentially efficient photocatalytic systems which have not yet been characterized or optimized. The LDA-1/2 is here validated for this class of materials, thus opening the opportunity to study more realistic and complex systems for more accurate calculations, particularly for clean energy generation. In particular, we modeled the structure of TiO2 in the rutile with substitutional nitrogen, whose electronic structure is still debated. It was the first application of the LDA-1/2 systems with some kind of defect, with excellent results for the new system Ti1-_O4N with Ti vacancies.

Nanopartículas de ouro têm mostrado enorme potencial de aplicação em modalidades diagnósticas e terapêuticas fotoativadas. Em especial, nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas apresentam excelente desempenho atuando tanto como contrastes de imagens fotoacústicas, quanto como agentes ativos para terapias fototérmicas de câncer. Apesar dos avanços nas suas rotas de síntese, o desenvolvimento dessas nanoestruturas de forma simples e reprodutível ainda é desafiador. O presente trabalho visou o desenvolvimento de nanopartículas de ouro anisotrópicas ramificadas, ou nanoflores, que sejam fotoativas no infravermelho-próximo para a terapia e diagnóstico de câncer. Em particular, buscou-se o desenvolvimento de uma síntese simples para sua obtenção, assim como a verificação de sua atuação como agente de contraste fotoacústico e como agente ativo para hipertermia de tumores. Para tanto, desenvolveu-se uma síntese in situ que permitiu a obtenção de nanoflores monodispersas com tamanho e propriedades ópticas controláveis. Através da variação de aspectos da síntese, como a temperatura e a concentração de ouro, foi possível sintonizar a atividade óptica das partículas entre 590 e 960 nm. Sua formação foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura, espalhamento de luz dinâmico e espectroscopia UV-visível. As partículas apresentaram boa estabilidade de suas características físico-químicas por dois meses e meio. Ainda, as nanoflores se mostraram estáveis, também, quando suspensas em meio de cultura, sob irradiação de lasers, e quando mantidas a temperatura corpórea por longos intervalos. Sua resposta fotoacústica foi caracterizada, apresentando sinais significativos e permitindo a obtenção de imagens claras de sua localização, mesmo em baixas concentrações. Testes realizados em cultura de células mostraram que as nanoflores foram eficazes na hipertermia de uma linhagem de hepatocarcinoma de rato (HTC), ao mesmo tempo que não apresentaram sinais de toxicidade a uma linhagem de fibroblastos de camundongos (FC3H). Esses resultados revelam uma possibilidade simples de fabricação de nanoestruturas de ouro anisotrópicas ramificadas, que podem servir como uma plataforma promissora para o diagnóstico e terapia do câncer. / Gold nanoparticles have shown enormous potential of application in photodiagnostic and in phototherapeutic procedures. Notably, branched anisotropic gold nanostructures present distinguished performance acting as contrast agents of photoacoustic images and as active agents for photothermal therapies for cancer. Despite advances in their synthesis routes, the growth of these nanostructures in a simple and reproducible way is still challenging. The present study was aimed at developing branched anisotropic gold nanoparticles, coined nanoflowers, that are photoactive in the near-infrared for therapy and diagnosis of cancer. In particular, we sought to develop a simple synthesis route, as well as to verify its application for both, as photoacoustic contrast agents and as active agents for tumor hyperthermia. An in situ synthesis was developed which allowed the development of monodisperse nanoflowers with controllable size and optical properties. Through variations of certain aspects of this procedure, such as temperature and gold ions concentration, it was possible to tune the optical activity of the particles between 590 and 960 nm. The nanostructure morphology was confirmed by scanning electron microscopy, dynamic light scattering and UV-visible spectroscopy. The particles exhibited consistent physicochemical characteristics and good stability for two and a half months. Furthermore, the nanoflowers were also stable when suspended in cell culture medium, under laser irradiation and when maintained at body temperature for long intervals. Its photoacoustic response was characterized, presenting significant responses and generating clear images of its location, even at low concentrations. In vitro tests revealed that these nanoflowers were effective therapeutic agents for photothermal therapy of a rat hepatocarcinoma (HTC) lineage, while showing no signs of toxicity to mouse fibroblast (FC3H) cell line. These results reveal a simple procedure of synthesizing branched anisotropic gold nanostructures, which can serve as a promising platform for cancer diagnosis and therapy.