Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5710.pdf: 9081274 bytes, checksum: 235a22e72d32a0486237aee2952f268e (MD5) Previous issue date: 2013-11-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Brazil is a major producer of fruit, but the losses related to postharvest handling are considerable high, and it is important to develop methods to reduce them. Analysis techniques were used is the application of edible coatings in order to increase the shelf life of the fruit. This study evaluated the use of zein based films, storage proteins from corn, with the addition of plasticizers and cellulose nanofibers, for covering pears and apples. The zein are hydrophobic proteins and can form a barrier against moisture loss and gas exchange, thus reducing the rate of fruit respiration and consequently increasing it`s shelf life. The filmogenic solutions tested were obtained using 4% zein with addition of different concentrations of cellulose nanofibers and plasticizers. The solutions were applied on apples and pears by immersion. Fruits were evaluated for weight loss, appearance and texture, where it was shown that the optimal concentration was 4% + 0.1% zein cellulose nanofibers + 0.5% oleic acid, as obtained an increase of about 30 days the shelf life of fruit in addition there was better preservation of fruits in natural color and texture compared to other concentrations. For this we use techniques: colorimetry, texturometer and monitoring of mass loss. For characterization of the films were used analysis techniques and contact angle atomic force microscopy, where we also observe that the best result for these two parameters was the movie 4% zein + 0.1% cellulose nanofibers and 0.5% oleic acid, because the films were less hydrophilic and more homogeneous. To evaluate the toxicity of produced film an experiment was conducted with male Wistar rats that were divided into two groups: the first group was fed with feed coated with filmogenic solution, and the second group received a diet without coating. During the experiment they documented the intake of food and water, and collected all excrement. After the experiment various organs were collected for analysis. The results of this experiment indicated that the solution filmogenic showed no toxic effect on the mice. The results of the experiments with the fruit specified the solutions were more efficient for the preservation of fruit quality in the study. / O Brasil é um grande produtor de frutas, porém as perdas relacionadas ao manuseio póscolheita são consideráveis, sendo importante o desenvolvimento de metodologias que as reduzam. Uma técnica que tem sido usada é aplicação de revestimentos comestíveis com o objetivo aumentar o tempo de prateleira do fruto. O presente trabalho avaliou o uso de filmes a base de zeína, proteínas de reserva do milho, com a adição de plastificantes e nanofibras de celulose, para recobrimento de peras e maçãs. As zeína são proteínas hidrofóbicas e podem formar uma barreira contra a perda de umidade e as trocas gasosas, reduzindo assim a taxa de respiração dos frutos e consequentemente aumentando o seu tempo de prateleira. As soluções filmogênicas testadas foram obtidas utilizando-se 4% de zeína com adição de diversas concentrações de nanofibras de celulose e plastificantes. As soluções foram aplicadas sobre peras e maçãs por imersão. As frutas foram avaliadas quanto a perda de massa, aparência e textura. Para isso utilizamos as técnicas de: colorimetria, texturômetro e acompanhamento da perda de massa, onde foi mostrado que a melhor concentração foi a de 4% de zeína + 0,1% de nanofibras de celulose + 0,5% de ácido oleico, pois obtivemos um aumento de cerca de 30 dias no tempo de prateleira das frutas, além disso, houve uma melhor conservação na coloração natural das frutas e na textura em relação as outras concentrações. Para caracterização dos filmes foram utilizadas as técnicas de análise de ângulo de contato e microscopia de força atômica, onde também podemos observar que o melhor resultado para esses dois parâmetros foi o filme de 4% de zeína + 0,1% de nanofibras de celulose e 0,5% de ácido oleico, pois os filmes ficaram menos hidrofílicos e mais homogêneos. Para avaliar a toxicidade do filme produzido foi feito um experimento com ratos machos da linhagem Wistar, divididos em dois grupos, sendo que o primeiro grupo foi alimentado com ração revestida com solução filmogênica, e o segundo grupo recebeu a ração sem revestimento. Durante o experimento foram compilados o consumo de ração e água e coletadas todas as excreções. Após o experimento foram coletados vários órgãos para análise.

De acordo com dados da Organização Mundial da Saúde (OMS) estimam-se que os agrotóxicos causam anualmente 70 mil intoxicações agudas e crônicas que evoluem para óbito. Dentre eles, o paraquat (PQ) é o que apresenta maior taxa de mortalidade, sendo responsável por cerca de 13% de todos os casos registrados, principalmente devido a falta de um tratamento efetivo. O principal mecanismo de toxicidade proposto está associado ao ciclo redox do PQ, onde ocorre a formação de espécies reativas (ERs) de oxigênio e nitrogênio, levando ao estresse oxidativo (EO). Na literatura há relatos do uso de antioxidantes para casos de intoxicação do PQ. Dessa maneira, nesse trabalho avaliou-se o uso de melatonina associada a nanocápsulas de núcleo lipídico (Mel-LNC) na proteção contra os danos causados pelo PQ, uma vez que o uso da nanotecnologia melhorou a atividade antioxidante dessa molécula. Para tal utilizou-se o sistema in vitro, linhagem celular de adenocarcinoma pulmonar (A549), e o modelo alternativo in vivo, Caenorhabditis elegans. Mel-LNC e nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC) foram preparadas de acordo com o método de deposição do polímero pré-formado. Ambas as formulações foram caracterizadas avaliando tamanho de partícula, potencial zeta e pH, e para Mel-LNC foram determinadas a concentração de melatonina e porcentagem de encapsulação. Os resultados encontrados estão de acordo com os parâmetros já validados para essas formulações. Foi possível verificar que as formulações MEL-LNC e LNC se mantiveram estáveis nos meios de cultura utilizados nos ensaios in vitro e in vivo. No estudo in vitro foi observado que o tratamento com ambas as formulações não causaram diminuição da viabilidade nem dano de DNA na linhagem celular utilizada. Além disso, foi verificado a internalização da Mel-LNC utilizando-se a formulação marcada com rodamina B, sendo possível verificar uma intensa fluorescência vermelha ao redor do núcleo da célula. O pré-tratamento com Mel-LNC foi capaz de aumentar a viabilidade celular e diminuir o dano oxidativo de DNA causado pelo paraquat após 24 horas de exposição, porém isso não ocorreu quando as células foram pré-tratadas com melatonina livre. No estudo com o modelo alternativo C. elegans, foi utilizada uma formulação de Mel-LNC marcada com rodamina B (Mel-LNC-RoB), a fim de verificar a absorção dessa formulação pelo nematoide. Foi possível observar que a internalização da Mel-LNC no C. elegans ocorre principalmente pela via oral, uma vez que se verificou uma intensa fluorescência no intestino do nematoide após o tratamento com a Mel-LNC-RoB e após três horas, essa fluorescência se distribuiu pelo restante do corpo, apresentando inúmeros pontos de fluorescência fora do intestino. Com relação à avaliação do efeito protetor nesse modelo alternativo in vivo, pode-se inferir que o pré-tratamento com Mel-LNC aumentou a sobrevida, diminuiu a produção de espécies reativas (ERs) e manteve o desenvolvimento normal dos nematoides após a exposição ao PQ, sendo que isso não foi verificado quando os mesmos foram pré-tratados com melatonina livre. Além disso, verificou-se que as nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC) são seguras para o uso no modelo C. elegans, uma vez que apresentou alto valor para a dose letal 50 (DL50), e alterações no desenvolvimento e produção de ERs somente ocorreram em doses mais elevadas que as utilizadas em nossos experimentos. Dessa maneira, a formulação de Mel-LNC mostrou-se um promissor candidato para estudos futuros nos casos de intoxicação por paraquat. / According to estimations by World Health Organization (WHO), pesticides are responsible for 70 thousand acute intoxication cases that lead to death per year. Among these compounds, paraquat (PQ) presents the highest mortality rate, about 13% of all registered cases, especially for the lack of effective treatment. The major mechanism of toxicity proposed is associated to its redox cycle, in which oxygen and nitrogen reactive species (RS) are generated culminating in oxidative stress (OS). Some reports in the literature support the use of antioxidants for PQ intoxication cases. The present study aimed to evaluate the use of melatonin-loaded lipid-core nanocapsules (Mel-LNC) in the protection against PQ-induced damages, considering that nanotechnology has improved the antioxidant activity of this molecule. For this purpose, an in vitro system composed by lung adenocarcinoma (A549) cell line, and the in vivo alternative model of Caenorhabditis elegans have been utilized. Mel-LNC and unloaded lipid-core nanocapsules were prepared by self-assembly and characterized by particle sizing, zeta potential and pH, and for Mel-LNC formulation it was determined the drug content and encapsulation efficiency. The results are in agreement with the parameters already validated for these formulations. It was possible verify that Mel-LNC and LNC formulations remained stable in the culture medium utilized in in vitro and in vivo experiments. Results from in vitro studies showed that none of the formulations induced reduction in cell viability or DNA damage in treated cells. Besides, it was observed the internalization of Mel-LNC marked with rhodamine B, showing an intense red fluorescence around the cell nucleus. Pretreatment with Mel-LNC was able to enhance cell viability and diminish DNA oxidative damage caused by paraquat after 24h exposure, which could not be observed when cells were pretreated with Mel. In the study with the alternative model C. elegans, a rhodamine (Ro)-linked Mel-LNC formulation was prepared in order to assess the absorption of the formulation by the nematode. Mel-LNC uptake in C. elegans was found to occur mainly by the oral route, once an intense fluorescence was observed in the intestine after treatment with Mel-LNC-RoB, which after 3h distributed to the rest of the body, presenting numerous fluorescence dots outside the intestine. In relation to the evaluation of protection with the in vivo alternative model, results indicate that pretreatment with Mel-LNC increased survival rate, reduced the production of reactive species and maintained the normal development of nematodes after paraquat exposure, while the same observations were not found after pretreatment with free melatonin. In addition, the lipid-core nanocapsules (LNC) were found to be safe in the C. elegans model, due to its high lethal dose (LD50) value, and development alterations and RS production only occurred in the higher doses than those utilized in our experiments. Therefore, the Mel-LNC formulation demonstrated to be a promising candidate for future studies aiming treatment of paraquat intoxication cases.

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.

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Katia Nascimento.pdf: 1068792 bytes, checksum: 21eda0227fa806a032831389e9702cbc (MD5) Katia Nascimento.pdf.jpg: 3573 bytes, checksum: 0598575e3e40c135c5f6a495204e1f7e (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The toxicological sciences cover several areas including the toxicology, which studies the toxicity of nanoparticles (NPs) for use in the biological contact. NPs depending on how they interact with the cells can generate a series of imbalances, may be both cell membrane or in genetic material. This study evaluated the cytotoxicity and oxidative stress of nanocapsules (NCs) of meloxicam in cultured splenocytes of mice in vitro. We used mice of Balb/ c spleens were removed for the experiments. Cytotoxicity assays were performed as the 3 - (4,5) dimetiltialzolil -2,5 diphenyltetrazolium (MTT) and PicoGreen®, and also oxidative stress through the levels of thiobarbituric acid reactive species (TBARS), catalase activity and the levels of non-protein thiols (NPSH). The results showed that both NCs meloxicam (MN) NCs white (NB) and free meloxicam (ML) were cytotoxic to splenocytes. MF increased lipid peroxidation, but did not change antioxidant defenses, while MN did not alter the oxidative stress parameters. The NC constituents were isolated and it was performed cytotoxicity assays in splenocytes of mice. We demonstrated that all components (PCL, Tween 80, Span 60 and oil - medium chain triglyceride) caused cytotoxicity and only the PCL and Tween 80 caused damage to the nuclear membrane. Therefore, we can conclude that NC, NB and MF caused cytotoxicity, but only NB and MF produced oxidative stress. Moreover, cytotoxic effects of NCs constituents isolated did not intense. In this context, this study revealed that the NC components act synergistically to cause toxicity. / As ciências toxicológicas abrangem várias áreas entre elas, a nanotoxicologia, a qual estuda a toxicidade de nanopartículas (NPs) destinadas ao contato biológico. As NPs dependendo da maneira como interagem com as células, podem gerar uma série de desequilíbrios, podendo ser tanto a nível de membrana celular ou ainda, no material genético. Neste estudo foram avaliados a citotoxicidade e o estresse oxidativo de nanocápsulas (NCs) de meloxicam em cultura de esplenócitos de camundongos in vitro. Foram utilizados camundongos da linhagem Balb/c e os baços foram removidos para a realização dos experimentos. Foram realizados ensaios de citotoxicidade como do 3-(4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil (4,5) dimetiltialzolil -2,5 difeniltetrazólio 2,5 difeniltetrazólio 2,5 difeniltetrazólio 2,5 difeniltetrazólio2,5 difeniltetrazólio2,5 difeniltetrazólio 2,5 difeniltetrazólio2,5 difeniltetrazólio 2,5 difeniltetrazólio (MTT) e PicoGreen®, e ainda, de estresse oxidativo através dos níveis de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), atividade da catalase e os níveis de tióis não-proteicos (NPSH). Os resultados demonstraram que as tanto as NCs de meloxicam (MN), NCs brancas (NB) e meloxicam livre (ML) foram citotóxicas aos esplenócitos. A NB causou um aumento nos níveis de TBARS, indicando uma peroxidação lipídica na membrana celular, e um aumento na atividade da catalase. ML causou somente um aumento na peroxidação lipídica sem alterar as defesas antioxidantes, enquanto MN não causou alteração nos parâmetros de estresse oxidativo avaliados. Os constituintes da NC foram isolados e realizados ensaios de citotoxicidade. Como resultados, foi observado que todos os componentes (PCL, Tween 80, Span 60 e óleo triglicerídeo de cadeia média) causaram citotoxicidade e apenas o PCL e Tween 80 lesaram a membrana nuclear. Portanto, pode-se concluir que tanto MN, NB e ML causaram uma citotoxicidade, porém somente as NB e o ML causaram estresse oxidativo. Além disso, o efeito citotóxico dos componentes das NCs isoladamente não foi tão intenso, portanto este estudo revelou que os componentes das NCs atuam sinergicamente para desencadear a toxicidade.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-17T11:45:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Patrick_Flores_Menezes.pdf: 781861 bytes, checksum: d5a63e27019895c5d076c24d47faf78b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T11:45:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Patrick_Flores_Menezes.pdf: 781861 bytes, checksum: d5a63e27019895c5d076c24d47faf78b (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Carbon nanotubes (CNT) are structures of a few centimeters in length, and with a nanometer radius. The application of CNT has been diverse, from nanosensors to drug carriers, and therefore its toxicological evaluation is of great importance. Among the various properties of CNT, the most worrying in toxicological terms is its great insolubility. The insolubility in aqueous medium is one of the factors that decrease the biocompatibility, reducing cell viability in vitro. Functionalization techniques of nanostructures can be used to increase the solubility of CNT, thus increasing their biological compatibility. The objective of this work was to investigate the cytotoxicity caused by nonfunctionalized and functionalized multiple-walled carbon nanotubes (MWCNT) through a chemical method and subsequent purification. For the in vitro tests, the treated cells (RAW 264.7 and VERO cells) were cultured with various concentrations of CNT described in the literature for comparison (5, 10, 25, 50 and 100 μg / ml). Cells from the control group with culture medium were cultured with DMEM culture medium supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), and the positive control for cell damage with 100 mM of hydrogen peroxide. Cells remained in treatments for the 24 hour periods. Cell viability was then determined by the tripan blue exclusion method, which remained around 70%. Biochemical tests for cytotoxicity were carried out by the release of the enzyme lactate dehydrogenase (LDH) in the cell supernatant, nitric oxide in the macrophages, MTT, and a cell count of the supernatant after treatment. The results showed no significant difference in cytotoxicity of the samples, so the experiment was repeated using a VERO cell line, and concentrations were increased (100, 250, 500, 1000 and 5000 μg / ml). The MTT, LDH, neutral red and tripan blue counts were again performed. This second result demonstrated that functionalization decreases the cytotoxic effect of the MWCNT used. The methodology used was easy to apply and could be used for future analyzes of cytotoxicity using these nanomaterials. / Nanotubos de carbono (NTC) são estruturas de comprimento de poucos centímetros, e com um raio nanométrico. A aplicação dos NTC tem sido diversa, de nanosensores a carreadores de fármacos, e por isso sua avaliação toxicológica é de grande importância. Entre as diversas propriedades dos NTC, a mais preocupante em termos toxicológicos é a sua grande insolubilidade. A insolubilidade em meio aquoso é um dos fatores determinantes que diminuem a biocompatibilidade, diminuindo a viabilidade celular in vitro. Técnicas de funcionalização de nanoestruturas podem ser utilizadas, para aumentar a solubilidade dos NTC, aumentando assim sua compatibilidade biológica. Com isso, o objetivo desse trabalho foi investigar a citotoxicidade causada pelos nanotubos de carbono de paredes múltipla (NTCPM) não funcionalizados e funcionalizados, através de um método químico e posterior purificação. Para a realização dos testes in vitro, as células tratadas (RAW 264.7 e Células VERO) foram cultivadas com diversas concentrações de NTC descritas na literatura a fim de comparação (5, 10, 25, 50 e 100 μg/ml). As células do grupo controle com meio de cultura foram cultivadas com meio de cultura DMEM suplementado a 10% de soro bovino fetal (SBF), e o controle positivo para dano celular com 100 mM de peróxido de hidrogênio. As células permaneceram em tratamentos pelos períodos de 24 horas. Em seguida foi determinado a viabilidade celular, através do método de exclusão pelo azul tripan, a qual permaneceu em torno de 70%. Em seguida foram conduzidos os testes bioquímicos de citotoxicidade através da liberação da enzima lactato desidrogenase (LDH) no sobrenadante celular, óxido nítrico na linhagem de macrófagos, MTT e uma contagem celular do sobrenadante celular após tratamento. Os resultados não demonstraram diferença significativa na citotoxicidade das amostras, sendo assim, o experimento foi repetido utilizando uma linhagem celular de células VERO, e as concentrações foram aumentadas (100, 250, 500, 1000 e 5000 μg/ml). Foram realizados novamente os ensaios do MTT, LDH, vermelho neutro e a contagem com azul tripan. Este segundo resultado demonstrou que a funcionalização diminui o efeito citotóxico dos NTCPM utilizados. A metodologia utilizada, mostrou-se de fácil aplicabilidade e passível de ser utilizada para futuras análises de citotoxicidade utilizando estes nanomateriais.

Essa tese de doutoramento utiliza a auto-organização dos filmes finos layer-by-layer (LbL), auto-organização por alcanotióis mistas (SAMmix) e monocamada de Langmuir no desenvolvimento de dispositivos e novas metodologias para aplicações em nanomedicina. Foram desenvolvidos e aplicados biossensores utilizando as técnicas de LbL e SAM. Dentre os biossensores construídos está o sensor para óxido nítrico (NO&bull;), que é de grande importância no sistema fisiológico. O sensor foi construído por meio da modificação de ultramicroeletrodos de fibra de carbono pela técnica LbL. A caracterização do sensor foi realizada por voltametrias e espectroscopias de impedância eletroquímica. Os resultados revelaram que a difusão de NO&bull; é dependente do número de bicamadas empregadas e da disposição das moléculas no filme. O sensor com arquitetura CF-(PAMAM/NiTsPc), fibra de carbono (CF), ftalocianina de níquel tetrasulfonada (NiTsPc) e dendrímero poliamidoamina (PAMAM), apresentou o melhor sinal analítico. Além disso, foi analisada a detecção de NO&bull; com interferentes como nitrito, nitrato, peróxido de hidrogênio, ácido ascórbico, dopamina, epinefrina e a norepinefrina. Os resultados mostraram alta seletividade devido à utilização do dendrímero PAMAM. O segundo biossensor utilizou a enzima acetilcolinesterase imobilizada em monocamadas auto-organizadas mistas (SAMmix) de alcanotióis. A detecção eletroquímica mostrou-se altamente sensível, uma vez que não há o uso do glutaraldeído como agente reticulante. Com essa plataforma foi possível desenvolver um biossensor de acetilcolina estável e robusto, sendo calculado o valor de Km app = 0,46x10-3 mol L-1, limite de detecção LD=3,32x10-10 mol L-1 e limite de quantificação LQ=1,11x10-9 mol L-1, valores inferiores aos encontrados na literatura, ressaltando a eficiencia da nova plataforma. Seguindo a mesma idéia de auto-organização, foram realizados estudos de nanotoxicidade utilizando modelos de membrana a partir de filmes de Langmuir. O principal objetivo foi elucidar a ação dos nanotubos de carbono (SWCNT), PAMAM e do nanocomplexo entre os dois materiais (SWCNT-PAMAM) nas membranas celulares, a nível molecular, usando um sistema modelo de membrana. A penetração de SWCNT e dos nanocomplexos em monocamadas lipídicas foi estudada utilizando microscopia de ângulo de Brewster (BAM) simultaneamente com cinética de absorção e pressão de superfície. Os resultados confirmaram a interação entre os nanomateriais e a membrana, indicando que a presença dos nanomateriais afeta o empacotamento dos lipídios. Foram realizados ainda estudos de citotoxicidade dos mesmos nanomateriais em sistemas celulares in vitro. Os resultados de citometria, proliferação celular, morfologia e inibição de adesão apresentaram-se evidenciaram que a combinação entre SWCNT e PAMAM, proporciona um maior índice de toxicidade em relação ao SWCNT, um comportamento diferente do que relatado nos componentes individuais. A toxicidade de nanocomplexos de SWCNT-PAMAM e de seus componentes individuais podem estar fortemente ligados ao tipo de material e como estes estão disponíveis no meio de cultura. Os estudos contidos nessa tese mostram a versatilidade dos filmes finos em sistemas auto-organizados e biomiméticos, e podem ser relevantes para o avanço de pesquisas sobre interação de nanomateriais e biossistemas. / In this thesis we employed the concept of self-organization, including the layer-by-layer (LbL) technique, alkanethiols self-assembled monolayers (SAMmix) and Langmuir monolayers, to develop new methods for materials and devices manipulation for application in nanomedicine. Two different types of biosensors were developed. The first one was based on the LbL technique to detect nitric oxide (NO&bull;), which is of great importance in the medicine. The second biosensor was based on SAM monolayers supporting acetylcholinesterase for pesticide monitoring. The NO&bull; was constructed by modified carbon fiber (CF) assembled with nickel phtalocyanine tetrasulfonade (NiTsPc) and polyamidoamine dendrimer (PAMAM) in the form of ultramicroelectrodes (UMEs) by the LbL technique. The sensor was characterized using differential pulse voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that NO&bull; diffusion is dependent on the number of bilayers employed and the arrangement of molecules in the film. The sensor architecture with CF-(PAMAM/NiTsPc) presented the best analytical signal. In addition, we analyzed the detection of interfering with NO&bull; as nitrite, nitrate, hydrogen peroxide, ascorbic acid, dopamine, epinephrine and norepinephrine. The results showed high selectivity due to the use of PAMAM dendrimer as selective layer. The second biosensor used the enzyme acetylcholinesterase immobilized on SAMmix. The electrochemical detection of carbaryl was highly sensitive, since there is no use of glutaraldehyde as crosslinking agent. Using acetylcholine as a probe, Kmapp value was determined at 0.46x10-3 mol L-1, with detection limit of 3.32x10-10 mol L-1 and quantification limit of 1.11x10-9 mol L-1, values lower than those found in the literature, highlighting the efficiency of the new platform. Langmuir films made of lipids were employed as cell membrane models, in order to investigate the interactions between single-wall carbon nanotubes (SWCNT), PAMAM and their nanocomplex (SWCNT-PAMAM) at the molecular level. The interation of SWCNT and nanocomplexes in lipid monolayers was studies using Brewster angle microscopy (BAM) in conjunction with absorption kinetics and surface pressure. The results confirmed the interaction between nanomaterials and the membrane, indicating that the presence of nanomaterials affects the packing of the lipids. Cytotoxicity studies were also employed to investigate the interaction of nanomaterials in in vitro cell systems. The results of flow cytometry, cell proliferation, morphology and inhibition of adhesion revealed the toxicological aspects of the materials, demonstrating a higher toxicity to the nanocomplex, compared to SWCNT, differently of the individual components. The toxicity of SWCNT nanocomplex and its individual components can be related to the type of material and how these materials are available in the culture medium. The studies in this thesis show the versatility of self-assembly thin films on biomimetic systems and may be relevant to the advance of research on the interaction of nanomaterials and biosystems.

Orientador: Leonardo Fernandes Fraceto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T17:50:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grillo_Renato_D.pdf: 14395752 bytes, checksum: ad09041ed82d167b286c04849eb64534 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os defensivos agrícolas tornaram-se alguns dos mais importantes compostos utilizados no mundo e são os principais responsáveis pelo aumento da produção agrícola. O Paraquat, um herbicida não seletivo de contato utilizado em diversas culturas no mundo, apresenta alta toxicidade para os seres vivos e considerável persistência no solo, o que fez com que ele fosse banido em alguns países. Embora os defensivos agrícolas possuam uma importante função no aumento da produção de alimentos, através do controle de pragas, eles podem gerar sérios impactos ambientais, através da contaminação dos recursos hídricos e do solo. Com o crescimento da nanotecnologia, diversos mecanismos estão sendo estudados a fim de minimizar estes danos, tais como o desenvolvimento de sistemas de liberação modificada, utilizando polímeros biodegradáveis, o qual permite um aumento no desempenho/eficiência do produto. Estudos indicam que a matéria orgânica natural presente no solo, sedimento e água podem interagir com os defensivos agrícolas e nanopartículas e consequentemente modificar o destino destas substâncias no ambiente. A presente Tese tem como objetivo principal mostrar resultados do desenvolvimento e caracterização de nanopartículas poliméricas de quitosana/tripolifosfato para liberação modificada do herbicida Paraquat, bem como, estudar a estabilidade e a toxicidade deste sistema nanoparticulado com a presença ou ausência de matéria orgânica natural (na forma de substâncias húmicas). A atividade herbicida e a sorção do herbicida nanoparticulado no solo também foram avaliados. Nanopartículas de quitosana/tripolifosfato (com ou sem Paraquat) foram preparadas pelo método de gelificação iônica e apresentaram tamanho médio, índice de polidispersão e potencial zeta de ~ 300 nm, 0,250 e 45 mV, respectivamente. A eficiência de encapsulação do Paraquat foi de 62,6 ± 0,7 % e as nanopartículas apresentaram-se esféricas e com boa estabilidade coloidal. A cinética de liberação e o ensaio de sorção no solo mostraram que as nanopartículas retardaram a difusão e a liberação do herbicida e o modelo matemático que melhor descreveu a cinética de sorção foi o de pseudo-segunda ordem. Ensaios de citotoxicidade, genotoxicidade e ecotoxicidade indicaram que a associação do Paraquat às nanopartículas reduziram o efeito tóxico, uma vez que menos herbicida foi liberado para o ambiente em função do tempo, e ainda assim a atividade herbicida foi preservada ou aumentada. A presença de substâncias húmicas naturais não alterou os parâmetros físico-químicos estudados; entretanto, mostrou que pode reduzir a genotoxicidade e a ecotoxicidade do herbicida quando associado às nanopartículas, através de modificações na dinâmica do sistema. Este trabalho possui resultados inovadores e promissores que abrem novas discussões e perspectivas para o desenvolvimento de sistemas de liberação modificada para defensivos agrícolas / Abstract: Agrochemicals have become one of the most important compounds used in the world and are the main responsible for the increase in agricultural production. Paraquat, a non-selective herbicide used in several crops in the world, has high toxicity to living beings and considerable persistence in the soil, which led to its banishment in some countries. Although agrochemicals have an important function in increasing food production by minimizing pests, they can cause serious environmental impacts through contamination of soil and water resources. With the nanotechnology growth, several mechanisms have been studied in order to minimize these damages, such as the development of modified release systems using biodegradable polymers, which allows an increase in performance/efficiency of the product. Studies indicate that the natural organic matter present in the soil, sediment and water can interact with agrochemicals and nanoparticles, and therefore, modify the destination of these substances in the environment. The purpose of the present Thesis is to show results of the development and characterization of chitosan/trypolyphosphate polymeric nanoparticles for modified release of the Paraquat herbicide, as well as to study the stability and toxicity of this nanoparticles with the presence or absence of natural organic matter (mainly in the form of humic substances). Herbicide activity and sorption of the nanoparticulate herbicide in the soil were also evaluated. Chitosan/Trypolyphosphate nanoparticles (with or without Paraquat) have been prepared by ionic gelation method and presented average size, polydispersity index and zeta potential of ~ 300 nm, 0.250 and 45 mV, respectively. The Paraquat encapsulation efficiency was 62.6 ± 0.7 % and the nanoparticles showed themselves spherical and good colloidal stability. The release kinetics and sorption test in the soil showed that the nanoparticles modified the diffusion and release of herbicide and the mathematical model that best described the sorption kinetics was pseudo-second order. Cytotoxicity, genotoxicity and ecotoxicity tests indicated that the association of Paraquat with the nanoparticles reduced the toxic effect, since less herbicide was released into the environment as function of time, but even so, the herbicidal activity was preserved or enhanced. The presence of humic substances in the medium altered the dynamic equilibrium of the herbicide in solution, and diminished the toxicity of the nanoparticle/paraquat system. This study has innovative and promising results that open new discussions and perspectives for the development of modified release systems for agrochemicals / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Die Anzahl neurodegenerativer Erkrankungen nimmt in unserer Gesellschaft stetig zu. Obwohl inzwischen eine Reihe genetischer Ursachen identifiziert worden sind, wird auch der Einfluss von Umweltfaktoren bei der Pathogenese dieser Erkrankungen zunehmend in Betracht gezogen. Der Beitrag von ultrafeinen Partikeln aus Industrie und Umwelt auf neurodegenerative Erkrankungen steht daher zunehmend im Fokus der Forschung. Die Translokation von ultrafeinen Partikeln bzw. Nanopartikeln ins Gehirn ist bekannt. Die Charakterisierung neuro- und gliotoxischer Wirkungen von Nanopartikeln in einem in vitro System war deshalb Ziel dieser Arbeit. Untersucht wurden Wolframcarbid-Partikel mit und ohne Cobalt, die im Herstellungsprozess von Hartmetallen von Bedeutung sind. Die meisten toxikologischen Daten wurden bisher mit mikrokristallinen WC-Pulvern an Lungenzellen bzw. -gewebe erhoben. Da aber die Verarbeitung von nanoskaligen Partikeln bessere Eigenschaften der Hartmetalle bewirkt, nimmt das Interesse an toxikologischen Studien mit WC-Nanopartikeln zu. Da die Gefahr der Translokation und Akkumulation im Gehirn beim Einatmen von Stäuben am Arbeitsplatz besteht, wurde erstmalig die Toxizität von WC-NP mit und ohne Cobalt auf Zellen des Gehirns untersucht. Für die Durchführung wurden primäre Neuronen, Astrozyten und Mikroglia sowie die Oligodendrozyten-vorläuferzelllinie OLN-93 der Ratte eingesetzt. Alle untersuchten Partikel konnten mittels Elektronenmikroskopie, ICP-Massenspektrometrie und Durchflusszytometrie in den verschiedenen Zelltypen nachgewiesen werden. Untersuchungen mit Cytochalasin D (Inhibitor der Aktinpolymerisation) deuteten auf zell- und partikelspezifische Aufnahmemechanismen hin. Experimente mit Cobaltchlorid und Natriumwolframat konnten beweisen, dass nicht die gelösten Ionen für die Toxizität von WC-Co ursächlich waren, sondern die Partikelform von entscheidender Bedeutung ist. Es zeigte sich jedoch, dass einige der WC-Co verursachten Effekte vermutlich auf dem Cobaltanteil beruhen. Offensichtlich dienen WC-Co-NP als Vehikel, um Cobalt in die Zellen einzuschleusen. Zur toxischen Wirkung trägt auch das Reaktionsvermögen von WC und Cobalt an der beiderseitigen Grenzfläche bei, denn dadurch können in der Zelle vermehrt reaktive Sauerstoffspezies gebildet werden. Im Rahmen der Untersuchungen wurden die zeit- und konzentrationsabhängigen Effekte der Nanopartikelexposition auf die Vitalität, die Proliferation, das Adhäsionsverhalten, das mitochondriale Membranpotential und die Induktion apoptotischer und nekrotischer Zelluntergänge untersucht. Dabei wurden verschiedene Vitalitäts- und Proliferationstests angewendet, um die häufig beobachteten Wechselwirkungen zwischen Reagenzien und Nanopartikeln auszuschließen. Nicht alle untersuchten Nanopartikel erwiesen sich in den durchgeführten Experimenten als akut toxisch. Nur eine Exposition mit WC-Co-NP führte nach 72 h zu einer deutlich verringerten Vitalität und Proliferation bei Astrozyten und OLN-93 Zellen. Eine Exposition mit WC-Co-NP zeigte des Weiteren eine geringe Induktion von Apoptose und Nekrose bei Astrozyten, nicht aber bei OLN-93 Zellen. Neurone wiesen nach einer Exposition mit NP eine wenig verringerte Vitalität auf. Es wurde festgestellt, dass erst die primäre Schädigung von Astrozyten zu einer sekundären Neuronenschädigung führt. Bei der Bewertung der NP-Toxizität müssen daher unbedingt die Wechselwirkungen der Zellen bedacht werden. Die Exposition mit WC- und WC-Co-NP beeinflusste das mitochondriale Membranpotential und das Adhäsionsverhalten der untersuchten Zellen. Neuronen und OLN-93 Zellen zeigten nach NP-Exposition eine verminderte Adhäsion. Auch physiologische Kalziummessungen lieferten einen Hinweis für die veränderte Funktionalität glialer Zellen nach einer NP-Exposition. Des Weiteren wurde die Expression einiger Gene, bedeutend für Adhäsion und extrazelluläre Matrix, mit realtime RT-PCR bei OLN-93-Zellen und Astrozyten überprüft. Es konnte eine Regulation von Mmp9, Timp1, Lama3, Tgfbi, Col8a1 und Hmox1 gezeigt werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die ausgewählten Nanopartikel nicht per se neuro- und gliotoxisch wirkten. Die Partikel können anhand abnehmender Toxizität wie folgt geordnet werden: WC-Co > WC 100na > WC 10n. Auch die Reaktionen der Zellen fielen unterschiedlich aus: die Astrozyten erwiesen sich als die sensitivsten Zellen. Eine Exposition des Gehirns mit WC-Co-NP in hohen Konzentrationen oder über einen längeren Zeitraum könnte also weit reichende Folgen haben, angefangen bei einer gestörten Signalweiterleitung über eine erhöhte Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke bis hin zu neurodegenerativen Veränderungen. Diese und weitere Untersuchungen könnten bei der Erstellung von Arbeitsrichtlinien im Umgang mit Hartmetallen, deren Ausgangsmaterial nanoskalige Pulver sind, hilfreich sein und damit einen Beitrag zum Schutz der Arbeiter liefern.

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