Poor aqueous solubility is one of the greatest barriers for new drug candidates to enter toxicology studies, let alone clinical trials. This thesis focuses on contributing to solving this problem, evaluating the oral toxicity of mesoporous silica particles, and enhancing the apparent solubility and bioavailability of active pharmaceutical ingredients in vitro and in vivo using mesoporous silica particles. Toxicological studies in rats showed that two types of mesoporous silica particles given by oral administration were well tolerated without showing clinical signs of toxicity. Solubility enhancement, including in vivo bioavailability and in vitro intracellular activity, has been evaluated for selected drug compounds. Mesoporous silica was shown to effectively increase drug solubility by stabilizing the amorphous state of APIs, such as itraconazole (anti-fungal), dasatinib (anti-cancer), atazanavir (anti-HIV) and PA-824 (anti-tuberculosis). Itraconazole was successfully loaded into a variety of porous silica materials showing a distinct improvement in the dissolution properties in comparison to non-porous silica materials (and the free drug). Microporosity in SBA-15 particles has advantages in stabilizing the supersaturation state of dasatinib. Small pore sizes show better confinement of atazanavir, contributing to a higher dissolution of the drug compound. In the in vivo animal studies, NFM-1 loaded with atazanavir shows a four-fold increase in bioavailability compared to free crystalline atazanavir. PA-824 has a higher dissolution rate and solubility after loading into AMS-6 mesoporous particles. The loaded particles show similar antibacterial activity as the free PA-824. This thesis aims at highlighting some of the important factors enabling the selection of adequate mesoporous structures to enhance the pharmacokinetic profile of poorly water-soluble compounds, and preparing the scientific framework for uncovering the effects of drug confinement within mesopores of varying structural properties. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Submitted. Paper 3: Submitted. Paper 5: Submitted.</p>

Os polinizadores são organismos fundamentais para o funcionamento de ecossistemas naturais e agrícolas, incrementando mais de 75% na produção das culturas agrícolas. Dentre os animais que participam do processo de polinização, as abelhas são consideradas as mais efetivas. Entretanto, um constante declínio na população desses polinizadores vem sendo reportado em diversos países, levando a preocupações ecológicas e econômicas, devido às perdas, tanto na produtividade agrícola como na biodiversidade. Dentre as diversas hipóteses para o declínio, o uso intensivo de agrotóxicos na agricultura tem causado preocupação, já que muitos destes compostos possuem um amplo espectro de ação, atingindo não somente os organismos alvo, mas também insetos benéficos, como as abelhas. Assim, objetivou- se com este estudo avaliar resíduos do inseticida neonicotinoide imidacloprido em amostras de flores de citros e a sua influência na riqueza de espécies de abelhas presentes nos pomares, bem como os possíveis efeitos dessas concentrações na atividade locomotora de abelhas Apis mellifera africanizada, Scaptotrigona postica e Tetragonisca angustula após exposição oral em condições de laboratório. Além disso, estimou-se a concentração letal média (CL50) dos neonicotinoides mais utilizados (acetamiprido, imidacloprido, tiacloprido e tiametoxam) para estas espécies de abelhas, e os níveis de comprometimento motor após exposição de abelhas a essas concentrações. Imidacloprido foi detectado em amostras de flores de todo os pomares, com maior concentração para área em Anhembi/SP (6,26 ng g-1 de imidacloprido) e menor concentração em Barretos/SP (3,24 ng g-1 de imidacloprido). Foram identificadas, no total, 17 espécies de abelhas visitando flores de citros, com predominância de A. mellifera em todos os pomares. No entanto, não houve relação entre a riqueza de espécies e de imidacloprido residual. Alterações significativas na atividade locomotora foram verificadas após exposição às concentrações de 0,006 e 6,26 ng &#181;L-1 de imidacloprido, com maior alteração nas variáveis de duração e frequência de repouso. Além disso, verificaram-se diferentes níveis de toxicidade entre os ingredientes ativos estudados, com menor toxicidade oral aguda para os compostos com radical ciano (acetamiprido e tiacloprido) e maior para os que apresentam radical nitro (imidacloprido e tiametoxam). A locomoção das três espécies de abelhas foi reduzida em relação ao controle após exposição a todos os neonicotinoides. Com menor nível de comprometimento quando expostas ao acetamiprido. Assim, os resultados obtidos neste estudo esclarecem os efeitos dos inseticidas neonicotinoides sobre as espécies de abelhas na região Neotropical, e contribuem para a formulação de estratégias para integrar o controle de pragas e conservação dos polinizadores. / Pollinators are fundamental organisms for the functioning of natural and agricultural ecosystems, increasing more than 75% the production of agricultural crops. Among the animals that participate in the pollination process, bees are considered the most effective. However, a steady decline in the population of these pollinators has been reported in several countries, leading to ecological and economic concerns, due to the losses in both agricultural productivity and biodiversity. Among the several hypotheses for the decline, the intensive use of pesticides in agriculture the fields has caused concern, as many of these compounds possess a broad spectrum of action, reaching not only the target organisms, but also beneficial insects, as bees. Thus, the objectives of this study were to detect and quantify the residual concentration of imidacloprid in samples of citrus flowers and if these concentrations influence the richness of bee species present in the orchards, as well as the possible effects of these concentrations on the locomotion activity of three bee species (Africanized Apis mellifera, Scaptotrigona postica and Tetragonisca angustula) after oral exposure under laboratory conditions. In addition, the median lethal concentration (LC50) the most used neonicotinoids (acetamiprid, imidacloprid, thiacloprid and thiamethoxam) to these bee species was estimated, and the levels of motor impairment after bee exposure to these concentrations. Imidacloprid was detected in flower samples in all orchards, with a higher concentration in Anhembi/SP (6.26 ng g-1 of imidacloprid) and lower concentration in Barretos/SP (3.24 ng g-1 of imidacloprid). A total of 17 species of bees were identified visiting citrus flowers, predominating A. mellifera in all orchards. However, there was no relationship between species richness and residual imidacloprid concentrations in the flowers of each evaluated region. Significant changes in the activity bee locomotion were observed after exposure to concentrations of 0.006 and 6.26 ng &#181;L-1 of imidacloprid, with a higher level of impairment for the variables duration and frequency of rests. In addition, different levels of toxicity were observed among the active ingredients studied, with lower acute oral toxicity for cyano compounds (acetamiprid and thiacloprid) and higher for those with nitro radical (imidacloprid and thiamethoxam). The locomotion of the three bee species was reduced in relation to the control after exposure to all neonicotinoids, with a lower level of impairment when exposed to acetamiprid. Thus, the results obtained in this study shed light on the effects of neonicotinoid insecticides on bee species the Neotropical region, and contribute the formulation of strategies to integrate pest control and pollinator conservation.

Um estudo prévio de nosso grupo de pesquisa demonstrou que uma fração eriquecida em valepotriatos obtida a partir de partes aéreas e subterrâneas de V. glechomifolia submetida à extração com CO2 supercrítico (VAL) possui efeito antidepressivo e prevenção do comportamento de doente (sickness behavior) induzido por LPS. Além disso, alguns estudos revelaram propriedades antiinflamatórias de V.wallichii e de V.amurensis. Estes dados da literatura sugerem que os valepotriatos podem ser utilizados no desenvolvimento de novos farmácos. Entretanto, dados sobre toxicidade, segurança e atividade anti-inflamatória de valepotriatos ainda são escassos. Considerando isso, o objetivo deste estudo foi investigar a atividade anti-inflamatória periférica e a toxicidade oral aguda e de doses repetidas de VAL. A atividade anti-inflamatória foi avaliada por meio do teste de formalina em camundongos CF1 e o ensaio de migração de leucócitos em ratos Wistar. Além disso, os estudos de toxicidade seguiram as normativas 423 e 407 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD). Diferentes grupos de camundongos foram tratados com VAL (1, 10 e 30 mg/kg), diclofenaco 50 mg/kg (controle positivo) ou saline (controle negativo) 1 h antes da injeção de formalina. No ensaio de quimiotaxia, os leucócitos foram tratados com concentrações de 0,1-1,0 μg/mL de VAL, indometacina ou diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda, três camundongos CF1 machos foram tratados com uma dose única de VAL (2000 mg/kg, v.o.) e observados durante 14 dias. Já para o estudo de toxicidade de doses repetidas, diferentes grupos de animais (n = 10) receberam doses únicas diárias de VAL (30, 150 e 300 mg/kg, v.o.) ou veículo durante 28 dias. No teste de formalina, VAL inibiu o comportamento do tipo nociceptivo na segunda fase do teste de forma dose-dependente. O efeito da dose mais elevada de VAL foi comparável com o diclofenaco na dose de 50 mg/kg (v.o.). VAL (0,1-1 μg/mL) também inibiu a migração de leucócitos induzida por LPS (65 μg/mL) de modo dependente da concentração. Este efeito foi comparável ao efeito de indometacina (0,1 - 1 μg/mL) e superior ao efeito do diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda apenas uma morte foi detectada, o que classifica VAL como segura (categoria 5), de acordo com a OECD-normativa 423. O estudo toxicidade de doses repetidas demonstrou que VAL na dose de 300 mg/kg retardou o ganho de peso e reduziu o consumo de ração dos animais deste grupo na primeira semana de tratamento, provavelmente devido aos efeitos sedativos da mesma. As outras doses não alteraram o ganho de peso e ingesta de ração. Nenhuma das doses de VAL alterou qualquer parâmetro comportamental, urinário, bioquímico, hematológico, anatômico ou histológico. Em conclusão, estes resultados demonstram pela primeira vez que valepotriatos, uma classe especial de terpenos que ocorrem apenas no gênero Valeriana, apresentam atividade anti-inflamatória periférica e são seguros em doses pré-clínicas eficazes, por via oral. / A previous study by our research group demonstrated that an enriched fraction obtained from the aerial and subterranean parts of V. glechomifolia submitted to supercritical CO2 extraction (VAL) shows antidepressant-like effect and prevented LPS-induced sickness behavior. Also, some studies revealed anti-inflammatory properties of V.wallichii and V.amurensis. Altogether, these findings suggest that the valepotriates scaffold might be useful to develop new antidepressant and antiinflammatory drugs. However, data about the toxicity, safety and anti-inflammatory activity of valepotriates from V. gelchomifolia are still scarce. Considering this, the aim of this study was to investigate the peripheral anti-inflammatory activity and the oral acute and repeated toxicity of VAL. The anti-inflammatory activity was assessed by using the formalin test in CF1 mice and Wistar rat’s leukocytes migration assay. Besides, the toxicity studies followed the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) toxicity studies guidelines 423 and 407. Different groups of mice were treated with VAL (1, 10 and 30 mg/kg), diclofenac 50 mg/kg (positive control) or saline (negative control) 1 h before the formalin injection. In the chemotaxis assay, the leukocytes were treated with a range of 0.1-1.0 μg/mL of VAL, indomethacin or diclofenac (1 μg/mL). In the acute toxicity, three CF1 mice were treated with a single dose of VAL (2000 mg/kg, p.o.) and observed for 14 days. To perform the repeated toxicity study, separated group of animals (n=10) received single daily doses of VAL (30, 150 and 300 mg/kg, p.o.) or vehicle during 28 days. In the formalin test, VAL inhibited the nociceptive behavior in the late phase in a dose dependent manner at 30mg/kg dose. The effect of the VAL highest dose was comparable to diclofenac 50 mg /kg (p.o.). VAL (0.1 - 1 μg/mL) inhibited the leukocyte migration induced by LPS (65 μg/mL) in a concentration dependent manner. This antichemotatic effect was comparable to indomethacin (0.1 – 1μg/mL) and better than diclofenac (1 μg/mL) effect. In the acute toxicity study only one death was detected, which classify VAL as safe (category 5), according to OECD-guideline 423. The repeated dose toxicity study demonstrated that VAL 300 mg/kg delayed the weight gain and reduced the food consumption in the first week, probably due to sedative effects. The other doses had no effect on weight gain and food consumption. None of doses altered any behavioral, urinary, biochemical, hematological, anatomic or histological parameters. In conclusion, these results demonstrate for the first time that valepotriates, a special class of terpenes occurring only in Valeriana genus, present peripheral anti-inflammatory activity and are safe at effective pre-clinical doses, by oral route.

Um estudo prévio de nosso grupo de pesquisa demonstrou que uma fração eriquecida em valepotriatos obtida a partir de partes aéreas e subterrâneas de V. glechomifolia submetida à extração com CO2 supercrítico (VAL) possui efeito antidepressivo e prevenção do comportamento de doente (sickness behavior) induzido por LPS. Além disso, alguns estudos revelaram propriedades antiinflamatórias de V.wallichii e de V.amurensis. Estes dados da literatura sugerem que os valepotriatos podem ser utilizados no desenvolvimento de novos farmácos. Entretanto, dados sobre toxicidade, segurança e atividade anti-inflamatória de valepotriatos ainda são escassos. Considerando isso, o objetivo deste estudo foi investigar a atividade anti-inflamatória periférica e a toxicidade oral aguda e de doses repetidas de VAL. A atividade anti-inflamatória foi avaliada por meio do teste de formalina em camundongos CF1 e o ensaio de migração de leucócitos em ratos Wistar. Além disso, os estudos de toxicidade seguiram as normativas 423 e 407 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD). Diferentes grupos de camundongos foram tratados com VAL (1, 10 e 30 mg/kg), diclofenaco 50 mg/kg (controle positivo) ou saline (controle negativo) 1 h antes da injeção de formalina. No ensaio de quimiotaxia, os leucócitos foram tratados com concentrações de 0,1-1,0 μg/mL de VAL, indometacina ou diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda, três camundongos CF1 machos foram tratados com uma dose única de VAL (2000 mg/kg, v.o.) e observados durante 14 dias. Já para o estudo de toxicidade de doses repetidas, diferentes grupos de animais (n = 10) receberam doses únicas diárias de VAL (30, 150 e 300 mg/kg, v.o.) ou veículo durante 28 dias. No teste de formalina, VAL inibiu o comportamento do tipo nociceptivo na segunda fase do teste de forma dose-dependente. O efeito da dose mais elevada de VAL foi comparável com o diclofenaco na dose de 50 mg/kg (v.o.). VAL (0,1-1 μg/mL) também inibiu a migração de leucócitos induzida por LPS (65 μg/mL) de modo dependente da concentração. Este efeito foi comparável ao efeito de indometacina (0,1 - 1 μg/mL) e superior ao efeito do diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda apenas uma morte foi detectada, o que classifica VAL como segura (categoria 5), de acordo com a OECD-normativa 423. O estudo toxicidade de doses repetidas demonstrou que VAL na dose de 300 mg/kg retardou o ganho de peso e reduziu o consumo de ração dos animais deste grupo na primeira semana de tratamento, provavelmente devido aos efeitos sedativos da mesma. As outras doses não alteraram o ganho de peso e ingesta de ração. Nenhuma das doses de VAL alterou qualquer parâmetro comportamental, urinário, bioquímico, hematológico, anatômico ou histológico. Em conclusão, estes resultados demonstram pela primeira vez que valepotriatos, uma classe especial de terpenos que ocorrem apenas no gênero Valeriana, apresentam atividade anti-inflamatória periférica e são seguros em doses pré-clínicas eficazes, por via oral. / A previous study by our research group demonstrated that an enriched fraction obtained from the aerial and subterranean parts of V. glechomifolia submitted to supercritical CO2 extraction (VAL) shows antidepressant-like effect and prevented LPS-induced sickness behavior. Also, some studies revealed anti-inflammatory properties of V.wallichii and V.amurensis. Altogether, these findings suggest that the valepotriates scaffold might be useful to develop new antidepressant and antiinflammatory drugs. However, data about the toxicity, safety and anti-inflammatory activity of valepotriates from V. gelchomifolia are still scarce. Considering this, the aim of this study was to investigate the peripheral anti-inflammatory activity and the oral acute and repeated toxicity of VAL. The anti-inflammatory activity was assessed by using the formalin test in CF1 mice and Wistar rat’s leukocytes migration assay. Besides, the toxicity studies followed the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) toxicity studies guidelines 423 and 407. Different groups of mice were treated with VAL (1, 10 and 30 mg/kg), diclofenac 50 mg/kg (positive control) or saline (negative control) 1 h before the formalin injection. In the chemotaxis assay, the leukocytes were treated with a range of 0.1-1.0 μg/mL of VAL, indomethacin or diclofenac (1 μg/mL). In the acute toxicity, three CF1 mice were treated with a single dose of VAL (2000 mg/kg, p.o.) and observed for 14 days. To perform the repeated toxicity study, separated group of animals (n=10) received single daily doses of VAL (30, 150 and 300 mg/kg, p.o.) or vehicle during 28 days. In the formalin test, VAL inhibited the nociceptive behavior in the late phase in a dose dependent manner at 30mg/kg dose. The effect of the VAL highest dose was comparable to diclofenac 50 mg /kg (p.o.). VAL (0.1 - 1 μg/mL) inhibited the leukocyte migration induced by LPS (65 μg/mL) in a concentration dependent manner. This antichemotatic effect was comparable to indomethacin (0.1 – 1μg/mL) and better than diclofenac (1 μg/mL) effect. In the acute toxicity study only one death was detected, which classify VAL as safe (category 5), according to OECD-guideline 423. The repeated dose toxicity study demonstrated that VAL 300 mg/kg delayed the weight gain and reduced the food consumption in the first week, probably due to sedative effects. The other doses had no effect on weight gain and food consumption. None of doses altered any behavioral, urinary, biochemical, hematological, anatomic or histological parameters. In conclusion, these results demonstrate for the first time that valepotriates, a special class of terpenes occurring only in Valeriana genus, present peripheral anti-inflammatory activity and are safe at effective pre-clinical doses, by oral route.

Um estudo prévio de nosso grupo de pesquisa demonstrou que uma fração eriquecida em valepotriatos obtida a partir de partes aéreas e subterrâneas de V. glechomifolia submetida à extração com CO2 supercrítico (VAL) possui efeito antidepressivo e prevenção do comportamento de doente (sickness behavior) induzido por LPS. Além disso, alguns estudos revelaram propriedades antiinflamatórias de V.wallichii e de V.amurensis. Estes dados da literatura sugerem que os valepotriatos podem ser utilizados no desenvolvimento de novos farmácos. Entretanto, dados sobre toxicidade, segurança e atividade anti-inflamatória de valepotriatos ainda são escassos. Considerando isso, o objetivo deste estudo foi investigar a atividade anti-inflamatória periférica e a toxicidade oral aguda e de doses repetidas de VAL. A atividade anti-inflamatória foi avaliada por meio do teste de formalina em camundongos CF1 e o ensaio de migração de leucócitos em ratos Wistar. Além disso, os estudos de toxicidade seguiram as normativas 423 e 407 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD). Diferentes grupos de camundongos foram tratados com VAL (1, 10 e 30 mg/kg), diclofenaco 50 mg/kg (controle positivo) ou saline (controle negativo) 1 h antes da injeção de formalina. No ensaio de quimiotaxia, os leucócitos foram tratados com concentrações de 0,1-1,0 μg/mL de VAL, indometacina ou diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda, três camundongos CF1 machos foram tratados com uma dose única de VAL (2000 mg/kg, v.o.) e observados durante 14 dias. Já para o estudo de toxicidade de doses repetidas, diferentes grupos de animais (n = 10) receberam doses únicas diárias de VAL (30, 150 e 300 mg/kg, v.o.) ou veículo durante 28 dias. No teste de formalina, VAL inibiu o comportamento do tipo nociceptivo na segunda fase do teste de forma dose-dependente. O efeito da dose mais elevada de VAL foi comparável com o diclofenaco na dose de 50 mg/kg (v.o.). VAL (0,1-1 μg/mL) também inibiu a migração de leucócitos induzida por LPS (65 μg/mL) de modo dependente da concentração. Este efeito foi comparável ao efeito de indometacina (0,1 - 1 μg/mL) e superior ao efeito do diclofenaco (1 μg/mL). No estudo de toxicidade aguda apenas uma morte foi detectada, o que classifica VAL como segura (categoria 5), de acordo com a OECD-normativa 423. O estudo toxicidade de doses repetidas demonstrou que VAL na dose de 300 mg/kg retardou o ganho de peso e reduziu o consumo de ração dos animais deste grupo na primeira semana de tratamento, provavelmente devido aos efeitos sedativos da mesma. As outras doses não alteraram o ganho de peso e ingesta de ração. Nenhuma das doses de VAL alterou qualquer parâmetro comportamental, urinário, bioquímico, hematológico, anatômico ou histológico. Em conclusão, estes resultados demonstram pela primeira vez que valepotriatos, uma classe especial de terpenos que ocorrem apenas no gênero Valeriana, apresentam atividade anti-inflamatória periférica e são seguros em doses pré-clínicas eficazes, por via oral. / A previous study by our research group demonstrated that an enriched fraction obtained from the aerial and subterranean parts of V. glechomifolia submitted to supercritical CO2 extraction (VAL) shows antidepressant-like effect and prevented LPS-induced sickness behavior. Also, some studies revealed anti-inflammatory properties of V.wallichii and V.amurensis. Altogether, these findings suggest that the valepotriates scaffold might be useful to develop new antidepressant and antiinflammatory drugs. However, data about the toxicity, safety and anti-inflammatory activity of valepotriates from V. gelchomifolia are still scarce. Considering this, the aim of this study was to investigate the peripheral anti-inflammatory activity and the oral acute and repeated toxicity of VAL. The anti-inflammatory activity was assessed by using the formalin test in CF1 mice and Wistar rat’s leukocytes migration assay. Besides, the toxicity studies followed the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) toxicity studies guidelines 423 and 407. Different groups of mice were treated with VAL (1, 10 and 30 mg/kg), diclofenac 50 mg/kg (positive control) or saline (negative control) 1 h before the formalin injection. In the chemotaxis assay, the leukocytes were treated with a range of 0.1-1.0 μg/mL of VAL, indomethacin or diclofenac (1 μg/mL). In the acute toxicity, three CF1 mice were treated with a single dose of VAL (2000 mg/kg, p.o.) and observed for 14 days. To perform the repeated toxicity study, separated group of animals (n=10) received single daily doses of VAL (30, 150 and 300 mg/kg, p.o.) or vehicle during 28 days. In the formalin test, VAL inhibited the nociceptive behavior in the late phase in a dose dependent manner at 30mg/kg dose. The effect of the VAL highest dose was comparable to diclofenac 50 mg /kg (p.o.). VAL (0.1 - 1 μg/mL) inhibited the leukocyte migration induced by LPS (65 μg/mL) in a concentration dependent manner. This antichemotatic effect was comparable to indomethacin (0.1 – 1μg/mL) and better than diclofenac (1 μg/mL) effect. In the acute toxicity study only one death was detected, which classify VAL as safe (category 5), according to OECD-guideline 423. The repeated dose toxicity study demonstrated that VAL 300 mg/kg delayed the weight gain and reduced the food consumption in the first week, probably due to sedative effects. The other doses had no effect on weight gain and food consumption. None of doses altered any behavioral, urinary, biochemical, hematological, anatomic or histological parameters. In conclusion, these results demonstrate for the first time that valepotriates, a special class of terpenes occurring only in Valeriana genus, present peripheral anti-inflammatory activity and are safe at effective pre-clinical doses, by oral route.