Ftalocianina de alumínio-cloro (AlClPc) é um fotossensibilizador de segunda geração em terapia fotodinâmica (TFD) caracterizado por seu caráter anfifílico e tendência de auto-agregação em meio aquoso, o que prejudica seu potencial de aplicação. O aCHC é um substrato de transportadores de monocarboxilato (MCT) superexpresso em células de MCF-7. Objetivando a solubilização da AlClPc e aumento de internalização em tecidos neoplásicos nos propomos aqui o uso de DSPC e DOPC em diferentes proporções para formar vesículas lipidicas mistas (LV) na presença de aCHC como sistemas veiculadores de fármaco. Lv foi preparado pelo método de injeção etanólica e formou vesículas de dimensões nanométricas (aproximadamente 100 nm) com bom índice de polidispersão, valores negativos de potencial zeta e estáveis em meio aquoso por mais de 50 dias. AlClPc se complexou com o fosfato das LV o que conferiu uma localização interfacial às moléculas de AlClPc como demonstrado pelos resultados de supressão de fluorescência. Medidas de anisotropia, fluorescência estática e resolvida no tempo corroboram com estes resultados e demonstram que a auto-agregação da AlClPc ocorre mesmo em lipossomas. Entretanto, a veiculação da AlClPc por LV em carcinoma de células escamosas oral (OSCC) levou a um processo de desagregação demonstrado por (FLIM). Este incrível comportamento é novo e aumenta o conhecimento científico sobre o mecanismo intracelular de ação de fotossensibilizadores em TFD. Em TFD, ambos os sistemas LVIII+AlClPc e LVIII+AlClPc+aCHC não apresentaram toxicidade no escuro no período de incubação de 3 h com as concentrações de lipídios, AlClPc e aCHC iguais a 0,15 mmol/L, 0,5 umol/L e 10,0 umol/L, respectivamente. De maneira inesperada, o sistema LVIII+AlClPc foi mais eficiente em TFD que o sistema LVIII+AlClPc+aCHC, devido ao caráter antioxidante do aCHC. Estes resultados abrem uma nova perspectiva do potencial uso de LV-AlClPc para o tratamento fotodinâmico. / Aluminum phthalocyanine chloride (AlClPc) is a second-generation photodynamic therapy (PDT) photosensitizer characterized for its high hydrophobicity and self-aggregation tendency in aqueous media, which hampers its potential application. The aCHC is a monocarboxylate transporter substrate (MCT) overexpressed in MCF-7 line cell. Aiming at AlClPc solubilization and uptake increase we proposed here the use of 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) and 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) at different proportions to form mixed lipid vesicles (LV) in presence of aCHC as a drug delivery system. LV were prepared by ethanol injection method and formed nano-sized vesicles (about 100 nm) with suitable polydispersity index, negative zeta potential, and stable in aqueous medium for at least 50 days. AlClPc strongly interacts with LV (high binding constant values), especially due to aluminum-phosphate specific interactions, which gives a surface localization to AlClPc molecules as demonstrated by fluorescence quenching data. Anisotropy, static and time-resolved fluorescence measurements corroborated with these results and demonstrated that AlClPc self-aggregation occurred even in the liposomes. However, formulation uptake by oral squamous cell carcinoma (OSCC) the AlClPc suffered a disaggregation process demonstrated by fluorescence life-time imaging microscopy. This amazing behavior is new and increases the scientific knowledge about the intracellular mechanism of action of PDT photosensitizers. In PDT, both systems LVIII+AlClPc e LVIII+AlClPc+aCHC did not show toxicity in the dark at 3 h incubation period with lipid, AlClPc, and aCHC concentrations equal at 0,15 mmol/L, 0,5 umol/L, and 10,0 umol/L, respectively. Unexpectedly, the system LVIII+AlClPc was more effective in PDT that the LVIII+AlClPc+aCHC, devido ao caráter antioxidante do aCHC due to the antioxidant character of aCHC. These results open a new perspective to the potential use of ALClPc-LV formulations for photodynamic treatment.

Neste estudo foi proposto um modelo de formação de biofilme fúngico formado por Candida albicans em dois diferentes substratos associado ou não à glicose para o estudo dos efeitos da terapia fotodinâmica (PDT) utilizando o azul de metileno (AM) como fotossensibilizador, avaliando os efeitos de dois comprimentos de onda distintos incluindo a investigação na captação do AM quando sensibilizados previamente com a glicose. Foi avaliada a susceptibilidade da levedura em suspensão de células crescidas por 24 h (início da fase estacionária) com e sem a adição prévia da glicose. Foram investigadas duas linhagens de C. albicans para a padronização do biofilme, ATCC 90028 e ATCC 10231. Com os biofilmes formados, avaliamos a captação de AM para determinarmos a mais eficiente concentração e tempo de pré-irradiação (PIT). Por último, avaliamos sua sensibilidade à PDT em dois comprimentos de onda distintos (λ = 645 nm e λ = 660 nm) em função do tempo de irradiação (potência = 16 mW, taxa de fluência = 127,3 mW/cm2). A linhagem de célula que possibilitou a formação de biofilme foi a ATCC 10231 em discos de hidrogel. A menor concentração que possibilitou uma melhor captação do AM foi de 500 μM com um PIT de 30 min e em contato prévio com a glicose 50 mM por 90 min. O comprimento de onda mais eficiente, que promoveu redução em leveduras e biofilmes foi o de λ = 660 nm, reduzindo melhor no estudo de leveduras quando sensibilizados com glicose. Nos biofilmes, a redução foi iniciada mais precocemente sem a adição de glicose (com 6 min de irradiação e fluência = 46 J/cm2), porém, em 12 min (fluência = 92 J/cm2) o grupo com glicose passou a ter maior eficiência. / In this study we propose a fungal biofilm model of Candida albicans developed on different substrates for photodynamic effect of photodynamic therapy (PDT) study, using the methylene blue (MB) as photosensitizer, evaluating the effects on two wavelengths distinct, including investigating the difference in uptake of MB when sensitized with glucose. Susceptibility was evaluated in the yeast cell suspension with or without the prior addition of glucose to cells grown for 24 h (early stationary phase). Two strains of C. albicans were investigated for the standardization of the biofilm, ATCC 90028 and ATCC 10231. In biofilms, we evaluated the uptake of MB including cell suspension to determine the most efficient concentration and pre-irradiation time (PIT). Finally, we assess its sensitivity to PDT in two distinct wavelengths (λ = 645 nm and λ = 660 nm) as a function of irradiation time (power = 16 mW, fluence rate = 127,3 mW/cm2). The ATCC strain that allowed the biofilm formation was ATCC 10231 on hydrogel disks. The lowest concentration that enabled better uptake of MB was 500 μM with a PIT 30 min and prior contact with 50 mM glucose f or 90 min. The most effective wavelength, which promoted a reduction in biofilms and yeasts was λ = 660 nm, reducing yeast best when primed with glucose and reduction in biofilms started earlier without the addition of glucose (6 min irradiation, fluence = 46 J/cm2), but at 12 min (fluence = 46 J/cm2) the glucose group now has greater efficiency.

As lesões da periimplantite se não tratadas propriamente podem levar à reabsorção óssea e conseqüente perda do implante. Os implantes com superfície rugosa apresentam melhor resposta do tecido ósseo e melhor ancoragem, entretanto facilitam a formação de biofilme sobre sua superfície, dificultando o tratamento da periimplantite. Diversos métodos de limpeza da superfície do implante têm sido descritos, porém podem danificar sua superfície ou gerar resistência a longo prazo. A terapia fotodinâmica (PDT) surge como uma opção viável e de baixo custo para o tratamento da periimplantite. O objetivo deste estudo in vitro foi analisar a descontaminação bacteriana da superfície de implantes por meio da terapia fotodinâmica. 60 implantes dentários (TiUnite Nobel) foram igualmente divididos (n=10) em 4 grupos e 2 subgrupos. Em G1 não houve descontaminação (controle negativo), enquanto em G2 realizou-se a descontaminação pelo método tradicional com gluconato de clorexidina a 0,12% (controle positivo). G3 (PDT laser+corante) e G4 (sem corante) foram divididos em dois subgrupos cada, sendo que em G3a e G4a utilizou-se a PDT por 3 minutos, G3b e G4b por 5 minutos. Após 5 minutos em contato com o corante azul de metileno a 0,01% (G3), os implantes foram irradiados (G3 e G4) com laser diodo de baixa potência (AsGaAl, 660 nm, 30 mW) por 3 ou 5 minutos (7,2 e 12 J). Após diluições seriadas, os meios de cultura foram mantidos em atmosfera de anaerobiose por uma semana, e então realizada a contagem das unidades formadoras de colônias para cada grupo. Os testes estatísticos de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney mostraram haver diferença significante (p<0,001) entre G1 e os demais grupos, bem como G4 comparado com G2 e G3. Melhores resultados de descontaminação foram obtidos para G2 e G3, sem diferença estatisticamente significante entre si. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a terapia fotodinâmica pode ser considerada um método eficaz para redução bacteriana em superfícies de implantes e que somente a irradiação laser, sem a associação do corante, foi menos eficiente (p<0,001) que a PDT. / If periimplantitis lesions are not properly treated, they can lead to bone resorption and loss of the implant. Implants with rough surface present better results and anchorage, however, they can facilitate biofilm formation on their surface, making the treatment of periimplantitis more difficult. Several surface debridement methods have been reported, however, some of them can injury the implant surface or create bacterial resistance in a long term followup. The photodynamic therapy (PDT) is a viable and low-cost option for treatment of periimplantitis. The aim of this in vitro study was to analyze the decontamination of implant surfaces by means of photodynamic therapy. 60 dental implants (TiUnite Nobel) were equally distributed (n=10) into 4 groups and 2 subgroups. At G1 group there was no decontamination (negative control), while in G2 the decontamination was made through the conventional method with chlorhexidine gluconate 0.12% (positive control). G3 (PDT laser+dye) and G4 (without dye) were divided in two subgroups each; while in G3a and G4a PDT was carried out for 3 minutes, G3b and G4b, was for 5 minutes. After five minutes in contact with methylene blue 0,01% dye (G3), the implants were irradiated (G3 and G4) with a diode low-power laser (AsGaAl, 660 nm, 30 mW) for 3 or 5 minutes (7.2 and 12J). After the dilutions, the culture media were kept in anaerobiosis atmosphere for one week, and then the counting of bacteria colonies was done for each group. The statistical tests of Kruskal-Wallis and Mann-Whitney showed significant difference (p<0,001) between G1 and other groups, as well as G4 compared with G2 and G3. Better results of decontamination were obtained in G2 and G3, with no statistical significance between them. The results of this study suggest that the photodynamic therapy can be considered an efficient method of bacteria reduction of implants surfaces, and only the laser irradiation, without dye association, was less efficient (p<0,001) than PDT.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) caracteriza-se por um conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que ocorre após a administração de compostos fotossensibilizantes, que ficam retidos preferencialmente nos tecidos alterados, ao que se segue a irradiação com luz visível, ativando esses fotossensibilizadores (FS) por meio da absorção da luz. Nesta modalidade terapêutica, ocorrem mecanismos de transferência de energia entre o FS e o oxigênio molecular presente nos tecidos, gerando espécies reativas de oxigênio capazes de levar as células à morte. A TFD tem uma de suas principais aplicações no tratamento do câncer de pele, e este trabalho tem por objetivo otimizar tal aplicação utilizando a luz intensa pulsada (LIP) como sistema de irradiação. Na literatura, estudos demonstram a eficiência da aplicação de LIP na área dermatológica e estética na remoção de pelos, tratamento de lesões vasculares, acnes e no fotorejuvenescimento da pele, através de efeitos fotoquímicos e térmicos, mas não há relatos sobre aplicações terapêuticas para o câncer de pele. A aplicação da LIP em TFD leva a diferentes tipos de vantagens destacando-se a possibilidade de diminuição do tempo de tratamento, com consequente redução da dor durante o procedimento. Além disso a possibilidade de aplicação de misturas de FSs que absorvam em diferentes comprimentos de onda, promovendo a ativação simultânea de diferentes bandas de absorção que pode levar a potencialização do efeito da TFD. A ideia da irradiação com LIP é permitir a possibilidade de excitar diferentes bandas do FS simultaneamente, bem como reduzir os níveis de saturação do oxigênio dos tecidos devido a longos períodos de irradiação, minimizando também possíveis efeitos térmicos ocasionados pela irradiação prolongada. Neste trabalho, estudou-se a TFD com um equipamento comercial de LIP (Intense Pulse Light, HKS801) utilizando dois precursores do FS endógeno Protoporfirina (PpIX), 5-ácido aminolevulínico (ALA) e aminolevulinato de metila (M-ALA) e os FSs Photodithazine (PDZ) e Indocianina verde (ICV), em modelo de pele normal de suínos. As diferenças relativas à aplicação tópica de ALA e M-ALA por meio de creme e através da aplicação em sistema de injeção de alta pressão sem agulhas (SAFE INJECT) foram avaliadas. O sistema de injeção também foi utilizado para disponibilização dos FSs na pele. O estudo in vitro mostrou que a LIP interagiu com todos os FSs e levou à multiativação de suas bandas. Com relação aos estudos in vivo observou-se diferentes aspectos do uso da LIP para TFD. A avaliação de fluorescência mostrou que a distribuição por injeção foi mais homogênea, sugerindo a possibilidade de protocolos de TFD menos demorados. A análise termográfica mostrou que não ocorre aquecimento relevante do tecido nas aplicações de LIP em aplicações de TFD no protocolo utilizado. A avaliação histológicas das condições entre 24 e 48 horas permitiu observar as diferentes fases do processo cicatricial em função do tempo decorrido. O estudo possibilitou maior entendimento sobre os efeitos da LIP em tecido biológico, especialmente em associação à TFD. Também foi estabelecido, pela primeira vez, um modelo de protocolo para investigação do uso da LIP em modelo animal para TFD em pele, que pode ser extrapolado em futuros estudos para tratamentos oncológicos e dermatológicos. Consideradas as possibilidades oferecidas e a pronta disponibilidade do dispositivo para irradiação, a TFD com LIP torna-se viável técnica e comercialmente para uso clínico. / Photodynamic Therapy (PDT) is mainly composed of physical, chemical, and biological processes that occur after administration of photosensitizing compounds, which are selectively held in abnormal tissues. After visible light irradiation, those photosensitizers (PS) are activated by light absorption. During treatment, energy transfer mechanisms take place between PS and molecular oxygen that is available in tissues, promoting the generation of reactive oxygen species that bring cells to death. One of this technique´s main applications is skin cancer treatment, and this study aims to optimize such a PDT application by using intense pulsed light (IPL) as irradiation system. Literature shows IPL efficacy on dermatological aesthetic procedures, such as hair removal, treatment of vascular lesion, acne and skin photorejuvenation, promoted by photochemical and thermal effects. However, skin cancer treatment was never reported. Using IPL for PDT may bring advantages such as reducing the treatment sessions, which reduces pain during procedures, and the ability to use PS blends that will absorb in different regions of wavelengths, resulting in simultaneous activation of different absorption bands and improving PDT effect. Shorter irradiation may reduce oxygen depletion due to long irradiation periods, and major thermal effects. In this study, PDT was performed using an IPL commercial device (Intense Pulse Light, HKS801) with the application of two PpIX precursors (ALA and MAL) and the exogenous PS Photodithazine (PDZ) and Indocyanine Green (ICG) on porcine health skin model. Administration of the PS or PpIX precursors were investigated both by vehiculation via cream and by high pressure, needle-free injection (SAFE INJECT). The results obtained in this study showed that the damage induced by PDT using the needle-free injection is more expressive than for cream vehiculation. The in vitro study showed that IPL interacted with all PS and promoted absorption bands multi-activation. The in vivo studies showed different aspects of using IPL for PDT. Fluorescence investigation showed that the distribution by the needle-free injection was more homogeneous, suggesting that shorter PDT protocols are possible. Thermography imaging showed that no relevant heating was observed for IPL applications of PDT during the protocols of choice. Histological analysis of conditions between 24 and 48 hours allowed observing the different stages of the healing process as a function of time. This study provided deeper understanding of IPL effects in biological tissues, and particularly when associated to PDT. In addition, for the first time, an investigation protocol for the use of IPL-PDT in porcine healthy skin was designed, which can be extrapolated for future studies on cancer and skin lesions. Given the possibilities and the prompt availability of the irradiation device, IPL-PDT is readily available technically and commercially for clinical use.

Foram investigadas através da técnica de absorção eletrônica Uv-Vis e emissão de fluorescência a interação entre uma série de porfirinas e zinco-porfirinas com o polímero de eumelanina sintética obtida pela auto-oxidação da L-DOPA (dihidroxi-fenilalanina). Ocorre a formação de dois complexos na interação entre as porfirinas catiônicas e a eumelanina. Um complexo mais fraco em concentrações mais baixas e intermediárias de eumelanina, e um complexo mais forte em concentrações maiores. Estes complexos podem ser observados pelas variações obtidas nos espectros de absorção em função da concentração da melanina. A eumelanina suprime eficientemente a fluorescência das porfirinas catiônicas, em um processo de supressão por esfera de ação. Este processo ocorre particularmente para os complexos fracos entre a porfirina e a eumelanina, podendo ser inferido pela natureza de polieletrólito da eumelanina que deve apresentar uma ampla superfície de contato carregada negativamente, facilitando a orientação das porfirinas em uma disposição planar em relação ao polímero. A determinação das constantes de supressão estáticas aparentes (KEA) mostra que os substituintes alquílicos influem consideravelmente na formação destes complexos com a eumelanina. As diferentes interações são devidas aos fatores estruturais tais como dimensão da porfirina, polarização dos substituintes e formação de interações de natureza hidrofóbica. As zinco-porfirinas são de forma geral menos suprimidas que as bases livres. Este comportamento pode ser uma evidencia da aproximação planar em relação ao polímero da melanina, uma vez que zinco porfirinas apresentam moléculas de água ligadas axialmente, logo estas moléculas coordenadas axialmente impediriam uma aproximação mais efetiva. Foi realizado um estudo da formação de filmes baseados na técnica de auto-montagem eletrostática entre as porfirinas e a melanina utilizando como substrato o vidro. Observa-se que a adsorção das porfirinas em vidro é diferenciada sendo a TBzPyP a base livre que apresenta a maior adsorção. Pelos espectros de emissão dos filmes de porfirina em vidro foi possível verificar que alguns derivados interagem com uma participação mais efetiva dos piridínios que outros em que a interação é menos direcionada. Nos filmes porfirina melanina também é observada a supressão de fluorescência da porfirina. A diferença na magnitude de supressão nos filmes sugere que estes derivados possam ser utilizados em sistemas de diagnóstico relacionados à detecção de tumores melanóticos. Em um estudo paralelo, foram investigadas as propriedades de fotoisomerização de grupos azobenzênicos coordenados axialmente a uma ftalocianina de Silício(IV). Este sistema apresenta fotoisomerização E-Z e isomerização térmica e sensibilizada para o processo Z-E. As conversões E-Z e Z-E seguem uma cinética de primeira ordem, sendo o processo térmico Z-E cerca de dez vezes mais lento que o fotoquímico E-Z. A intensidade de fluorescência da ftalocianina é dependente do estado de isomerização dos grupos axiais, sendo que a forma E apresenta maior emissão de fluorescência que a forma Z. Portanto este sistema se constitui em um dispositivo molecular do tipo “on-off", onde a intensidade de fluorescência pode ser controlada por um estímulo externo, no caso o comprimento de onda de excitação para a reação E-Z direta ou Z-E sensibilizada. / In this work we have investigated the interaction between a series of cationic porphyrins and zinc-porphyrins and the synthetic eumelanin polymer obtained by the auto-oxidation of L-DOPA (dihidroxy-phenylalanine) by means of UV-Vis and fluorescence emission techniques. Weak and strong porphyrin-melanin complexes are formed, and the evolution from weak to strong complexes can be monitored by the UV-Vis changes in the pophyrin spectra as the melanin concentration increases. The porphyrin fluorescence emission is quenched efficiently by eumelanin in a “quenching sphere of action" mechanism. This quenching sphere of action process is mainly observed for the weak complexes, and can be rationalized considering the polyelectrolyte nature of the eumelanin polymer which provides a broad contact area coated negatively, that enables a planar approximation of the porphyrins. The apparent static quenching constants (KEA) show that the nature of the alkyl substiutents markedly influences the complex formation. Total porphyrin size, different polarization induced by substituents and specific hydrophobic interactions are probably responsible for the different porphyrin – melanin association, which in turn reflects in the quenching properties of each particular porphyrin - melanin complex. The corresponding Zinc-porphyrins are less efficiently quenched by eumelanin, probably due the fact this molecules are axially coordinated by a water molecule, precluding a more close approximation between zinc-porphyrin and the eumelanin polymer. Electrostatically self-assembled films of porphyrins and eumelanin on glass have been studied. Different porphyrin adsorption on glass were observed, and TBzPyP derivative shown the highest adsorption in the investigated porphyrin series. Fluorescence emission suggests different interaction properties of the adsorbed pophyrin on glass, with specific pyridinium participation for some porphyrin derivatives. Fluorescence quenching of the porphyrins is observed in porphyrin – melanin films. The differences observed in the quenching for each derivative suggest a possible application of these compounds for diagnostic procedures related to melanotic tumors. In a complementary study, have been investigated the photoisomerization properties of a Si(IV)-phthalocyanine axially coordinated by azobenzene groups. Photochemical E-Z and thermal and sensitized Z-E isomerization processes were observed. Both E-Z photochemical and Z-E thermal follow first-order kinetics. Z-E process as expected is considerably slower than E-Z. The pthalocyanine emission is dependent on the isomerization state of the apendent azobenze groups, and the E form is more emissive than the Z form. This system can be considered a molecular device since the emission properties of the phthalocyanine moiety can be modulated by the isomerization state of the axially coordinated azoarenes, creating an on-off (E-Z states) fluorescence signal, and differently from other reported systems the recovery of the initial state does not depend only on the rate of the thermal reaction, since it can be controlled by a sensitized mechanism. This system seems promising taking into account the stability of the axially coordinated moieties, the greater versatility in the achievement of the desired isomerization state and the broad spectral region considering both direct and sensitized excitation.

No presente trabalho são apresentadas a síntese e a caracterização estrutural, fotofísica, fotoquímica e fotobiológica de nanopartículas contendo os fotossensibilizadores (FS) Azul de Metileno (AM) e Tionina. AM e Tionina foram incorporados nas nanopartículas sil-AM e sil-Tio pelo processo sol-gel. Nas nanopartículas Cab-Tio, Tionina foi ligada à superfície de sílica CabOsil® através de ligação covalente com reagentes bifuncionais. Todas as nanopartículas mostraram-se esféricas e com de diâmetro médio na faixa de 30 a 60nm. A imobilização dos FS induziu a agregação destes em extensões diferentes para cada tipo de nanopartícula. Foi observado que a maior presença de dímeros de FS leva à menor eficiência de geração de 1O2. Constatou-se que as nanopartículas sofrem pouca influência do meio, uma vez que os FS a elas ligadas não sofreram redução química por NADPH, nem supressão do estado tripleto por íons ascorbato e a supressão de fluorescência por íon brometo foi diminuída. Foi testado também o efeito do recobrimento destas nanopartículas com lipídios dioleilfosfatidil colina (DOPC) e fosfatidilglicerol (PG) e com Polietileno glicol (PEG). A adsorção das nanopartículas sobre membranas miméticas foi reduzida após os recobrimentos, resultado que foi explicado pelas interações de carga superficial (potencial zeta) e pela força de hidratação. As nanopartículas sil-AM e Cab-Tio apresentaram fototoxicidades in vitro, 38% e 20% maiores que os respectivos FS livres. A modificação das nanopartículas de sil-AM com lipídios e com PEG diminuiu a fototoxicidade das mesmas e no caso do recobrimento com lipídios levou ao aumento da toxicidade no escuro. Imagens de microscopia confocal mostraram que as nanopartículas com e sem recobrimento de lipídios entram em células B16. No caso das nanopartículas recobertas, observou-se um perfil de distribuição difuso por todo o citoplasma e no caso de nanopartículas sem recobrimento, estas encontraram-se em poucas regiões vacuolares do citoplasma. O perfil de distribuição homogênea por todo o citoplasma no caso de nanopartículas recobertas com lipídios pode ser o responsável pelo aumento de toxicidade no escuro. Concluiu-se que a ligação dos FS em nanopartículas com diferentes graus de agregação pode ser uma estratégia para obtenção de sistemas com capacidade modulada de geração de 1O2 e com reduzida susceptibilidade às composições do meio. As atividades fototóxicas das nanopartículas contra células B16 mostraram que estas podem ser úteis em Terapia Fotodinâmica de Câncer / In this work we present the synthesis and the characterization (structural, photophysical, photochemical and photobiological) of nanoparticles with incorporated photosensitizers (PS) Methylene Blue (MB) and Thionin. MB and Thionin were incorporated in sil-MB and sil-Th nanoparticles through sol-gel process. In the case of Cab-Th nanoparticles Thionin was linked to the surface of CabOsil® nanoparticles through cross-linking reactions. All nanoparticles were spherical and presented average diameter in the range of 30 to 60nm. Different extension of PS aggregation was observed in each nanoparticle. It was characterized that the higher the proportion of dimers to monomers the smaller the efficiency of singlet oxygen (1O2) generation. It was shown that nanoparticles can protect PS from external interferences, since NADPH did not reduce them, neither were their triplet state quenched by ascorbate ions. Besides, fluorescence quenching by bromide ions was reduced compared to free PS. The effect of covering the nanoparticles with lipids, i.e., di-oleil phosphatidylcholine (DOPC) and phosphatidylglycerol (PG), and with Polyethylene glycol was also tested. The nanoparticle adsorption over membrane mimics was reduced, which was explained by the interaction among surface charges (zeta potential) and by hydration forces. Sil-MB and Cab-Th nanoparticles presented in vitro phototoxicity 38% and 20% higher than the respective free PS. It was observed that the nanoparticle coating with lipids and with PEG reduced their photoxicity. Nanoparticles coated with lipids showed higher toxicity in the dark. Confocal fluorescence images of B16 cells showed that nanoparticles with or without lipid coating enter the cells. In the case of lipid-coated nanoparticles a diffuse distribution profile was observed and in the case of nanoparticles without coating, they concentrated in specific vacuolar regions of the cytoplasm. The homogeneous cytoplasmic distribution profile of lipid-coated nanoparticles can explain the increased toxicity in the dark. It has been concluded that immobilization of PS with different aggregation degrees is a strategy to obtain systems in which the modulated efficiency of 1O2 generation is not affected by the external medium. Finally, based on the observed in vitro phototoxicity activity against B16 cells, these systems can be useful in Photodynamic Therapy of Cancer

A terapia fotodinâmica consiste em uma nova e promissora técnica de tratamento de câncer. O tratamento se baseia na administração tópica ou sistêmica de um fotossensibilizador, que se acumula seletivamente em tecido tumoral. Na presença de luz e oxigênio o fotossensibilizador produz espécies tóxicas levando as células à morte. Neste trabalho foi determinada a eficiência fotodinâmica dos corantes fenotiazínicos (Azul de Metileno e Azul de Toluidina O) e xantenos (Rose Bengal, Eritrosina B, Eosina Y e Fluoresceína) através da comparação dos valores de concentração inibitória media (IC50) em células tumorais HEp-2; atividade fotodinâmica utilizando o ácido úrico como dosímetro químico; interação com proteína através da constante de ligação (KA) com BSA e coeficiente de partição em octanol-água (logP). Os resultados foram relacionados com as propriedades moleculares destes corantes afim de se obter uma melhor compreensão de suas estruturas e fornecer subsídios para o planejamento de novos e melhores compostos para serem utilizados como fotossensibilizadores em PDT. Os experimentos mostraram que os fenotiazínicos são mais citotóxicos nesta linhagem celular do que os xantenos, sendo que o Azul de Toluidina O possui o menor valor de IC50. Dentre os xantenos, o Rose Bengal foi o fotossensibilizador mais eficiente em causar fotoxidação do ácido úrico e o Azul de Toluidina O dentre os fenotiazínicos. Estes resultados estão de acordo com os resultados obtidos nos experimentos citotóxicos, em que Rose Bengal e Azul de Toluidina O apresentam os menores valores de IC50, em suas respectivas famílias. Os xantenos possuem maior interação com BSA do que os fenotiazínicos. Os corantes fenotiazínicos são mais hidrofóbicos do que os xantenos (com vii exceção do Rose Bengal), o que corrobora com os valores de IC50, pois também são os mais citotóxicos. Relacionando algumas propriedades moleculares dos corantes obtidos no estudo teórico com os dados experimentais observou-se que; i) quanto menor os valores das energias dos orbitais HOMO e LUMO maior foi os valores obtidos de IC50; ii) os corantes fenotiazínicos são moléculas menores que os corantes xantenos, facilitando sua difusão pela membrana plasmática e a localização nas organelas; iii) nos corantes xantenos a substituição por um átomo de número atômico maior provoca aumento no valor da atividade fotodinâmica e iv) os xantenos apresentam momentos de dipolo maiores do que os fenotiazínicos, explicando assim a maior hidrofilicidade dos xantenos. Os resultados obtidos mostraram que os corantes fenotiazínicos possuem uma eficiência fotodinâmica superior aos dos corantes xantenos, sendo que o Azul de Toluidina O é o mais eficiente e deve ser considerado como agente potencial para aplicação em PDT. / The photodynamic therapy consists in a new technique for cancer treatment. The treatment is based on topic or systemic administration of a photosensitizer, which is selectively retained in tumor tissue. In the presence of light and oxygen, it produces toxic species to cells leading to their death. In this work it was determinated the photodynamic efficiency of phenothiazinium (Methylene Blue and Toluidine Blue O) and xanthene dyes (Rose Bengal, Erythrosin B, Eosin Y and Fluorescein) by comparing the values of medium inibitory concentration (IC50) in HEp-2; photodynamic activity using the uric acid as a chemical dosimeter; interaction with protein through the binding constant (KA) with BSA and the octanolwater partition coefficient (logP). The results were related with the molecular properties of these dyes, in order to obtain a better understanding of their structures and provide insights for the design of new and better compounds to be used as photosensitizers in PDT. The experiments showed that the phenothiazine dyes are more cytotoxic in this cell line than the xanthenes, being Toluidine Blue the one that has the lower IC50. Among the xanthenes, Rose Bengal was the most efficient photosensitizer in causing photoxidation of uric acid and the Toluidine Blue O among the phenothiazines. These results are consistent with the ones obtained in the cytotoxicity experiments, once the Rose Bengal and Toluidine Blue O have the lower IC50 values, when compared with the other dyes studied in the same family. The xathenes have higher interaction with BSA than the phenothiazines. The phenothiazine dyes are more hydrophobic than the xanthenes (with the exception of Rose Bengal), which corroborate with the IC50 values, once they are also the most cytotoxic. Relating some molecular properties of the dyes obtained in the theoretical studies with the experimental data, it could be observed that; i) the lower is the values of HOMO and LUMO energy, the high is the IC50; ii) the phenothiazine dyes are smaller molecules than the xanthenes, which facilitate their diffusion across the plasmatic membrane and the localization in organelles; iii) in xanthenes dyes the substitution for an atom with higher atomic number increases the photodynamic activity, and iv) the xanthenes dyes have the higher dipole moment than the phenothiazines, explaining the higher hydrophilicity of the xanthenes. The obtained results showed that the phenothiazine dyes have higher photodynamic efficiency than the xanthenes dyes, being Toluidine Blue the most efficient of these dyes and it should be considered as a potential agent for photodynamic therapy.

Estudos têm demonstrado o potencial da terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) na inativação de diferentes células microbianas. No geral, são três as fases de crescimento dos microrganismos: fase lag, exponencial e estacionária. Os objetivos deste estudo foram avaliar a susceptibilidade de células de Candida albicans em diferentes fases de crescimento, submetidas à aPDT, associando azul de metileno (50 &mu;M) e luz de emissão vermelha (&lambda;= 660 nm) e investigar alterações morfológicas, mecânicas e bioquímicas, antes e depois da aPDT, por microscopia eletrônica de varredura, de força atômica e por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier. Os resultados obtidos sugerem que, em parâmetros letais, células em fase estacionária de crescimento (48 h) são menos susceptíveis à aPDT, quando comparadas àquelas em fases lag (6 h) e ex-ponencial (24 h) de crescimento. Entretanto, em parâmetros subletais, células de 6 h e 48 h mostraram a mesma susceptibilidade à aPDT. Em sequência, os experimentos foram realizados em parâmetros considerados subletais para células crescidas por 6 e 48 h. A avaliação morfológica mostrou menor quantidade de matriz extracelular em células de 6 h comparada àquelas de 48 h. A espectroscopia de força atômica mostrou que células em fase lag perderam a rigidez após a aPDT, enquanto que células em fase estacionária mostraram comportamento in-verso. Ainda, células de 48 h diminuíram sua adesividade após a aPDT, enquanto que células de 6 h e 24 h tornaram-se mais adesivas. Os resultados bioquímicos revelaram que as diferenças mais significativas entre as células fúngicas de 6 h e 48 h ocorreram na região de DNA e carboidratos. A aPDT promoveu mais alterações bioquímicas na região de DNA e carboidratos em células de 6 h e em lipídios e ácidos graxos em células de 48 h. Nossos resultados indicam que a fase de crescimento celular desempenha papel importante no sítio de ação da aPDT em células de C. albicans. / Studies have demonstrated the potential of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) on the inactivation of different microbial cells. Overall, there are three phases of cell growth: lag phase, exponential phase and stationary phase. The objectives of this study were to evaluate the susceptibility of Candida albicans in different growth stages submitted to aPDT, with methylene blue (50&mu;M) and red light (&lambda; = 660 nm) and to investigate morphological, mechanical and biochemical changes before and after aPDT, by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and by Fourier transform infrared spectroscopy. The results suggested that with lethal parameters, cells in stationary phase (48 h) are less susceptible to aPDT, compared to those in lag phase (6 h) and exponential phase (24 h). However, in sub-lethal parameters 6 h and 48 h cells showed the same susceptibility to aPDT. The following results were obtained in sub-lethal parameters. The morphological evaluation showed lower amount of extra-cellular matrix at 6 h compared to cells growth for 48 h. The atomic force spectroscopy showed that cells in lag phase lost cell wall rigidity after aPDT, while cells in stationary phase showed a reverse behavior. Furthermore, 48 h cells presented a decrease in their adhesiveness after aPDT, whereas cells growth for 6 h and 24 h become more adhesive. The biochemical evaluation showed that the most significant differences among the fungal cells growth for 6 h and 48 h in DNA and carbohydrates. The aPDT caused more expressive alterations on DNA and carbohydrates in cells growth for 6 h, while cells growth for 48 h presented significant alterations on lipids and fatty acids. Our results indicate that cell growth phase play an important role on the target sites affected by aPDT in C. albicans cells.

O mecanismo de ação de fotossensibilizadores (FS) fenotiazínicos (azul de metileno - AM, tionina - TIO e azure B - AB) foi estudado em mitocôndrias e células Hela, e a dosimetria de AM em células HL60. Foi observado que a ligação de AM em mitocôndrias é dependente da concentração de mitocôndrias, concentração de AM e do potencial de membrana mitocondrial (&#916; &#936;). A geração de oxigênio singlete a partir de AM é influenciada pelo &#916; &#936;, sendo aproximadamente o dobro em mitocôndrias desacopladas. Essa variação se deve a influência do &#916; &#936; sobre a relação dímero/monômero (D/M) do AM. A ligação de AM também é reduzida pela metade em mitocôndrias desacopladas. Esses efeitos não foram observados para os outros fotossensibilizadores, embora tenham a mesma carga e estrutura semelhante. Isso indica um efeito diferencial do &#916; &#936; sobre o AM. Foi observada a toxicidade desses FSs em células Hela. Sem irradiação, apenas AB se mostrou tóxico. Em amostras irradiadas, AB e AM se mostraram tóxicos. Todos os FSs mostraram capacidade de produzir núcleos sub-diplóides, típicos de apoptose, com a maior eficiência sendo do AB. Em relação a toxicidade no escuro e claro, AB mostrou toxicidade em ambas as condições, TIO mostrou pouca toxicidade em ambas as condições e AM mostrou pouca toxicidade no escuro e alta toxicidade quando irradiado. A dosimetria que favorece apoptose em células HL60 também foi testada, sendo que µM de AM, os melhores resultados para formação de núcleos sub-diplóides foram com 10 2 com irradiação (contínua ou fracionada) de 0,55 J/cm2 . Essas dosagens foram as mais baixas utilizadas, indicando que um aumento na concentração de FS ou de luz tende a levar as células à morte necrótica. Conclui-se que os FSs fenotiazínicos tem afinidade por mitocôndrias e por células, podendo levar a indução de apoptose em doses não tóxicas no escuro. / The mechanism of action of phenotiazinic fotossensitizers (FS) (methylene blue - AM, tionin - TIO and azure B - AB) was studied into mitochondria and Hela cells, and AM dosimetry into HL60 cells was determined. AM binding to mitochondria is dependent of mitochondrial concentration, AM concentration and mitochondrial membrane potentials (&#916; &#936;). Singlet oxygen generation from AM is influenced by &#916; &#936;, almost doubling in uncoupled mitochondria. This effect is due to the influence of &#916; &#936; on AM dimer/monomer (D/M) ratio. Also, AM binding drops to half into uncoupled mitochondria. For all the others FSs studied, these effects were not observed, even though they present the same &#916; &#936; action over AM. charge and similar structure. This indicates a specific FSs toxicity was observed in Hela cells. In the dark, only AB showed toxicity. In irradiated samples, AM and AB showed toxicity. All the tested FSs showed capacity to induce sub-diploid nuclei formation, a hallmark of apoptosis, with AB showing the highest efficiency. AB showed high toxicity in both (irradiated and non-irradiated) conditions, TIO showed low toxicity in both conditions and AM showed low toxicity in the dark and high toxicity with laser irradiation. The dose that promotes apoptotic cell death in HL60 cells was also tested. Results 2 were observed at 10 µM AM, with laser irradiation (fraction or continuous) of 0,55 J/cm . These doses were the lowest doses tested, indicating that high doses of FS or laser induce necrotic cell death. We conclude that phenotiazinic FSs have affinity for mitochondria and cells, and induce apoptosis at doses that are not toxic without irradiation

A terapia fotodinâmica (TFD) associada à administração tópica de agentes fotossensibilizantes é uma terapia promissora para o tratamento tópico do câncer de pele. A protoporfirina IX (PpIX) é uma substância fotodinamicamente ativa usada na TFD, entretanto, devido a sua alta lipofilia ela forma agregados em meio aquoso, o que diminui sua atividade fotodinâmica e dificulta sua administração na pele. Assim, sistemas de liberação nanoparticulados vêm sendo investigados para melhorar a distribuição da PpIX na pele e facilitar sua penetração até as células tumorais. Os dendrímeros de poliamidoamina (PAMAM) representam uma nova geração de nanosistemas que tem despertado grande interesse nos últimos anos. Eles são uma classe especial de polímeros que apresentam estrutura muito ramificada e regular e que interagem com a PpIX formando complexos (nanopartículas dendriméricas de PpIX-PAMAM). A aplicação de uma corrente elétrica de baixa intensidade, conhecida como iontoforese, pode influenciar na penetração cutânea dessas nanopartículas, direcionando-as para o interior das células. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da iontoforese e de nanopartículas de PAMAM de geração 4 hidroxilado (PAMAM G4-OH) com a PpIX na localização subcelular e penetração deste agente fotossensibilizante em tumores cutâneos. Assim foram preparados complexos de PpIX-PAMAM, os quais foram caracterizados em função do tamanho de partículas e potencial zeta. A localização subcelular da PpIX a partir dos complexos foi investigada em carcinoma de células escamosas. A influência dos complexos na geração de oxigênio singleto quando a PpIX sofre irradiação também foi avaliada. Por fim, a penetração da PpIX a partir dos complexos PpIX-PAMAM foi avaliada, in vivo, em pele sadia e em tumores induzidos em camundongos Nude BalbC, com e sem aplicação da iontoforese. O tamanho médio das nanopartículas dendriméricas contendo a PpIX dispersas em meio aquoso foi de aproximadamente 220 nm. Quando avaliadas em função do tempo, este tamanho sofreu um aumento de apenas 5% depois de 24 h, permanecendo constante por 7 dias. O potencial zeta das dispersões foi de 10 mV, em pH 7, e de 30 mV, em pH 5,5, possibilitando a contribuição da eletromigração durante a iontoforese. Nos estudos em cultura de células tumorais observou-se que a complexação com o PAMAM aumentou 30 vezes a localização da PpIX na mitocôndria quando comparada a PpIX livre. Além disso, a quantidade de oxigênio singleto gerada foi semelhante para a PpIX livre não agregada e complexada, 4,3 x 10-3 e 4,6 x 10-3 , respectivamente, sugerindo que o PAMAM manteve a atividade fotodinâmica da PpIX. Nos experimentos in vivo, em pele sadia, verificou-se que a PpIX administrada a partir do complexo com o PAMAM se distribuiu homogeneamente pela pele, enquanto que a PpIX livre apresentou uma fluorescência localizada em apenas algumas área da superfície da pele. A iontoforese facilitou a penetração da PpIX para as camadas mais profundas da pele. Finalmente, no tratamento dos tumores cutâneos, a administração tópica dos complexos por apenas 30 min possibilitou a penetração da PpIX até os tumores localizados abaixo da pele, em concentrações semelhantes para a aplicação passiva e iontoforética. Portanto, a complexação da PpIX com o PAMAM é um sistema de liberação nanoparticulado promissor para o tratamento tópico de tumores cutâneos por TFD. / Photodynamic therapy (PDT) associated with topical administration of photosensitizer agents is a promising therapy for topical treatment of skin cancer. Protoporphyrin IX (PpIX) is a photosensitizer commonly used in PDT; however, due to its high lipophilicity it aggregates in aqueous medium, which decreases its photodynamic activity and hinders its penetration through the skin. In this way, nanoparticles have been designed to improve the distribution of PpIX in the skin and enhance its tumor cell penetration. The polyamidoamine dendrimers (PAMAM) represent a new generation of nanosystems that has aroused great interest in recent years. They are hyberbranched polymers capable to form complexes with PpIX (PpIX-PAMAM), increasing PpIX aqueous solubility. The application of a low intensity electrical current, known as iontophoresis, may influence the nanoparticles skin penetration, directing them to the tumor cells. Therefore, the aim of this study was to evaluate the influence of iontophoresis and PpIX-PAMAM G4-OH complexes in PpIX subcellular localization and penetration into skin tumors. The complexes were prepared and characterized as a function of particle size and zeta potential. The subcellular localization of PpIX from the complexes was investigated in squamous cell carcinoma. The influence of PpIX-PAMAM on the generation of singlet oxygen after irradiation was also evaluated. Finally, the penetration of PpIX from the PpIX-PAMAM complexes was evaluated in vivo in healthy skin and in tumors induced in BalbC nude mice with and without application of iontophoresis. The average size of PpIX-PAMAM nanoparticles dispersed in aqueous medium was approximately 220 nm. When evaluated as a function of time, this size was increased only 5% after 24 h and remained constant for 7 days. The zeta potential of the dispersions was 10 mV at pH 7 and 30 mV at pH 5.5, allowing the contribution of electromigration during iontophoresis. In studies in culture tumor cells it was observed that complexation with PAMAM increased 30 times the localization of PpIX in the mitochondria compared to free PpIX. Furthermore, the amount of singlet oxygen generated when PpIX-PAMAM was irradiated was similar to that generated by the irradiation of the non-aggregated free PpIX, 4.6 x 10-3 and 4.3 x 10-3, respectively, suggesting that PAMAM did not modify the photodynamic activity of PpIX. In vivo experiments on healthy skin have shown that PpIX from the PpIX-PAMAM was homogeneously distributed throughout the skin, whereas free PpIX fluorescence was visualized only in some restricted areas of the skin surface. Iontophoresis facilitated PpIX diffusion to deep layers of the skin. Finally, the treatment of skin tumors have shown that the topical administration of the PpIX-PAMAM for only 30 min, passively or by iontophoresis, allowed the penetration of PpIX into the tumors located below the skin. Therefore, the PpIX complexation with PAMAM is a promising nanoparticle delivery system for the topical treatment of skin tumors by PDT.