Hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais ligadas entre si por reticulações químicas ou físicas, e podem absorver água ou fluidos biológicos. A estrutura permite que estes materiais tenham altos níveis de hidrofilicidade e biocompatibilidade, que em conjunto com as demais propriedades, fazem com que os hidrogéis sejam vistos como promissores biomateriais. Devido a estas características, hidrogéis possuem diversas aplicações voltadas as áreas médica e farmacêutica. Alguns hidrogéis apresentam um comportamento responsivo a variações de alguma condição do ambiente, são os chamados hidrogéis responsivos ou hidrogéis inteligentes. Neste trabalho foi escolhido o polímero poli (vinil álcool) funcionalizado com o tripeptídeo RGD. A investigação foi desenvolvida através de simulações de dinâmica molecular a fim de primeiramente observar a formação do hidrogel. Para então observar a influência do tripeptídeo, da temperatura e do pH na capacidade do polímero de absorver água e em sua estrutura. Para isso, foram realizadas análises de desvio quadrático médio estrutural, raio de giro e ligações de hidrogênio. As análises de função de distribuição radial mostraram indícios da formação de ligações de hidrogênio, tanto de interações intramolecular como intermolecular. Enquanto as demais análises mostraram que pode ocorrer comportamento responsivo para a temperatura de 310 K. Quando a pH do meio passa de neutro para ácido, ocorrem mudanças nas ligações de hidrogênio e na estrutura. Estudos experimentais de hidrogéis ainda possuem algumas limitações, visto que certas características do material não podem ser determinadas com precisão. Através de métodos computacionais medidas como a quantidade e localização de reticulações e de peptídeo podem ser determinadas. Assim, estudos computacionais prévios ou posteriores podem ajudar a esclarecer dados obtidos experimentalmente. / Hydrogels are three-dimensional polymeric network crosslinked to each other by chemical or physical crosslinks, and can imbibe water or biological fluids. The materials structure allows it to have high levels of hydrophilicity and biocompatibility, which together with the other properties make them promising biomaterials. Due to these two characteristics hydrogels have numerous biomedical and pharmaceutical applications. Some hydrogels have a responsive behavior due to changes in their environment, the so-called stimuli-responsive hydrogels, or “smart” hydrogels. For this work the poli(vinyl alcohol) polymer functionalized with RGD peptide was chosen. The work was developed using molecular dynamics simulations in order to observe the hydrogel formation and also the influence of tripeptide, temperature and pH in water imbibe capacity and polymer structure. For this analysis of root-mean-square deviation, radius of gyration and radial distribution function was performed. The analysis of radial distribution function showed signs of hydrogen bond formation of both intramolecular and intermolecular interactions. Other analysis showed that thermoresponsive behavior may occur for 310 K. When the environment pH value is modified from neutral to acidic, changes occur in hydrogen bonds and structure. Experimental studies of hydrogels have some limitations because some characteristics of the material can’t be precisely determinated. With computational methods the amount and the location of crosslinks and peptide can be determinated. Therefore, previous or posterior computational studies can help to elucidate experimental data.

Hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais ligadas entre si por reticulações químicas ou físicas, e podem absorver água ou fluidos biológicos. A estrutura permite que estes materiais tenham altos níveis de hidrofilicidade e biocompatibilidade, que em conjunto com as demais propriedades, fazem com que os hidrogéis sejam vistos como promissores biomateriais. Devido a estas características, hidrogéis possuem diversas aplicações voltadas as áreas médica e farmacêutica. Alguns hidrogéis apresentam um comportamento responsivo a variações de alguma condição do ambiente, são os chamados hidrogéis responsivos ou hidrogéis inteligentes. Neste trabalho foi escolhido o polímero poli (vinil álcool) funcionalizado com o tripeptídeo RGD. A investigação foi desenvolvida através de simulações de dinâmica molecular a fim de primeiramente observar a formação do hidrogel. Para então observar a influência do tripeptídeo, da temperatura e do pH na capacidade do polímero de absorver água e em sua estrutura. Para isso, foram realizadas análises de desvio quadrático médio estrutural, raio de giro e ligações de hidrogênio. As análises de função de distribuição radial mostraram indícios da formação de ligações de hidrogênio, tanto de interações intramolecular como intermolecular. Enquanto as demais análises mostraram que pode ocorrer comportamento responsivo para a temperatura de 310 K. Quando a pH do meio passa de neutro para ácido, ocorrem mudanças nas ligações de hidrogênio e na estrutura. Estudos experimentais de hidrogéis ainda possuem algumas limitações, visto que certas características do material não podem ser determinadas com precisão. Através de métodos computacionais medidas como a quantidade e localização de reticulações e de peptídeo podem ser determinadas. Assim, estudos computacionais prévios ou posteriores podem ajudar a esclarecer dados obtidos experimentalmente. / Hydrogels are three-dimensional polymeric network crosslinked to each other by chemical or physical crosslinks, and can imbibe water or biological fluids. The materials structure allows it to have high levels of hydrophilicity and biocompatibility, which together with the other properties make them promising biomaterials. Due to these two characteristics hydrogels have numerous biomedical and pharmaceutical applications. Some hydrogels have a responsive behavior due to changes in their environment, the so-called stimuli-responsive hydrogels, or “smart” hydrogels. For this work the poli(vinyl alcohol) polymer functionalized with RGD peptide was chosen. The work was developed using molecular dynamics simulations in order to observe the hydrogel formation and also the influence of tripeptide, temperature and pH in water imbibe capacity and polymer structure. For this analysis of root-mean-square deviation, radius of gyration and radial distribution function was performed. The analysis of radial distribution function showed signs of hydrogen bond formation of both intramolecular and intermolecular interactions. Other analysis showed that thermoresponsive behavior may occur for 310 K. When the environment pH value is modified from neutral to acidic, changes occur in hydrogen bonds and structure. Experimental studies of hydrogels have some limitations because some characteristics of the material can’t be precisely determinated. With computational methods the amount and the location of crosslinks and peptide can be determinated. Therefore, previous or posterior computational studies can help to elucidate experimental data.

Hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais ligadas entre si por reticulações químicas ou físicas, e podem absorver água ou fluidos biológicos. A estrutura permite que estes materiais tenham altos níveis de hidrofilicidade e biocompatibilidade, que em conjunto com as demais propriedades, fazem com que os hidrogéis sejam vistos como promissores biomateriais. Devido a estas características, hidrogéis possuem diversas aplicações voltadas as áreas médica e farmacêutica. Alguns hidrogéis apresentam um comportamento responsivo a variações de alguma condição do ambiente, são os chamados hidrogéis responsivos ou hidrogéis inteligentes. Neste trabalho foi escolhido o polímero poli (vinil álcool) funcionalizado com o tripeptídeo RGD. A investigação foi desenvolvida através de simulações de dinâmica molecular a fim de primeiramente observar a formação do hidrogel. Para então observar a influência do tripeptídeo, da temperatura e do pH na capacidade do polímero de absorver água e em sua estrutura. Para isso, foram realizadas análises de desvio quadrático médio estrutural, raio de giro e ligações de hidrogênio. As análises de função de distribuição radial mostraram indícios da formação de ligações de hidrogênio, tanto de interações intramolecular como intermolecular. Enquanto as demais análises mostraram que pode ocorrer comportamento responsivo para a temperatura de 310 K. Quando a pH do meio passa de neutro para ácido, ocorrem mudanças nas ligações de hidrogênio e na estrutura. Estudos experimentais de hidrogéis ainda possuem algumas limitações, visto que certas características do material não podem ser determinadas com precisão. Através de métodos computacionais medidas como a quantidade e localização de reticulações e de peptídeo podem ser determinadas. Assim, estudos computacionais prévios ou posteriores podem ajudar a esclarecer dados obtidos experimentalmente. / Hydrogels are three-dimensional polymeric network crosslinked to each other by chemical or physical crosslinks, and can imbibe water or biological fluids. The materials structure allows it to have high levels of hydrophilicity and biocompatibility, which together with the other properties make them promising biomaterials. Due to these two characteristics hydrogels have numerous biomedical and pharmaceutical applications. Some hydrogels have a responsive behavior due to changes in their environment, the so-called stimuli-responsive hydrogels, or “smart” hydrogels. For this work the poli(vinyl alcohol) polymer functionalized with RGD peptide was chosen. The work was developed using molecular dynamics simulations in order to observe the hydrogel formation and also the influence of tripeptide, temperature and pH in water imbibe capacity and polymer structure. For this analysis of root-mean-square deviation, radius of gyration and radial distribution function was performed. The analysis of radial distribution function showed signs of hydrogen bond formation of both intramolecular and intermolecular interactions. Other analysis showed that thermoresponsive behavior may occur for 310 K. When the environment pH value is modified from neutral to acidic, changes occur in hydrogen bonds and structure. Experimental studies of hydrogels have some limitations because some characteristics of the material can’t be precisely determinated. With computational methods the amount and the location of crosslinks and peptide can be determinated. Therefore, previous or posterior computational studies can help to elucidate experimental data.

Orientador: Marcelo Ganzarolli de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:07:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcilli_RaphaelHenriqueMarques_M.pdf: 7897278 bytes, checksum: 7868f663066dcea221688ac8dc901af2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Condições fisiológicas associadas à diminuição do nível de óxido nítrico (NO) na vasculatura, como na síndrome de Raynaud e na angiopatia diabética, têm estimulado o desenvolvimento de novos biomateriais capazes de liberar NO topicamente. Neste trabalho efetuamos a modificação do poli(álcool vinílico), PVA, pela sua reticulação química através da esterificação com o ácido mercaptosuccínico. Esta reação permitiu a moldagem de filmes de PVA sulfidrilados (PVA-SH). A calorimetria diferencial de varredura e a difratometria de raios X mostraram que a reação de reticulação suprimiu a cristalização do PVA, levando a um material sem poros, com uma distribuição homogênea de grupos sulfidrila(-SH). Os grupos hidroxila remanescentes na rede de PVA-SH conferiram hidrofilicidade parcial ao material, associada a um grau de intumescimento de 80 a 120 % em meio aquoso. Os filmes de PVA-SH, foram submetidos a uma reação de S-nitrosação dos grupos ¿SH produzindo um PVA contendo grupos S-nitrosotióis (PVA-SNO). Medidas amperométricas e por quimiluminescência mostraram que os filmes de PVA-SNO contém ca. 6 nmols de NO/mg de filme e são capazes de liberar NO espontaneamente após imersão em meio fisiológico. A fluxometria por laser Doppler, usada para medir o fluxo sanguíneo na microcirculação dérmica, permite verificar que a aplicação tópica dos filmes de PVA-SNO hidratados sobre a pele saudável leva a um aumento dependente da dose e do tempo de mais de 5 vezes no fluxo sanguíneo basal em menos de 10 min de aplicação com uma ação prolongada de mais de 4 h durante a aplicação contínua. Estes resultados mostram que os filmes de PVA-SNO podem representar um novo material com potencial para o tratamento tópico no tratamento de desordens microvasculares da pele / Abstract: Pathological conditions associated with the impairment of nitric oxide (NO) production in the vasculature, like Raynaud¿s syndrome and diabetic angiopathy, have stimulated the development of new biomaterials capable of delivering NO topically. In this work, we have modified poly(vinyl-alcohol) (PVA) by chemically crosslinking it via esterification with mercaptosuccinic acid. This reaction allowed the casting of sulfhydrylated PVA (PVA-SH) films. Differential scanning calorimetry and X-ray diffractometry showed that the crosslinking reaction suppressed the crystallization of PVA, leading to a non-porous material with a homogeneous distribution of -SH groups. The remaining hydroxyl groups in the PVA-SH network confered partial hydrophylicity to the material, associated with a swelling degree of 80 to 120 % in aqueous medium. The PVA-SH films were subjected to an S-nitrosation reaction of the SH groups yielding a PVA containing S-nitrosothiol groups (PVA-SNO). Amperometric and chemiluminescence measurements showed that the PVA-SNO films contain ca. 6 nmol NO/mg of film and are capable of releasing NO spontaneously after immersion in physiological medium. Laser Doppler-flowmetry, used to assess the blood flow in the dermal microcirculation, showed that the topical application of hydrated PVA-SNO films on the health skin leads to a dose and time dependent increase of more than 5-fold in the dermal baseline blood flow in less than 10 min with a prolonged action of more than 4 h during continuous application. These results show that the PVA-SNO films may represent a new material with potential for the topical treatment of microvascular skin disorders / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química