Um conceito central na dosimetria da terapia fotodinâmica (TFD) é o limiar de dose (Dth do inglês threshold dose). O Dth é definido como a quantidade mínima de luz que deve ser absorvida pelas moléculas de fotossensibilizador (FS) dentro das células malignas a serem tratadas para que ocorra a morte celular por necrose ou apoptose. Os resultados do estudo da captação de FS por células Hep G2 demonstraram que uma população celular de linhagem, cultivada em monocamada, apresenta captação de Photogem (PG) heterogênea, ou seja, algumas células têm maior capacidade de captar moléculas de PG, outras células captam o PG em menor quantidade. A captação heterogênea de PG pode ser a causa para fenômenos de seleção de células mais resistentes à TFD. É razoável supor que as subpopulações celulares de uma mesma massa de células malignas possam apresentar diferentes valores de Dth. Definiu-se uma função de distribuição das doses limiares (g()) como uma função de distribuição gaussiana, e para a sua parametrização desenvolveu-se um método para o cultivo in vitro de culturas tridimensionais (culturas 3D), mais fidedignas ao tecido neoplásico maligno que as culturas tradicionais. Utilizando-se o método de levitação magnética (MLM) e o método de impressão magnética (MIM) para a dosimetria da TFD, foi possível parametrizar a g(Dth), investigar a resistência celular à TFD. O MLM demonstrou ser facilmente manuseável na rotina experimental, e consistente para o teste in vitro de novos FS. Comparando-se as culturas MDA-MB-231e Hep G2, obtidas por MLM por mais de 185 horas de levitação, pode-se concluir que as células Hep G2 formaram uma estrutura celular mais densa e que ofereceu mais resistência ao dano causado pela TFD. É notável como as células Hep G2 retomaram o crescimento, e restabeleceram-se em cultura de modo semelhante ao grupo controle, por meio da reconstrução da matriz extracelular (MEC). Enquanto isso, no caso das células MDA-MB-231, a integridade da cultura não foi restabelecida após a aplicação da TFD, formando uma cultura fragmentada. O dano mais evidente, para ambas as culturas, foi observado nas margens dos tumores, evidenciando que os componentes importantes da reação fotodinâmica, como o fotossensibilizador, a luz e o oxigênio, estavam presentes em maiores quantidades na superfície da cultura, em comparação às outras regiões tumorais. Os resultados obtidos demonstram que para o Photogem (PG) é necessária uma fluência de luz da ordem de 40 J.cm-2, para que o efeito fotodinâmico promova morte celular nas culturas 3D obtidas pelo MLM. O resultado da combinação de dois tipos celulares, o maligno (MDA-MB-231) e o sadio (HPF), demonstrou que o efeito fotodinâmico é efetivo quando se tem controle adequado da entrega dos agentes da terapia, independentemente do tipo celular. Algumas células sobreviveram ao tratamento, e existe um forte indicativo de que a presença de fibroblastos HPF esteja relacionada a esta pequena parcela de células que receberam dose de luz inferior ao seu Dth. Os resultados demonstraram que quanto maior a fluência de luz, menor é o IC50 do PG. Para a fluência de luz de 60 J.cm-1 obteve-se um IC50 de 3,1 μg.mL-1, e para a fluência de luz de 30 J.cm-1 obteve-se um IC50 de 18,0 μg.mL-1. / Photodynamic therapy (PDT) dosimetry includes a central concept: the threshold dose (Dth), which is the minimum amount of light to be absorbed by the photosensitizer (PS) molecules to induce irreversible oxidative damage, and hence to cause cell death by necrosis or apoptosis. It is reasonable to assume that cells subpopulation in one individual tumor cell mass may present different Dth values, which implies the existence of a distribution of Dth values defined by a Gauss distribution function (g(Dth)). Developing methods for more realistic tissue emulation with in vitro cultures, such as three-dimensional (3D) cultures, have been encouraged aiming to avoid the above-mentioned dissimilarities. A 3D cell culture is preferable compared to monolayer cell cultures, because it provides cell-cell and cell-substrate interaction, and makes evaluating a culture and its volumetric dimension (which resembles the tumor morphology) possible. This study also includes the development of a 3D model, using the magnetic levitation method (MLM) and the magnetic printing method (MIM, from Portuguese método de impressão magnetic) for PDT dosimetry. The aim is to define parameters for g(Dth), to investigate cell resistance to PDT, and to achieve a fast and consistent method for new PS in vitro tests. By comparing cultures from the different cell types studied, the ones obtained by MLM for more than 185 hours were found to present a denser cellular structure, which provided improved resistance to PDT-induced damage. Hep G2 cells showed a remarkable behavior by being able to recover culture integrity; meanwhile MDA-MB-231 cells were not able to do so. The most evident damage, for both cell culture types, was observed on tumor margins, showing that the main elements to play a role in PDT reaction (PS, light and oxygen) were present in larger quantities, at culture surface, when compared with internal regions of the cell culture. Results obtained for PG show that a light fluence of about 40 J.cm-2 is required to induce cell death by photodynamic effect on 3D cells obtained by MLM. A combination of two different cell types - a tumor cell line and a healthy cell line - shows clearly that there is no difference for the photodynamic outcome if one holds enough control on the therapeutic parameters. The results presented in this thesis show that even a strain cell population, grown in a monolayer cell culture, results in a non-homogeneous PG uptake, which means that part of the cells seems to be able to collect PG molecules more efficiently than other cells. This difference in collection among cells may be the cause of a selection of cells that are more \"resistant\" to PDT. There were cells that survived treatment, and the presence of HPF fibroblasts might be the cause of these surviving cells, since their Dth might have not been achieved. The results showed that as higher is the light fluence, as lower is the IC50 of PG. The fluence of 60 and 30 J.cm-1 resulted in IC50 of 3.1 and 18.0 μg.mL-1, respectively.

Um conceito central na dosimetria da terapia fotodinâmica (TFD) é o limiar de dose (Dth do inglês threshold dose). O Dth é definido como a quantidade mínima de luz que deve ser absorvida pelas moléculas de fotossensibilizador (FS) dentro das células malignas a serem tratadas para que ocorra a morte celular por necrose ou apoptose. Os resultados do estudo da captação de FS por células Hep G2 demonstraram que uma população celular de linhagem, cultivada em monocamada, apresenta captação de Photogem (PG) heterogênea, ou seja, algumas células têm maior capacidade de captar moléculas de PG, outras células captam o PG em menor quantidade. A captação heterogênea de PG pode ser a causa para fenômenos de seleção de células mais resistentes à TFD. É razoável supor que as subpopulações celulares de uma mesma massa de células malignas possam apresentar diferentes valores de Dth. Definiu-se uma função de distribuição das doses limiares (g()) como uma função de distribuição gaussiana, e para a sua parametrização desenvolveu-se um método para o cultivo in vitro de culturas tridimensionais (culturas 3D), mais fidedignas ao tecido neoplásico maligno que as culturas tradicionais. Utilizando-se o método de levitação magnética (MLM) e o método de impressão magnética (MIM) para a dosimetria da TFD, foi possível parametrizar a g(Dth), investigar a resistência celular à TFD. O MLM demonstrou ser facilmente manuseável na rotina experimental, e consistente para o teste in vitro de novos FS. Comparando-se as culturas MDA-MB-231e Hep G2, obtidas por MLM por mais de 185 horas de levitação, pode-se concluir que as células Hep G2 formaram uma estrutura celular mais densa e que ofereceu mais resistência ao dano causado pela TFD. É notável como as células Hep G2 retomaram o crescimento, e restabeleceram-se em cultura de modo semelhante ao grupo controle, por meio da reconstrução da matriz extracelular (MEC). Enquanto isso, no caso das células MDA-MB-231, a integridade da cultura não foi restabelecida após a aplicação da TFD, formando uma cultura fragmentada. O dano mais evidente, para ambas as culturas, foi observado nas margens dos tumores, evidenciando que os componentes importantes da reação fotodinâmica, como o fotossensibilizador, a luz e o oxigênio, estavam presentes em maiores quantidades na superfície da cultura, em comparação às outras regiões tumorais. Os resultados obtidos demonstram que para o Photogem (PG) é necessária uma fluência de luz da ordem de 40 J.cm-2, para que o efeito fotodinâmico promova morte celular nas culturas 3D obtidas pelo MLM. O resultado da combinação de dois tipos celulares, o maligno (MDA-MB-231) e o sadio (HPF), demonstrou que o efeito fotodinâmico é efetivo quando se tem controle adequado da entrega dos agentes da terapia, independentemente do tipo celular. Algumas células sobreviveram ao tratamento, e existe um forte indicativo de que a presença de fibroblastos HPF esteja relacionada a esta pequena parcela de células que receberam dose de luz inferior ao seu Dth. Os resultados demonstraram que quanto maior a fluência de luz, menor é o IC50 do PG. Para a fluência de luz de 60 J.cm-1 obteve-se um IC50 de 3,1 μg.mL-1, e para a fluência de luz de 30 J.cm-1 obteve-se um IC50 de 18,0 μg.mL-1. / Photodynamic therapy (PDT) dosimetry includes a central concept: the threshold dose (Dth), which is the minimum amount of light to be absorbed by the photosensitizer (PS) molecules to induce irreversible oxidative damage, and hence to cause cell death by necrosis or apoptosis. It is reasonable to assume that cells subpopulation in one individual tumor cell mass may present different Dth values, which implies the existence of a distribution of Dth values defined by a Gauss distribution function (g(Dth)). Developing methods for more realistic tissue emulation with in vitro cultures, such as three-dimensional (3D) cultures, have been encouraged aiming to avoid the above-mentioned dissimilarities. A 3D cell culture is preferable compared to monolayer cell cultures, because it provides cell-cell and cell-substrate interaction, and makes evaluating a culture and its volumetric dimension (which resembles the tumor morphology) possible. This study also includes the development of a 3D model, using the magnetic levitation method (MLM) and the magnetic printing method (MIM, from Portuguese método de impressão magnetic) for PDT dosimetry. The aim is to define parameters for g(Dth), to investigate cell resistance to PDT, and to achieve a fast and consistent method for new PS in vitro tests. By comparing cultures from the different cell types studied, the ones obtained by MLM for more than 185 hours were found to present a denser cellular structure, which provided improved resistance to PDT-induced damage. Hep G2 cells showed a remarkable behavior by being able to recover culture integrity; meanwhile MDA-MB-231 cells were not able to do so. The most evident damage, for both cell culture types, was observed on tumor margins, showing that the main elements to play a role in PDT reaction (PS, light and oxygen) were present in larger quantities, at culture surface, when compared with internal regions of the cell culture. Results obtained for PG show that a light fluence of about 40 J.cm-2 is required to induce cell death by photodynamic effect on 3D cells obtained by MLM. A combination of two different cell types - a tumor cell line and a healthy cell line - shows clearly that there is no difference for the photodynamic outcome if one holds enough control on the therapeutic parameters. The results presented in this thesis show that even a strain cell population, grown in a monolayer cell culture, results in a non-homogeneous PG uptake, which means that part of the cells seems to be able to collect PG molecules more efficiently than other cells. This difference in collection among cells may be the cause of a selection of cells that are more \"resistant\" to PDT. There were cells that survived treatment, and the presence of HPF fibroblasts might be the cause of these surviving cells, since their Dth might have not been achieved. The results showed that as higher is the light fluence, as lower is the IC50 of PG. The fluence of 60 and 30 J.cm-1 resulted in IC50 of 3.1 and 18.0 μg.mL-1, respectively.