A L-Asparaginase (ASNase) é um importante agente quimioterapêutico utilizado para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda (ALL) há mais de 40 anos. No entanto, devido à origem biológica da ASNase, enzima produzida por Escherichia coli, problemas como a imunogenicidade e baixa meia vida-plasmática devem ser considerados. Com o objetivo de minimizar essas desvantagens, várias ASNases homólogas bem como formulações de ASNase de E. coli foram investigadas. Nenhuma das formulações desenvolvidas, entretanto, foi capaz de resolver definitivamente esses problemas associados à sua origem. Nesse sentido, considerando os recentes avanços na ciência de polímeros com a possibilidade do obtenção de vesículas poliméricas usando copolímeros, este trabalho concentrou-se no desenvolvimento de polimerossomos de poli(etileno glicol)-b-poli(ε-caprolactona) (PEG-PCL) para encapsular a ASNase. Diversas condições experimentais foram investigadas e, ao final, os polimerossomos foram produzidos pela técnica de hidratação do filme polimérico utilizando a centrifugação como técnica de pós-filme para remoção de copolímero precipitado, produzindo assim vesículas polímericas de 120 a 200nm com PDI de aproximadamente 0,250. A eficiência de encapsulação da ASNase, utilizando as metodologias de centrifugação ou cromatografia de exclusão molecular, revelou taxas de encapsulação de 20-25% e 1 a 7%, repectivamente. Esses resultados apontam a importância de se determinar a eficiência de encapsulação por cromatografia de exclusão molecular ou método direto no caso de nanoestruturas auto-agregadas formadas por copolímeros, devido a valores superestimados com o emprego da centrifugação. Ainda que estudos complementares se façam necessários para liberação da enzima encapsulada ou penetração da L-asparagina nas vesículas, nossos resultados demonstram o potencial de polimerossomos para veiculação de ASNase, bem como de outras proteínas terapêuticas. / L-Asparaginase (ASNase) is an important chemotherapeutic agent used for the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) for more than 40 years. However, due to the biological origin of ASNase (produced by Escherichia coli) some drawbacks such as immunogenicity and low plasma half life are present. In order to minimize the disadvantages, several ASNases proteoforms and formulations of E. coli ASNase were investigated. However, none of this formulations completely solved the main drawbacks of ASNase. In this sense, considering the recents advances in polymers science with the possibility to develop polymeric vesicles using copolymers, this work aimed at the development of poly(ethylene glycol)-b-poly(ε-caprolactone) (PEG-PCL) vesicles to encapsulate ASNase. Different experimental conditions were investigated and, the final polymersomes formulation was prepared by film hydratation using centrifugation as a post-film technique to remove the bulky coplymer. Polymeric vesicles of 120 to 200nm with PDI of approximately, 0.250 were obtained. The encapsulation efficiency of ASNase was determined indirectly by centrifugation and directly by size exclusion chromatography, resulting in encapsulation rates of 20-25% and 1 to 7%, respectively. These results indicate the importance of determining the efficiency of encapsulation by size exclusion chromatography or direct method in the case of self-aggregated nanostructures formed by copolymers, due to values overestimated with the use of centrifugation. Our results point to the potential of polymersomes for ASNase delivery, as well as other therapeutic proteins. Nonetheless, complimentary studies are still necessary for ASNase release or L-asparagine penetration into the vesicles.

Atualmente, a demanda por alimentos com apelo funcional tem se tornado cada vez mais recorrente dentre os consumidores devido a uma crescente busca por hábitos de vida mais saudáveis. Sendo assim, o desenvolvimento de técnicas que possibilitem uma adição mais efetiva de ingredientes funcionais em matrizes alimentícias se torna uma necessidade. Essas técnicas devem possibilitar principalmente (i) a incorporação de mecanismos de liberação sustentada na formulação; (ii) o aumento da bioacessibilidade e biodisponibilidade aos ingredientes, a partir do controle da microestrutura do alimento. Esse projeto visa contemplar essas duas premissas, ao propor a encapsulação de dois bioativos hidrofóbicos, a curcumina e a vitamina D3, conhecidos pelas suas propriedades antioxidantes e nutracêuticas, em carreadores de origem lipídica, os lipossomas, estabilizando-os com diferentes hidrocoloides - goma xantana, goma guar e inulina. Os lipossomas foram produzidos por hidratação de prolipossomas e suas propriedades físico-químicas foram caracterizadas ao longo de 42 dias de armazenagem, a partir de análises de diâmetro médio hidrodinâmico, potencial zeta, colorimetria instrumental e quantificação de bioativos encapsulados. Análises que permitiram a caracterização da microestrutura das dispersões produzidas também foram realizadas, sendo elas: calorimetria diferencial de varredura (DSC), espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS) e ensaios reológicos. As análises de SAXS mostraram que lipossomas produzidos na presença de curcumina são mais estáveis que àqueles produzidos na ausência da mesma e que não houve mudança na estrutura da bicamada lipídica das vesículas após a adição de vitamina D3, mesmo quando uma alta concentração foi incorporada ao sistema (80.000 UI). Por fim, verificou-se que a coencapsulação foi possível em lipossomas multilamelares estabilizados apenas com gomas guar e xantana, resultado que pode ser comprovado pelo alto teor de retenção dos bioativos ao longo do tempo de armazenagem. / Currently, the demand for food with functional appeal has become increasingly recurrent among the consumers due to a growing search for healthier living habits. Therefore, the development of techniques that allow a more effective addition of functional ingredients in food matrices becomes a necessity. These techniques should mainly enable to (i) incorporate a sustained release mechanisms into the formulation; (ii) increase the bioaccessibility and bioavailability to these ingredients, from the control of the food microstructure. This project aims to contemplate these two premises by proposing the encapsulation of two hydrophobic bioactives, curcumin and vitamin D3, known for their antioxidant and nutraceutical properties, in liposomes - lipid carriers - stabilizing them with different hydrocolloids - xanthan gum, guar gum and inulin. Liposomes were produced by proliposomes hydration and their physicochemical properties were characterized during 42 days of storage, including analyzes of hydrodynamic average diameter, zeta potential, instrumental colorimetry and quantification of encapsulated bioactives. Analyzes that allowed the microstructure characterization of the produced dispersions were also performed, including: differential scanning calorimetry (DSC), small-angle X-ray scattering and rheological tests. The SAXS analysis showed that liposomes produced in the presence of curcumin were more stable when compared to the empty ones and that there was no change in the lipid bilayer of the vesicles after the addition of vitamin D3, even when a high concentration was incorporated into the system (80,000 IU). Finally, it was concluded that the coencapsulation was possible in multilamellar liposomes stabilized with guar and xanthan gums, a result that can be evidenced by the high content of bioactives retained throughout the storage time.

Copolímeros, macromoléculas orgânicas ou inorgânicas com alta massa molar, consistem de unidades monômericas repetidas, unidas por ligações covalentes e que apresentam mais de um tipo de monômero. Neste trabalho estudamos três copolímeros constituídos por dois blocos distintos, isto é copolímeros dibloco, onde um dos blocos é constituído pelo polimetacrilato de metila, PMMA e o outro pelo polimetacrilato de N,N dimetilamino, PDMAEMA, e o homopolímero de PDMAEMA. A fórmula geral dos copolímeros dibloco estudados é PMMAm-b-PDMAEMAn onde o número de monômeros de cada bloco é representado pelos índices m e n. Os copolímeros PMMA1-b-PDMAEMA6,3 (MM, 54.200), PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558), o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555) e o homopolímero PDMAEMA (MM 41.614,9) tiveram suas massas molares e a razão entre os monômeros de cada bloco caracterizados por cromatografia de gel permeação, GPC, e NMR. Determinamos a concentração micelar crítica (CMC) dos copolímeros e verificamos, por RMN e fluorescência, o efeito da concentração e do pH na sua agregação. A interação dos copolímeros com vesículas unilamelares grandes, LUVs, preparadas com misturas de fosfatidilcolina, PC, e fosfatidilglicerol, PG, foi estudada em diferentes condições de pH e força iônica. A interação dos polímeros com as LUVs também foi estudada medindo-se o diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta das LUVs na presença dos polímeros. Observou-se que, quando a razão polímero/lipídio é alta, os polímeros se ligam às LUVs, neutralizando completamente a carga das vesículas. Quando a concentração de LUVs é próxima à dos polímeros, forma-se uma rede que conduz à agregação e precipitação dos complexos. Estudamos o efeito dos polímeros na permeabilização de LUVs e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) preparadas com misturas de PC:PG. Os copolímeros permeabilizaram as LUVs, dependendo da razão polímero/lipídio, do pH, força iônica e das características hidrofóbicas e hidrofílicas de cada copolímero. Quanto maior a porcentagem de PG nas LUVs maior a interação com os copolímeros. A ligação dos copolímeros às LUVs deve produzir segregação dos fosfolipídios negativos na bicamada das LUVs (i.e., separação lateral de fases) facilitando a permeabilização das vesículas. Demonstramos que os copolímeros se ligam à superfície das GUVs modificando a sua forma e levando ao rompimento das vesículas. Estes efeitos foram modulados pelo pH e a força iônica do meio. O efeito de permeabilização dos copolímeros foi correlacionado com as razões entre os blocos hidrofóbicos e hidrofílicos. Quando o copolímero tem uma maior fração de PDMAEMA, o bloco mais hidrofílico do copolímero, este efeito é mais evidente. A porcentagem de permeabilização, após um tempo definido, para copolímeros de mesma massa molar, como o PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558) e o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555), é muito maior com o copolímero com maior porção hidrofílica, o PMMA1-b-PDMAEMA3,0. O homopolímero DMAEMA também se mostrou eficiente na interação com as LUVs, porém menos que o PMMA1-b-PDMAEMA6,3.que possui maior numero de unidades DMAEMA e uma sequencia de monômeros de MMA. Demonstramos, nesta Tese, que o efeito de copolímeros sintéticos contendo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas são bons modelos de peptídeos e proteínas permitindo avaliar quantitativamente o efeito dessas interações em modelos de membranas. / Copolymers are organic or inorganic macromolecules with high molecular weight, consisting of repeated monomer units joined by covalent bonds and exhibit more than one type of monomer. Here, we studied three copolymers consisting of two different blocks, i.e. diblock copolymers, where one block is constituted by methyl polymethacrylate, PMMA and other by polymethacrylate N, N-dimethylamino, PDMAEMA and a homopolymer PDMAEMA. The general formula of the diblock copolymers studied was PMMAm-b-PDMAEMAn where the number of monomers of each block is represented by indexes m and n. The PMMA1-b-PDMAEMA6,3 copolymers (MW, 54,200), PMMA1 PDMAEMA3,0-b (MW 27,558), the PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555) and PDMAEMA homopolymer (MW 41614.9) had their molecular weights and the ratio between the monomers of each block characterized by gel permeation chromatography, GPC, and NMR. The critical micelle concentration (CMC) of the copolymers was determined by fluorescence and the aggregation of the copolymers verified by NMR. The effect pH on the copolymers CMC was also determined. The interaction of copolymers with large unilamellar vesicles, LUV, prepared with mixtures of phosphatidylcholine, PC, and phosphatidylglycerol, PG, was studied under different conditions of pH and ionic strength. The interaction of the polymers with the LUVs was also studied measuring the hydrodynamic diameter and zeta potential of the LUVs in the presence of the polymers. It was observed that when the ratios polymer / lipid are high, the polymers bind to the LUVs, completely neutralizing the charge of the vesicles. When the concentration of LUVs is close to that of the polymers, it forms a network that leads to aggregation and precipitation of the complexes. We studied the effect of polymers in permeabilization LUVs and giant unilamellar vesicles (GUVs) prepared with PC:PG. The copolymers permeabilized the LUVs, depending on the ratio polymer / lipid, pH, ionic strength and the hydrophobic and hydrophilic characteristics of each copolymer. The higher the percentage PG LUVs lead to greater interaction with the copolymers. The binding of the copolymers to the LUVs with negative charge induced phase separation of phospholipids in the bilayer of LUVs (ie, lateral phase separation) facilitating the permeability of the vesicles. We demonstrate that copolymers bind to the surface of GUVs changing its shape and leading to rupture of vesicles. These effects are modulated by pH and ionic strength of the media. The permeabilization effect of the copolymers was correlated with the ratios of the hydrophobic and hydrophilic blocks. When the copolymer has a larger fraction of PDMAEMA, the more hydrophilic block copolymer, this effect is more evident. The percentage of permeabilization, after a set time, for the same molar mass copolymers such as b-PDMAEMA3,0 PMMA1 (MW 27,558) and PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555), is much more efficient with copolymer with greater hydrophilic portion, the b-PMMA1 PDMAEMA3,0. The DMAEMA homopolymer also proved efficient in interacting with the LUVs. We demonstrated that synthetic copolymers containing hydrophobic and hydrophilic regions are good models of peptides and proteins allowing quantitatively evaluate the effects of these interactions on model membranes

FISss (96/0825)

A L-Asparaginase (ASNase) é um importante agente quimioterapêutico utilizado para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda (ALL) há mais de 40 anos. No entanto, devido à origem biológica da ASNase, enzima produzida por Escherichia coli, problemas como a imunogenicidade e baixa meia vida-plasmática devem ser considerados. Com o objetivo de minimizar essas desvantagens, várias ASNases homólogas bem como formulações de ASNase de E. coli foram investigadas. Nenhuma das formulações desenvolvidas, entretanto, foi capaz de resolver definitivamente esses problemas associados à sua origem. Nesse sentido, considerando os recentes avanços na ciência de polímeros com a possibilidade do obtenção de vesículas poliméricas usando copolímeros, este trabalho concentrou-se no desenvolvimento de polimerossomos de poli(etileno glicol)-b-poli(ε-caprolactona) (PEG-PCL) para encapsular a ASNase. Diversas condições experimentais foram investigadas e, ao final, os polimerossomos foram produzidos pela técnica de hidratação do filme polimérico utilizando a centrifugação como técnica de pós-filme para remoção de copolímero precipitado, produzindo assim vesículas polímericas de 120 a 200nm com PDI de aproximadamente 0,250. A eficiência de encapsulação da ASNase, utilizando as metodologias de centrifugação ou cromatografia de exclusão molecular, revelou taxas de encapsulação de 20-25% e 1 a 7%, repectivamente. Esses resultados apontam a importância de se determinar a eficiência de encapsulação por cromatografia de exclusão molecular ou método direto no caso de nanoestruturas auto-agregadas formadas por copolímeros, devido a valores superestimados com o emprego da centrifugação. Ainda que estudos complementares se façam necessários para liberação da enzima encapsulada ou penetração da L-asparagina nas vesículas, nossos resultados demonstram o potencial de polimerossomos para veiculação de ASNase, bem como de outras proteínas terapêuticas. / L-Asparaginase (ASNase) is an important chemotherapeutic agent used for the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) for more than 40 years. However, due to the biological origin of ASNase (produced by Escherichia coli) some drawbacks such as immunogenicity and low plasma half life are present. In order to minimize the disadvantages, several ASNases proteoforms and formulations of E. coli ASNase were investigated. However, none of this formulations completely solved the main drawbacks of ASNase. In this sense, considering the recents advances in polymers science with the possibility to develop polymeric vesicles using copolymers, this work aimed at the development of poly(ethylene glycol)-b-poly(ε-caprolactone) (PEG-PCL) vesicles to encapsulate ASNase. Different experimental conditions were investigated and, the final polymersomes formulation was prepared by film hydratation using centrifugation as a post-film technique to remove the bulky coplymer. Polymeric vesicles of 120 to 200nm with PDI of approximately, 0.250 were obtained. The encapsulation efficiency of ASNase was determined indirectly by centrifugation and directly by size exclusion chromatography, resulting in encapsulation rates of 20-25% and 1 to 7%, respectively. These results indicate the importance of determining the efficiency of encapsulation by size exclusion chromatography or direct method in the case of self-aggregated nanostructures formed by copolymers, due to values overestimated with the use of centrifugation. Our results point to the potential of polymersomes for ASNase delivery, as well as other therapeutic proteins. Nonetheless, complimentary studies are still necessary for ASNase release or L-asparagine penetration into the vesicles.

A acne vulgar é uma das doenças cutâneas mais comuns, apresentando como um de seus fatores fisiopatológicos primários a colonização pelo microrganismo Propionibacterium acnes. Atualmente, têm-se buscado terapias alternativas para o combate ao P. acnes, destacando-se alguns ácidos graxos, como o ácido laúrico (LA). O LA é uma molécula pouco solúvel em água, sendo possível sua incorporação em lipossomas. Os lipossomas apresentam capacidade de encapsulação/ liberação de ativos e impedem a desidratação da pele, tornando-se ingredientes inovadores na área de cosméticos. Foram preparados lipossomas de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) contendo diferentes concentrações de LA, que variaram de 0 a 50% da concentração total em mol, em quatro pHs: 9,0, 7,4, 5,0 e 3,0. Nestes pHs o estado de protonação do LA muda variando de 0 a -1. Os lipossomas foram extrusados por filtros com poros de 100 nm de diâmetro visando à obtenção de vesículas unilamelares grandes (LUV). As LUV foram caracterizadas quanto a sua estabilidade em condições de prateleira, temperatura de transição de fase da bicamada, encapsulamento no interior aquoso, liberação do LA, difusão das vesículas na pele e seus aspectos morfológicos foram caracterizados por espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e crio-microscopia eletrônica de transmissão. Estudos de estabilidade mostraram que independentemente da concentração de LA, as formulações são mais estáveis em pHs mais altos, quando LA está em sua maioria na forma de laurato. Os experimentos de DSC revelaram que em pHs 3,0 e 5,0 e concentrações maiores de LA, a interação deste ácido graxo com as bicamadas é favorecida, havendo um aumento da temperatura de transição de fase (Tm) e diminuição da cooperatividade. Análises de taxa de incorporação de sondas hidrofílicas confirmaram a presença de um compartimento aquoso interno para as vesículas de DPPC:LA. O LA conseguiu permear a pele no período avaliado e pouco LA foi liberado das vesículas em condições de temperatura ambiente. A morfologia das LUV se mostrou bem diferente da esperada e se observaram vesículas com mais de uma bicamada e outros formatos que não o esférico. Estes resultados podem auxiliar na otimização das condições para uma formulação que poderá ser usada no tratamento da acne, aumentando a eficácia do LA no sítio alvo. / Acne vulgaris is one of the most common skin diseases, presenting as one of its causes the microorganism Propionibacterium acnes colonization. Currently, it has been sought alternatives therapies against P. acnes, especially some fatty acids, like the lauric acid (LA). LA is a molecule with low water solubility, allowing its incorporation in liposomes. Liposomes have encapsulation/release capacity of drugs and promote skin lipids regeneration, becoming an innovative ingredient in cosmetics area. Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) vesicles containing different LA concentrations were prepared at pHs: 9.0, 7.4, 5.0 and 3.0. At these pHs the LA protonation changes and its charge varies from 0 to -1. The vesicles were extruded through filters containing pores of 100 nm to obtain large unilamellar vesicles (LUV) that were characterized for stability in shelf conditions, bilayer phase transition temperature, aqueous internal compartment encapsulation, LA release and in vitro skin permeation. Its morphological features were characterized by small angle X-ray scattering (SAXS) and cryo-electron transmission microscopy. Stability assays showed that, regardless LA concentration, formulations were more long-term stable in higher pHs, when LA is mostly in the form of laurate. The differential scanning calorimetry, DSC, experiments showed that, at pHs 3.0 and 5.0 and higher LA concentrations, the interaction between the bilayer and LA is favored, increasing phase transition temperature (Tm) and reducing cooperativity. Incorporation of hydrophilic probes confirmed the presence of an internal aqueous compartment in DPPC:LA vesicles. The LA managed to permeate the skin on the period evaluated and, in ambient conditions, low LA concentration was released from the vesicles. LUV containing more than one bilayer and non-spherical structures were observed. The obtained results may help in the optimization of the conditions for a formulation that can be used in the treatment of acne and improving the effectiveness of LA delivery to the target site.

A extensão relativa da dissociação iônica (α) de micelas de cloreto de hexadecildimetilamônio (CTACI), brometo de hexadecildimetilamônio (CTAB), vesículas de cloreto de dioctacecildimetilamônio (DODAC) e brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB) foram determinadas usando um método de dediazonização. O método de dediazonização consiste na determinação de produtos resultantes da lenta decomposição espontânea de tetrafluorborato de 2,4,6-trimetilbenzenodiazônio, seguida pela reação rápida do cátion fenílico com nucleófilos presentes no meio. Foi demostrado que este método determina a composição relativa da pseudofase aquosa interagregado. Os valores de α obtidos para CTACI e CTAB foram, respectivamente, 0,29 e 0,26, em excelente concordância com valores previamente publicados. O coeficiente de troca iônica para brometo/cloreto, determinado através do mesmo método, foi de 2,65, coincidindo com dados publicados. Estes valores confirmam o uso deste método para se obter tanto grau de dissociação iônica relativo como coeficientes de seletividade. O método foi também aplicado para a determinação do grau de dissociação iônica externo (αe e interno (αi) de vesículas de DODAC e DODAB. Para vesículas de DODAB sonicadas por tip obteve-se αe de 0,20; para vesículas de DODAC sonicadas em banho αe foi 0,20; para vesículas de DODAC sonicadas por tip αe foi 0,25 e para vesículas de DODAC grandes αe foi 0,11. Foi também determinado, pela primeira vez, o valor de 0,07 para o αi de vesículas grandes de DODAC. O conjunto de valores obtidos para αi e αe permitiram a análise quantitativa da catálise pelo compartimento aquoso interno e externo de vesículas sem a utilização de α como parâmetro ajustável. Foi modelado com sucesso a decomposição espontânea do íon 6-nitrobenzisoxazol-3-carboxilato e a hidrólise alcalina do ácido 5,5\'-ditiobis(2-nitrobenzóico). Este trabalho é a primeira análise quantitativa de reações modificadas por vesículas nos dois compartimentos usando dados independentes para dissociação iônica das superfícies vesiculares. / The relative extents of ion dissociation (α) from micelles of hexadecyltrimethylammonium (CTA) chloride (CTACl) and bromide (CTAB) and vesicles of dioctadecyldimethylammonium (DODA) chloride (DODAC) and bromide (DODAB) were determined using a dediazoniation method. The dediazoniation method consists in the determination of the products resulting from the slow spontaneous decomposition of 2,4,6-trimethylbenzene diazonium tetrafluoroborate, followed by fast reaction of the resulting phenyl cation with neighboring nucleophiles. This method was shown to determine the relative composition of the interaggregate aqueous pseudophase and, consequently, the degree of ion dissociation of the aggregate. The values of α obtained for CTACl and CTAB were, respectively, 0.29 and 0.26, in excellent agreement with previously published values. The ion exchange selectivity coefficient for bromide/chloride exchange, determined using the same method was 2.65, coinciding with published data. These values lend confidence to the use of this method for obtaining both relative dissociation degrees and ion selectivity coefficients. The method was also applied for the determination of the external (αe)as well as the internal (αi) α of DODAC and DODAB vesicles. For tip-sonicated DODAB vesicles αe was 0.20, for bath-sonicated DODAC αe was 0.20, for tip-sonicated DODAC αe was 0.25 and for large DODAC vesicles a was 0.11. We also determined, for the ftrst time, the a value of 0.07 for αi of large vesicles. The set of values obtained for αi and αe permitted quantitative analysis of two reaetions in both the internal and external aqueous compartments of vesicles without recourse to ion dissociation adjustable parameters. We successfully modeled the spontaneous decomposition of 6-nitrobenzisoxazol-3-carboxylate and the alkaline hydrolysis of 5,5\'-dithiobis(2-nitrobenzoate). This work is the first quantitative analysis of vesicle-modified reactions in both vesicle compartments using independent data for ion dissociation from vesicle\'s surfaces.

Copolímeros, macromoléculas orgânicas ou inorgânicas com alta massa molar, consistem de unidades monômericas repetidas, unidas por ligações covalentes e que apresentam mais de um tipo de monômero. Neste trabalho estudamos três copolímeros constituídos por dois blocos distintos, isto é copolímeros dibloco, onde um dos blocos é constituído pelo polimetacrilato de metila, PMMA e o outro pelo polimetacrilato de N,N dimetilamino, PDMAEMA, e o homopolímero de PDMAEMA. A fórmula geral dos copolímeros dibloco estudados é PMMAm-b-PDMAEMAn onde o número de monômeros de cada bloco é representado pelos índices m e n. Os copolímeros PMMA1-b-PDMAEMA6,3 (MM, 54.200), PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558), o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555) e o homopolímero PDMAEMA (MM 41.614,9) tiveram suas massas molares e a razão entre os monômeros de cada bloco caracterizados por cromatografia de gel permeação, GPC, e NMR. Determinamos a concentração micelar crítica (CMC) dos copolímeros e verificamos, por RMN e fluorescência, o efeito da concentração e do pH na sua agregação. A interação dos copolímeros com vesículas unilamelares grandes, LUVs, preparadas com misturas de fosfatidilcolina, PC, e fosfatidilglicerol, PG, foi estudada em diferentes condições de pH e força iônica. A interação dos polímeros com as LUVs também foi estudada medindo-se o diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta das LUVs na presença dos polímeros. Observou-se que, quando a razão polímero/lipídio é alta, os polímeros se ligam às LUVs, neutralizando completamente a carga das vesículas. Quando a concentração de LUVs é próxima à dos polímeros, forma-se uma rede que conduz à agregação e precipitação dos complexos. Estudamos o efeito dos polímeros na permeabilização de LUVs e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) preparadas com misturas de PC:PG. Os copolímeros permeabilizaram as LUVs, dependendo da razão polímero/lipídio, do pH, força iônica e das características hidrofóbicas e hidrofílicas de cada copolímero. Quanto maior a porcentagem de PG nas LUVs maior a interação com os copolímeros. A ligação dos copolímeros às LUVs deve produzir segregação dos fosfolipídios negativos na bicamada das LUVs (i.e., separação lateral de fases) facilitando a permeabilização das vesículas. Demonstramos que os copolímeros se ligam à superfície das GUVs modificando a sua forma e levando ao rompimento das vesículas. Estes efeitos foram modulados pelo pH e a força iônica do meio. O efeito de permeabilização dos copolímeros foi correlacionado com as razões entre os blocos hidrofóbicos e hidrofílicos. Quando o copolímero tem uma maior fração de PDMAEMA, o bloco mais hidrofílico do copolímero, este efeito é mais evidente. A porcentagem de permeabilização, após um tempo definido, para copolímeros de mesma massa molar, como o PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558) e o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555), é muito maior com o copolímero com maior porção hidrofílica, o PMMA1-b-PDMAEMA3,0. O homopolímero DMAEMA também se mostrou eficiente na interação com as LUVs, porém menos que o PMMA1-b-PDMAEMA6,3.que possui maior numero de unidades DMAEMA e uma sequencia de monômeros de MMA. Demonstramos, nesta Tese, que o efeito de copolímeros sintéticos contendo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas são bons modelos de peptídeos e proteínas permitindo avaliar quantitativamente o efeito dessas interações em modelos de membranas. / Copolymers are organic or inorganic macromolecules with high molecular weight, consisting of repeated monomer units joined by covalent bonds and exhibit more than one type of monomer. Here, we studied three copolymers consisting of two different blocks, i.e. diblock copolymers, where one block is constituted by methyl polymethacrylate, PMMA and other by polymethacrylate N, N-dimethylamino, PDMAEMA and a homopolymer PDMAEMA. The general formula of the diblock copolymers studied was PMMAm-b-PDMAEMAn where the number of monomers of each block is represented by indexes m and n. The PMMA1-b-PDMAEMA6,3 copolymers (MW, 54,200), PMMA1 PDMAEMA3,0-b (MW 27,558), the PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555) and PDMAEMA homopolymer (MW 41614.9) had their molecular weights and the ratio between the monomers of each block characterized by gel permeation chromatography, GPC, and NMR. The critical micelle concentration (CMC) of the copolymers was determined by fluorescence and the aggregation of the copolymers verified by NMR. The effect pH on the copolymers CMC was also determined. The interaction of copolymers with large unilamellar vesicles, LUV, prepared with mixtures of phosphatidylcholine, PC, and phosphatidylglycerol, PG, was studied under different conditions of pH and ionic strength. The interaction of the polymers with the LUVs was also studied measuring the hydrodynamic diameter and zeta potential of the LUVs in the presence of the polymers. It was observed that when the ratios polymer / lipid are high, the polymers bind to the LUVs, completely neutralizing the charge of the vesicles. When the concentration of LUVs is close to that of the polymers, it forms a network that leads to aggregation and precipitation of the complexes. We studied the effect of polymers in permeabilization LUVs and giant unilamellar vesicles (GUVs) prepared with PC:PG. The copolymers permeabilized the LUVs, depending on the ratio polymer / lipid, pH, ionic strength and the hydrophobic and hydrophilic characteristics of each copolymer. The higher the percentage PG LUVs lead to greater interaction with the copolymers. The binding of the copolymers to the LUVs with negative charge induced phase separation of phospholipids in the bilayer of LUVs (ie, lateral phase separation) facilitating the permeability of the vesicles. We demonstrate that copolymers bind to the surface of GUVs changing its shape and leading to rupture of vesicles. These effects are modulated by pH and ionic strength of the media. The permeabilization effect of the copolymers was correlated with the ratios of the hydrophobic and hydrophilic blocks. When the copolymer has a larger fraction of PDMAEMA, the more hydrophilic block copolymer, this effect is more evident. The percentage of permeabilization, after a set time, for the same molar mass copolymers such as b-PDMAEMA3,0 PMMA1 (MW 27,558) and PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555), is much more efficient with copolymer with greater hydrophilic portion, the b-PMMA1 PDMAEMA3,0. The DMAEMA homopolymer also proved efficient in interacting with the LUVs. We demonstrated that synthetic copolymers containing hydrophobic and hydrophilic regions are good models of peptides and proteins allowing quantitatively evaluate the effects of these interactions on model membranes

Orientadora: Rosangela Itri / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2013

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-03Bitstream added on 2014-06-13T20:01:04Z : No. of bitstreams: 1 santos_ccm_dr_sjrp.pdf: 1848361 bytes, checksum: 77ec9eb274e716c7917ddf552f845a66 (MD5) / Poli(etilenoglicol) (PEG) é um polímero neutro hidrossolúvel, e brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB) e diododecildimetilamônio (DDAB) são surfactantes catiônicos dialquilados, C18 e C12, respectivamente, derivados da amônia quaternária, formadores de vesículas. As suas propriedades físicas, em solução aquosa, são bem conhecidas. No entanto, as propriedades de misturas desse polímero com esses surfactantes não o são. Investigamos a interação de PEG com DODAB e DDAB em solução aquosa, numa faixa de concentração total dos componentes até 1% em peso, e construímos diagramas de fases, com especial destaque para a fase vesicular. Utilizamos PEG com massa molecular entre 200 Da e 2 MDa e os diagramas de fases foram construídos a 25oC, isto é, acima da temperatura de transição gel-líquido cristal (Tm) de DDAB (Tm = 16oC) e abaixo da Tm de DODAB (Tm = 45oC). DODAB e DDAB têm a característica comum de formar vesículas unilamelares em baixas concentrações do surfactante e vesículas multilamelares em concentrações mais elevadas; em regiões intermediárias, vesículas uni e multilamelares coexistem em equilíbrio na solução. A fronteira entre essas regiões de vesículas não é muito bem definida e observamos, neste estudo, que o efeito de PEG na estrutura de agregados de DODAB e DDAB em água depende da massa molecular do polímero. Além disso, PEG favorece a formação de vesículas unilamelares em concentrações mais elevadas de DODAB e DDAB, quando predominam as vesículas multilamelares de DODAB puro (sem o polímero), possibilitando a formação de vesículas mistas de DODAB/PEG e DDAB/PEG em água e concentrações relativamente grandes desses surfactantes. Dentre os métodos experimentais empregados nesse estudo, destacamos, turbidimetria, fluorescência de estado estacionário, calorimetria diferencial de varredura (DSC) e por titulação isotérmica (ITC) e análise visual por polarizadores cruzados. / Poly (ethyleneglycol) (PEG) is a water soluble neutral polymer, and dioctadecyldimethylammonium (DODAB) and diododecyldimethylammonium (DDAB) bromide are double chain cationic surfactants derived from the quaternary ammonium that have been widely investigated due to their high application potential in different areas of the science and technology. The physical properties of PEG, DODAB and DDAB in aqueous solution are well-known. However, the properties of mixtures of the polymer with those surfactants are not. We investigated the interaction of PEG with DODAB and DDAB in aqueous solution, within a range of total concentration of the components of 0-1 wt%, and the phase diagrams built up, with special interest for the vesicular phases. We used PEG with molecular mass between 200 Da and 2 MDa and the phase diagrams were built up at 25°C, that is, above the melting temperature (Tm) of DDAB (Tm = 16°C) and below Tm of DODAB (Tm = 45°C). DODAB and DDAB have the common characteristic of forming unilamellar vesicles at low surfactant concentrations and umultilamellar vesicles at higher concentrations; at intermediate concentrations, uni- and multilamellar vesicles coexist in solution. The borders of these different vesicle phases are not well defined. We observed in this Thesis that the effect of PEG on the structures of DODAB and DDAB aggregates in water depends on the molecular mass of the polymer. Besides, PEG stabilizes the unilamellar vesicles at high concentrations of DODAB, where the multilamellar vesicles are the dominant structures present in solution, thus allowing the formation of mixed DODAB/PEG and DDAB/PEG vesicles in water at relatively high concentrations of these surfactants. The experimental methods used in this investigation include turbidimetry, steady-state fluorescence, differential scanning calorimetry (DSC), isothermal titration calorimetry (ITC), and visual analysis by crossed polaroids.