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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Embora a terapia fotodinâmica do câncer seja continuamente aprimorada, sua eficiência ainda assim é limitada já que grande parte dos fotossensibilizadores utilizados sofrem agregação e/ou desativação por ação de biomoléculas presentes no organismo. Nesse sentido, a associação dos fotossensibilizadores a nanopartículas pode ser uma ferramenta promissora para superar essas limitações, proporcionando a modulação da fluorescência dos fotossensibilizadores, além de aumentar sua seletividade tumoral e consequentemente sua fotoatividade. Sendo assim, nesta tese foram investigadas as propriedades fotofísicas, fotoquímicas e a citotoxicidade de nanopartículas metálicas e bimetálicas com diferentes fotossensibilizadores. Dentre as plataformas investigadas, os sistemas de nanopartículas de ouro e nanopartículas de ouro-platina conjugadas com clorina-SH demonstraram ser os mais promissores. Os resultados mostraram que ambas as plataformas promoveram a solubilidade da clorina-SH em água, sendo uma propriedade importante em aplicações biológicas. Apesar do aumento da fotoatividade promovido por ambas as nanopartículas em comparação com a clorina-SH em solução, as NPs de ouro-platina conjugadas com clorina-SH se mostraram como uma plataforma mais adequada para aplicação da terapia fotodinâmica, pois foi observada menor citotoxicidade na ausência de irradiação, além de maior geração de oxigênio singlete e maior internalização celular em comparação com as nanopartículas de ouro conjugadas com clorina-SH. É importante destacar que este é o primeiro trabalho relatando o aumento da fotoatividade de um fotossensibilizador por meio de sua conjugação com as nanopartículas de ouro-platina. 2018/22890-1

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Uma importante área da Engenharia de materiais é o desenvolvimento de biomateriais aplicados a área da saúde. Um biomaterial que vem sendo muito estudado é o scaffolds, estrutura tridimensional semelhante ao tecido ósseo natural, cuja função é auxiliar esse tecido a se regenerar em caso de fraturas. O interesse na área se dá principalmente pela grande quantidade de casos de fraturas ósseas causadas por acidentes e fraturas patológicas como a osteoporose. O desenvolvimento dos scaffolds tem sido focado não apenas no reparo das fraturas, mas também em problemas associados a infecções causadas por agentes infecciosos ao tecido ósseo, que são recorrentes, seja por contato direto ou pela corrente sanguínea, como a osteomielite. Estudou-se scaffolds de vitrocerâmicas derivados de biovidro 45S5 e de cimento de wollastonita com 1% de NCC, ambos, com boas propriedades de interação com os tecidos vivos, como já relatados na literatura, recobertos com NPs de propriedades antibacterianas. O objetivo foi obter um scaffold promissor para recuperação de tecidos ósseos, sendo biocompatível, bioativo e biodegradável, favorecendo a regeneração do tecido e evitando doenças infecciosas como a osteomielite. As NPs foram estudadas quanto à biocompatibilidade, bioatividade e ação antimicrobiana. Os scaffolds de vitrocerâmicas foram produzidos pelo método de gelcasting e impressão 3D, os scaffolds de cimento de wollastonita por sol-gel e foram caracterizados por DRX, MEV, densidade, porosidade, bioatividade e ação antimicrobiana. Os scaffolds de vitrocerâmicas foram citotóxicos para o crescimento celular, porém demonstraram excelente atividade antimicrobiana. As CuO B NPs, apresentaram boa inibição no crescimento de bactérias e foram selecionadas para recobrir o scaffold de cimento de wollastonita que inicialmente apresentou inibição do crescimento celular, porém, após um período de 4 dias às células começaram a se aderir e crescer no material. Esse resultado é interessante para a aplicação do material em regeneração tecidual, pois indica que nos primeiros dias em contato com o meio biológico pode haver a inibição de crescimento de E. coli e S. aureus, o que evitaria complicações pós-cirúrgicas, e em seguida, seria iniciada a fase de regeneração do tecido.

Não recebi financiamento Dentre as inúmeras nanopartículas que demonstram efeito antimicrobiano, os nanodiamantes (NDs) são materiais promissores para aplicação na área biomédica, devido à estabilidade coloidal, sendo considerados biocompatíveis. O presente trabalho visou a utilização de filme residual de diamante-CVD, crescidos por deposição química na fase vapor assistido por filamento quente, para a obtenção de suspensões aquosas de NDCVD por diferentes metodologias. Também foram empregadas técnicas de funcionalizações superficiais dos NDCVD, bem como de ND de detonação (NDD), para a conjugação de fotossensibilizadores (FSs), permitindo a avaliação da aplicação como materiais antimicrobianos por meio da terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT). Dentre as metodologias empregadas para a obtenção dos NDCVD, um destaque foi dado à técnica de maceração seguida de cavitação ultrassônica, devido a obtenção de NDs com pequenos tamanhos e facilidade de operação do equipamento. Visando a funcionalização da superfície, foram realizadas hidrogenação por plasma de H2 (ND-HCVD) e fotofuncionalização com grupo carboxilado (ND-COOHCVD-(UV)), originando suspensões aquosas de diâmetro hidrodinâmico na faixa de 50-70 nm. Também foi realizada funcionalização não covalente com porfirina mTHPP, com potencial para aplicação em aPDT. Os estudos foram estendidos para a modificação superficial de ND de detonação, originando superfície carboxilada, aminada e hidroxilada a partir de metodologias com vantagens relacionadas à redução do tempo de conversão e eliminação de etapas adicionais, comparadas a processos já relatados. Nanoconjugados com os FSs mTHPP e PHOTOGEM® foram obtidos com sucesso, utilizando via química e enzimática para a formação de ligação covalente do tipo éster. A eficácia na obtenção dos NDs e funcionalização superficial, puderam ser comprovadas por diversas técnicas de caracterização, como: espalhamento de luz dinâmico, difração de raio-x, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopias: Raman, infravermelho, absorção e fluorescência. Também foram realizados ensaios de citotoxicidade em células não tumorais (MEF), avaliação da atividade antitumoral in vitro (B16F10-Nex2) e potencial antibacteriano dos NDs. Os estudos in vitro, não mostraram citotoxicidade a células MEF após etapas de purificações e funcionalização, no entanto o ND-HCVD, NDD-COOH, NDD-NH2 e o nanoconjugado NDCVD+mTHPP, demonstraram citotoxicidade a células tumorais. Para os ensaios de avaliação da atividade antibacteriana, uma maior ação foi observada com os NDCVD, frente à cultura de E. coli (20 %) em comparação à S. aureus (12 %) após 24 h de incubação. Para os NDD-COOH, resultados de inibição semelhantes foram obtidos nas mesmas condições. Na presença de NDD-mTHPP por 2 h de incubação, foi observada inibição de 56 % no crescimento de E. coli, após irradiação com luz de 660 nm. No entanto, após esse período ocorreu diminuição da atividade antibacteriana por consequência da desativação do ROS. Com os nanoconjugados obtidos por rota enzimática foram observados danos na parede bacteriana (E. coli), observados por microscopia eletrônica de varredura, após irradiação com luzes azul e vermelha. Concluiu-se que os NDs obtidos apresentam um foco promissor para pesquisas na área de funcionalização superficial para a conjugação com FS como uma estratégia para aplicação em aPDT. Amongst the innumerous nanoparticles that have demonstrate antimicrobial activity, nanodiamonds (NDs) are promising materials for application in the biomedical area, due to their colloidal stability, being considered biocompatible. The present work used a residual film diamond-CVD sample, grown by hot filament chemical vapor deposition, to obtain aqueous suspensions of NDCVD by different methodologies. NDCVD surface functionalization techniques were also used, as well as detonation DN (NDD), for the conjugation with photosensitizers (FSs) aiming the application in antimicrobial photodynamic therapy (aPDT). Among the methodologies used to obtain NDCVD, a highlight was given to the technique of maceration followed by ultrasonic cavitation, due to the obtainment of NDs with small sizes and ease of operation of the equipment. Aiming at surface functionalization, plasma hydrogenation of H2 (ND-HCVD) and photofunctionalization with a carboxyl group (ND-COOHCVD-(UV)) were carried out, resulting in aqueous suspensions with a hydrodynamic diameter in the range of 50-70 nm. Functionalization was also performed through non-covalent bonding with porphyrin (FS) mTHPP with potential for application in aPDT. The studies were extended to the surface modification of detonation ND, originating a carboxylated, aminated and hydroxylated surface from methodologies with advantages related to the reduction of conversion time and elimination of additional steps, compared to previously reported processes. Compared with the processes described in the literature, the methods described herein showed drastic reduction of the conversion time, as well as elimination of additional steps. Nanoconjugates with FSs mTHPP and PHOTOGEM® were successfully obtained by using chemical and also enzymatic routes resulting in covalent ester bonds. Obtained NDs and surface functionalized ND were characterized by: dynamic light scattering, x-ray diffraction, transmission electron microscopy and spectroscopies: Raman, infrared, absorption and fluorescence emission. Cytotoxicity assays in non-tumor cells (MEF), in vitro evaluation of antitumoral activity (B16F10-Nex2 cells) and antibacterial potential of NDs were also performed. In vitro studies did not show cytotoxicity to MEF cells after the purification and functionalization steps, however ND-HCVD, NDCVD+mTHPP nanoconjugate showed cytotoxicity to tumor cells. Regarding antibacterial activity, it was possible to note a greater activity against the culture of E. coli (Gram -) (20 %) compared to S. aureus (Gram +) (12 %) after 24 h of incubation. For NDD-COOH, similar inhibition results were identified under the same conditions. In the presence of NDD-mTHPP for 2 h of incubation, a 56 % inhibition of E. coli growth was observed after irradiation with 660 nm light. After a period of 2 h there was a decrease in antibacterial activity as a result of ROS deactivation. With the nanoconjugates prepared by enzymatic route, qualitative antibacterial assays and analysis of the morphology of the bacterial culture by SEM were carried out, demonstrating the potential to inhibit the growth of E. coli by irradiation with blue and red lights, showing damage to the bacterial wall. It was concluded that the NDs developed herein can be considered a promising focus for research for application in aPDT.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Quantum dots de tamanhos mágicos (MSQD) são nanocristais estáveis e fluorescentes, com tamanhos menores que 2 nm, e incríveis propriedades óticas e eletrônicas. Visto que a toxicidade de quantum dots que utilizam cádmio em sua composição é um tema controverso, o nosso objetivo foi avaliar os efeitos de CdSe/CdS CS-MSQD no modelo animal Caenorhabditis elegans (C. elegans), um importante modelo para testes de toxicidade de nanocompostos in vivo. Nós expomos os nematoides a várias concentrações de MSQDs e avaliamos os seguintes parâmetros: toxicidade aguda, tempo de vida, crescimento, expressão de genes relacionados a toxicidade e bioacumulação. Os MSQDs apresentaram pouca ou nenhuma toxicidade, o LC50 após 24 horas de exposição foi calculado em 1815.039 g/mL, enquanto que o LC50 do CdCl2 foi 825.254 g/mL. Os nematoides expostos não apresentaram diferenças significativas no tempo de vida ou no crescimento. Além disso, a análise da expressão genica demonstrou comportamentos diferentes para nematoides expostos aos MSQDs e para CdCl2. Conseguimos ainda detectar altos níveis de fluorescência derivada dos MSQDs internalizados pelos nematoides. Quantum dots de tamanhos mágicos (MSQDs) e ultrapequenos (USQDs) são nanocristais altamente fluorescentes com tamanhos menores do que 2 nm, mas diferindo em suas propriedades óticas e eletrônicas únicas. Considerando a semelhança no tamanho das nanopartículas, mas suas diferentes propriedades; nosso objetivo foi comparar os efeitos no desenvolvimento embrionário do modelo animal, Danio rerio (zebrafish), um importante modelo para análises de toxicidade. Ambos quantum dots foram avaliados por absorção ótica e espectroscopia de fluorescência, demonstrando que os MSQDs apresentam um espectro de fluorescência mais amplo do que os USQDs. Ovos fertilizados de zebrafish foram expostos a diversas concentrações de QDs, e a toxicidade foi avaliada durante o desenvolvimento embrionário, observando-se alterações morfológicas e anatômicas. Os MSQDs apresentaram maior toxicidade do que os USQDs na concentração de 10 μg/mL, visto que as larvas de zebrafish apresentaram um desenvolvimento anormal. Os embriões não eclodiram quando expostos a cloreto de cadmio na mesma concentração (controle). A toxicidade dos MSQDs pode ser explicada pela concentração de íons Cd+2 na superfície dos QDs. O modelo para os testes in vivo se demonstrou uma importante ferramenta para testes de toxicidade de nanocompostos, principalmente no caso de materiais com pouca alteração em sua composição ou estrutura. Magic-sized quantum dots (MSQD) are highly stable fluorescent nanocrystals with sizes < 2 nm, and remarkable optical and electronic properties. Since toxicity of cadmium composed quantum dots is highly controversial, our aim was to assess the effects of CdSe/CdS CS-MSQD on the animal model Caenorhabditis elegans (C. elegans), an important in vivo model for analysis of nanocompounds toxicity. We have exposed the nematodes to several concentrations of the MSQD, and evaluated the following endpoints: acute toxicity, life spam, growth, expression of stress related genes and bioaccumulation. The MSQD presented little to no toxicity, with a 24 h LC50 of 1815.039 g/mL while CdCl2 LC50 was 825.254 g/mL. MSQD exposed nematodes showed no significant difference in life spam or growth analysis. Furthermore, gene expression analysis of MSQD exposed nematodes demonstrated a diverse behavior from nematodes exposed to CdCl2. In addition, we could detect high stable fluorescence derived from MSQD within the exposed nematodes. Magic-sized (MSQDs) and ultra-small quantum dots (USQDs) are highly stable fluorescent nanocrystals with sizes < 2 nm, but differing on their unique optical and electronic properties. Because of their similar size, but different properties, our aim was to compare their effects on the embryonic development of Danio rerio (zebrafish), an important in vivo model for toxicity analyses. Both QDs were evaluated by optical absorption and fluorescence spectroscopy (FL), demonstrating that the MSQDs presented broader fluorescence spectrum than USQDs. We have exposed fertilized eggs of zebrafish to several concentrations of both QDs, and evaluated toxicity during embryonic development by observing anatomical and morphological changes. The CdSe/CdS CS-MSQDs presented higher toxicity than CdSe/CdS CS-USQDs at 10 μg/mL since larvae displayed abnormal development. The embryos did not hatch when cadmium chloride was applied in the same concentration (control). The CdSe/CdS CS-MSQD toxicity may be explained by the increasing concentration of Cd+2 ions on the surface, causing larger surface defects. The in vivo zebrafish model demonstrated to be an important tool for toxicity tests mainly caused by small variations on QDs nanostructures. Dissertação (Mestrado)

Polímeros derivados de éter de celulose são comumente utilizados para liberação de fármacos. Este trabalho aplicou um derivado de éter de celulose, o hidroxietilcelulose (HEC), num sistema de liberação controlada (comprimido). Os comprimidos foram fabricados a partir de matérias primas comumente encontrada em formulações de produtos comerciais que visam liberar fármacos hidrofílicos como os derivados de xantinas. Neste caso a cafeína foi utilizada como fármaco modelo deste estudo. Na caracterização das matérias-primas e dos comprimidos foram utilizadas as seguintes técnicas: Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC); medidas espectroscópicas de Raman e UV/VIS; e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para avaliação da matriz polimérica foram utilizadas técnicas de intumescimento por imersão em água e por exposição à atmosfera úmida. A liberação do fármaco foi avaliada por ensaios ?in vitro? utilizando água como meio de dissolução. Os mecanismos de intumescimento e liberação foram analisados com base nos modelos matemáticos de Vergnaud, Higuchi e de Korsmeyer. Além da formulação mais apropriada para obter a liberação controlada do fármaco modelo representativo da família das xantinas, o presente trabalho identificou os efeitos que a pressão de compressão e o armazenamento tem sobre a cinética de liberação do fármaco a partir dos comprimidos. Observou-se que a maior pressão de compressão gera comprimidos de liberação mais lenta sob mecanismo de liberação e intumescimento anômalos. O armazenamento causou alterações semelhantes nos dois tipos de comprimidos (de baixa e alta pressão de compressão). Após armazenamento a 75%UR e 30ºC/40ºC a cinética de liberação foi acelerada. Essa alteração foi identificada como consequência do um aumento de conteúdo de água nos comprimidos e relaxação dos polímeros pelo aumento de temperatura. Assim, os resultados sugeriram que um planejamento e combinação criteriosa das matérias-primas no desenho da formulação e escolha de parâmetros de fabricação constituem fatores críticos para o sucesso de um comprimido de liberação prolongada. Além disso, condições de temperatura e umidade durante o armazenamento são essenciais para garantir o comportamento de liberação controlada dos comprimidos baseados em HEC. Cellulose derivatives are polymers commonly used for drug delivery. In this work one of these derivatives, the hydroxiethylcellulose has been applied in the formulation of compressed tablets for controlled release purposes. The tablets were produced by using the same excipients normally used in the commercially available tablets and caffeine was used as model drug. The characterization of raw materials and tablets were performed by using the following techniques: Differential Scanning Calorimetry analysis (DSC), spectroscopic measurements of Raman and UV/VIS, scanning electron microscopy (SEM). The swelling behavior of the polymeric matrix was evaluated by immersion in water and exposition to atmospheric humidity. The drug release profile of the tablets was obtained in ?in vitro? assays in water. The mechanisms of drug release and swelling were characterized by adjusting kinetic data to Higuchi, Korsmeyer and Vergnaud model. Additionally to the establishment of an appropriated formulation for controlled release of caffeine, the present work has identified the effects of compression pressure and storage over the drug release kinetic profile of the tablets. It was observed that the higher compression pressure generates tablets with slower drug release in a anomalous mechanism of release and swelling. The storage under 75/%RH and 30/ºC and 40/ºC increased the rate of drug release in both types of tablets (compressed at higher and at lower pressure). This change has been identified as a consequence of the increased water content of the tablets as well as a result of the relaxation of the polymeric chains due to the increased temperature. Overal, the results obtained, suggested that a criterious planning and combination of raw materials in the design of formulations as well as the set up of the parameters during the production of tablets are critical points to the success of a system for controlled release purposes. Besides, monitoring storage conditions as temperature and humidity is essencial in order to guarantee the controlled release behavior of HEC-based tablets. Dados abertos - Sucupira - Teses e dissertações (2013 a 2016)

Orientador: Eudes Eterno Fileti Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2013