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Dissertação de mestrado em Química Medicinal, A conjugação de um heterociclo bioativo com péptidos biocompatíveis vai atuar como uma restrição conformacional, sendo usada para preparar conjugados de heterociclo-péptidos, com atividade biológica e reconhecimento celular aumentados. Neste trabalho, foram sintetizados conjugados de heterociclo-dipéptidos, usando S- (benzo[b]tiofeno) e N,S- (tieno[2,3-b]piridina e tieno[2,3-b]quinolina) heterociclos como grupos potencialmente antitumorais e N-protetores de dipéptidos de L-Phe-L-Phe e de L-Phe-L-Leu. Prepararam se os ácidos tieno[2,3-b]piridina-2-carboxílico e tieno[2,3-b]quinolina-2-carboxílico, como componentes de acoplamento, a partir das reações da 2-cloro-piridina-3-carbaldeído e 2-cloro-quinolina-3-carbaldeído, respetivamente, com tioglicolato de metilo em meio básico, formando anéis de tiofeno fundidos, substituídos com éster metílico na posição 2, que foram depois hidrolisados. O ácido benzo[b]tiofeno-2- carboxílico foi adquirido comercialmente. O acoplamento dos ácidos carboxílicos heterocíclicos com sais de trifluoroacetato de L-fenilalanil-L-fenilalaninato de etilo e de L-fenilalanil-L-leucinato de etilo ocorreu usando HBTU e Et3N, tendo originado os correspondentes ésteres etílicos, que foram hidrolisados aos ácidos carboxílicos correspondentes – N-(tieno[2,3-b]piridina-2-carbonil)-L-fenilalanil-L-fenilalanina, N- (tieno[2,3-b]quinolina-2-carbonil)-L-fenilalanil-L-fenilalanina, N-(benzo[b]tiofeno-2-carbonil)-L-fenilalanil-L fenilalanina, N-(tieno[2,3-b]piridina-2-carbonil)-L-fenilalanil-L-leucina, N-(tieno[2,3-b]quinolina-2-carbonil)- L-fenilalanil-L-leucina e N-(benzo[b]tiofeno-2-carbonil)-L-fenilalanil-L-leucina. Os conjugados heterociclo dipéptido (ésteres e ácidos) foram completamente caraterizados por p.f., 1H, 13C RMN e massa de alta resolução no ião [M+H]+ . Péptidos pequenos protegidos com núcleos aromáticos no N-terminal mostraram originar hidrogéis peptídicos supramoleculares bioativos, biocompatíveis e biodegradáveis. Deste modo, os seis conjugados preparados, com o ácido carboxílico livre, foram submetidos a estudos de gelificação em água, pelo método de abaixamento de pH, usando glucono-δ-lactona. Apenas o conjugado de benzo[b]tiofeno com L-Phe-L-Phe formou um hidrogel, com concentração crítica de 0,15 wt% e pH final de 6,85, que foi caraterizado por STEM, formando uma rede 3D de fibras entrelaçadas (espessura média de 17 nm), e reologia, mostrando um comportamento viscoelástico semelhante à matriz extracelular de alguns tecidos humanos., The conjugation of a bioactive heterocycle with biocompatible peptides will act as a conformational constraint, which is used to prepare heterocycle-peptide conjugates with increased biological activity and cellular recognition. In this work, heterocycle-dipeptide conjugates were synthesized using S- (benzo[b]thiophene) and N,S- (thieno[2,3-b]pyridine and thieno[2,3-b]quinoline) heterocycles as potentially antitumor and N protective groups of L-Phe-L-Phe and L-Phe-L-Leu dipeptides. The thieno[2,3-b]pyridine-2-carboxylic acid and thieno[2,3-b]quinoline-2-carboxylic acid precursors were prepared as coupling components from the reactions of 2-chloro-pyridine-3-carbaldehyde and 2-chloro-quinoline-3-carbaldehyde, respectively, with methyl thioglycolate in a basic medium, forming fused thiophene rings, substituted with methyl esters in position 2, that were hydrolyzed. Benzo[b]thiophene-2-carboxylic acid was obtained commercially. Coupling of heterocyclic carboxylic acids with trifluoroacetate salts of ethyl L-phenylalanyl-L phenylalaninate and of ethyl L-phenylalanyl-L-leucinate took place using HBTU and Et3N, giving rise to the corresponding ethyl esters, which were hydrolyzed to the carboxylic acids – N-(thieno[2,3-b]pyridine-2- carbonyl)-L-phenylalanyl-L-phenylalanine, N-(thieno[2,3-b]quinoline-2-carbonyl)-L-phenylalanyl-L phenylalanine, N-(benzo[b]thiophene-2-carbonyl)-L-phenylalanyl-L-phenylalanine, N-(thieno[2,3-b]pyridine 2-carbonyl)-L-phenylalanyl-L-leucine, N-(thieno[2,3-b]quinoline-2-carbonyl)-L-phenylalanyl-L-leucine and N- (benzo[b]thiophene-2-carbonyl)-L-phenylalanyl-L-leucine. The heterocycle-dipeptide conjugates (esters and acids) were fully characterized by m.p., 1H, 13C NMR and high-resolution mass in the [M+H]+ ion. Small peptides with aromatic nuclei at the N-terminus have been shown to yield bioactive, biocompatible and biodegradable supramolecular peptide hydrogels. Thus, the six conjugates prepared, with free carboxylic acids, were subjected to gelation studies in water, by the pH lowering method, using glucono-δ-lactone. Only the conjugate of benzo[b]thiophene with L-Phe-L-Phe formed a hydrogel, with a critical concentration of 0.15 wt% and final pH 6,85, which was characterized by STEM, forming a 3D fiber network (average thickness of 17 nm), and rheology, showing a viscoelastic behavior similar to the extracellular matrix of human tissues.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (especialização em Eletrónica Médica), Hidrogéis inteligentes são redes poliméricas responsivas que sofrem alterações nas suas propriedades quando estímulos, como temperatura, pH e campos elétricos ou magnéticos, são aplicados. Nas últimas décadas, os hidrogéis inteligentes tornaram-se uma próspera fronteira de pesquisa no campo da engenharia biomédica, inclusive em eletrónica médica, onde se mostram eficazes como biossensores, bioelétrodos, válvulas inteligentes e em aplicações de microfluídica. No âmbito deste projeto, hidrogéis de ácido hialurónico modificado com dopamina e anticorpos do recetor Nogo foram desenvolvidos com potencial aplicação no tratamento de lesões no sistema nervoso central e, em particular, na espinal medula. Estas lesões são uma das principais causas de incapacidade a longo prazo e não existe tratamento atualmente. Sendo assim, torna-se urgente desenvolver novas estratégias capazes de induzir neuroregeneração e promover uma recuperação funcional do paciente. O ácido hialurónico foi quimicamente modificado com grupos catecol que reticulam quimicamente, permitindo a formação do hidrogel. A introdução de grafeno funcionalizado no hidrogel aumenta substancialmente a sua condutividade elétrica e o cultivo de células neuronais demonstrou que hidrogéis modificados com grafeno são biologicamente mais viáveis do que aqueles sem grafeno. De uma forma geral, os hidrogéis produzidos, inspirados na natureza, providenciam uma matriz tridimensional estável e biocompatível, com uma condutividade elétrica reforçada, revelando assim potencial como uma plataforma inteligente para o tratamento de lesões na espinal medula. Ademais, hidrogéis termossensíveis baseados em poli(isocyano)péptidos foram utilizados para o estudo do efeito de sais na microestrutura destas redes tridimensionais. A influência de sais nas propriedades mecânicas e térmicas de hidrogéis já terá sido anteriormente provada e descrita. No entanto, o seu efeito na microestrutura destas redes era até agora pouco conhecido. Os resultados obtidos mostram que os três sais, iodeto, cloreto e perclorato de sódio, têm uma influência significativa no diâmetro e conectividade dos poros e na porosidade do hidrogel. Em particular, cloreto de sódio mostrou uma influência notável nestes parâmetros estruturais. Desta forma, conclui-se que a adição de sais a hidrogéis físicos fibrosos pode ser utilizada como técnica para manipular a sua microestrutura. Assim, esta dissertação aborda duas classes diferentes de hidrogéis sob duas finalidades distintas. Todavia, ambos os sistemas apresentam um potencial promissor como materiais inteligentes em resposta a estímulos elétricos ou mecânicos/térmicos que deve ser futuramente escrutinado., Smart hydrogels are stimuli-responsive polymeric networks able to undergo changes in their properties upon the application of triggers, such as temperature, pH and electric or magnetic fields. Since the last few decades, smart hydrogels became a thriving research frontier in the biomedical engineering field, including in medical electronics, where they were proved effective as biosensors, bioelectrodes, smart valves, and in microfluidic applications. Herein, dopamine-modified hyaluronic acid (HA)-based hydrogels with nogo receptor (NgR) antibodies were developed to treat the central nervous system (CNS) and, in particular, spinal cord injuries (SCIs). These conditions are one of the leading causes of long-term disability across the world and there is no current treatment. Thus, it is urgent to develop novel strategies that induce neuroregeneration and promote functional recovery. Our chemically modified HA formed a hydrogel under alkaline pH by the chemical crosslinking of catechol groups. The introduction of functionalized graphene (FG) increased substantially the electrical conductivity of the hydrogels and upon the seeding of neuronal cells the hydrogel with graphene showed higher viability than the unmodified network. Overall, our bioinspired hydrogel provides a stable and biologically compatible three-dimensional (3D) matrix with a reinforced electrical conductivity and a promising potential as a smart scaffold-based therapy for SCIs. In addition, thermosensitive and mechanoresponsive polyisocyanopeptide (PIC)-based hydrogels were used as a model system to study the effect of added salts on the microstructure of these 3D networks. Indeed, the influence of salts on hydrogels mechanical and thermal properties has already been proved and described. However, their effect on the microstructure of these networks was until now vastly unknown. The results obtained show that the three different salts, sodium iodide (NaI), sodium chloride (NaCl) and sodium perchlorate (NaClO4), have a significant influence on the diameter and connectivity of the network pores, as well as on the overall porosity of the hydrogel. In particular, NaCl showed a remarkable influence on these structural parameters. Thus, it is concluded that the addition of salts to fibrous physical hydrogels may be used as a technique to tailor their microstructure. Therefore, this dissertation is focused on two different types of hydrogels with two different aims. Both systems, however, present a promising potential as smart materials in response to electrical or mechanical/thermal stimuli that must be further scrutinized as future work.

Introdução: O alginato é um dos elementos mais utilizados na prática odontológica, a sua reprodução é comumente gerada no primeiro atendimento, sendo essencial para construir uma ideia primitiva sobre o nível de bem-estar bucal do paciente. Objetivo: explanar o tempo de armazenamento e a forma de armazenamento do alginato após a manipulação para que seja garantida a estabilidade dimensional, por meio de uma pesquisa de campo transversal. Metodologia: Trata-se de um ensaio laboratorial a ser realizado no Laboratório multidisciplinar do Centro Universitário Fametro, com abordagem qualitativa. Resultados: Quando se realiza uma análise por material, observa-se que que o alginato da marca CAVEX apresenta maior peso e comprimento médio e o da marca HYDROGUM 5 possui o menor peso médio, mas com comprimento médio similar ao da marca CAVEX. Conclusão: evidenciou-se que os moldes dos alginatos testados devem ser vazados imediatamente após remoção da boca do paciente para que a moldagem seja precisa e estável. Introduction: Alginate is one of the most used elements in dental practice, its reproduction is commonly generated in the first consultation, being essential to build a primitive idea about the patient's level of oral well-being. Purpose: to explain the storage time and storage method of alginate after handling so that dimensional stability is guaranteed, through a cross-sectional field survey. Methodology: This is a laboratory test to be carried out at the multidisciplinary Laboratory of the Fametro University Center, with a qualitative approach. Results: When an analysis is carried out by material, it is observed that the CAVEX brand alginate has the highest average weight and length and the HYDROGUM 5 brand has the lowest average weight, but with an average length similar to that of the CAVEX brand. Conclusion: it was shown that the impressions of the tested alginates must be poured immediately after removal from the patient's mouth so that the impression is accurate and stable. Introducción: El alginato es uno de los elementos más utilizados en la práctica odontológica, su reproducción se genera comúnmente en la primera consulta, siendo fundamental para construir una idea primitiva sobre el nivel de bienestar bucal del paciente. Propósito: explicar el tiempo de almacenamiento y el método de almacenamiento del alginato después de su manipulación para garantizar la estabilidad dimensional, a través de un estudio transversal de campo. Metodología: Se trata de un ensayo de laboratorio a ser realizado en el Laboratorio multidisciplinario del Centro Universitario Fametro, con abordaje cualitativo. Resultados: Cuando se realiza un análisis por material, se observa que el alginato de la marca CAVEX tiene el peso y longitud promedio más altos y la marca HYDROGUM 5 tiene el peso promedio más bajo, pero con una longitud promedio similar al de la marca CAVEX. Conclusión: se demostró que las impresiones de los alginatos probados deben verterse inmediatamente después de retirarlos de la boca del paciente para que la impresión sea precisa y estable.

Dissertação de mestrado em Biotecnologia, A pele está sujeita ao processo de envelhecimento, que causa a degradação dos compostos extracelulares produzidos na derme, tais como o colagénio e a elastina, resultando numa pele mais fina, com menos elasticidade e consequente aparecimento de rugas. Tendo em conta que a pele é um indicador da própria saúde de uma pessoa e é tão importante que afeta o seu comportamento emocional e psicológico, torna-se essencial o desenvolvimento de procedimentos estéticos. Assim, este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de hidrogéis de ácido hialurónico personalizados, isto é, com propriedades facilmente moldáveis, que permitam um tratamento adequado às necessidades do cliente. Com o intuito de produzir hidrogéis com uma ótima composição de acordo com as características mecânicas e de degradação, procedeu se a dois métodos diferentes (método I e II). Deste modo, foram preparados hidrogéis de ácido hialurónico modicado com tiramina, segundo o método I e o método II, que diferem no tipo de agentes de acoplamento utilizados. Os resultados obtidos pela análise dos hidrogéis preparados, revelaram que o método II apresenta uma maior eficiência na funcionalização do ácido hialurónico pela tiramina do que o método I. Além disso, foram preparados diferentes hidrogéis de ácido hialurónico silanizado através do método II, variando a concentração do agente de reticulação, ou seja, do alcóxido de silício. Os resultados obtidos, evidenciaram o sucesso das reações realizadas, pelo que se procedeu à caracterização físico-química dos hidrogéis de ácido hialurónico silanizado. Quanto à capacidade de reter água, verificou-se que o aumento da massa dos hidrogéis era menor, quanto maior fosse o grau de silanização. Relativamente às propriedades reológicas, de um modo geral, constatou-se que o valor do módulo elástico era maior, quanto maior fosse o grau de reticulação. Por fim, este projeto permitiu explorar diferentes estratégias para o desenvolvimento de hidrogéis de ácido hialurónico, revelando a possibilidade de modular a sua reticulação e, assim, obter hidrogéis com diferentes propriedades, que futuramente poderão conceder um tratamento personalizado aos clientes., The skin is subject to the ageing process, which causes the degradation of the extracellular compounds produced in the dermis, such as collagen and elastin, resulting in thinner skin, with less elasticity and the consequent appearance of wrinkles. Considering that skin indicates one´s health and it is so important that affects a person emotional and psychological behaviour, the development of aesthetic procedures becomes essential. Thus, this work has as main goal the development of personalised hyaluronic acid hydrogels, i.e., with easily mouldable properties, which allow for a treatment suited to the client's needs. In order to produce hydrogels with an optimum composition according to the mechanical and degradation characteristics, two different methods (method I and II) were used. Thus, tyramine-modified hyaluronic acid hydrogels were prepared according to method I and method II, which differ in the type of coupling agents used. The results obtained by analysis of the prepared hydrogels, revealed that method II has higher efficiency in the functionalization of hyaluronic acid by tyramine than method I. Furthermore, different silanized hyaluronic acid hydrogels were prepared by method II, varying the concentration of the cross-linking agent, i.e., silicon alkoxide. The results obtained demonstrated the success of the reactions, so the physical-chemical characterization of the silanized hyaluronic acid hydrogels was performed. In terms of swelling, it was found that the swelling ratio was lower the higher the degree of silanization. Regarding the rheological properties, in general, the higher the degree of crosslinking, the higher was the value of the elastic modulus. Finally, this project allowed to explore different strategies for the development of hyaluronic acid hydrogels, revealing the possibility of modulating their crosslinking and thus obtaining hydrogels with different properties, which in the future may provide a personalized treatment to customers.

Trabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia Este projecto compreende o desenvolvimento de hidrogéis altamente elásticos e resistentes que podem ser degradados pela exposição à luz com comprimentos de onda citocompatíveis. Para isso, foram preparados hidrogéis híbridos de rede dupla de alginato e poliacrilamida. A rede dupla consiste em uma rede de alginato, reticulada ionicamente por catiões divalentes (Ca2+), misturada com uma rede de poliacrilamida, reticulada covalentemente por um reticulador sintetizado à base de ONB. O reticulante à base de ONB é o responsável pela sensibilidade do hidrogel à luz, uma vez que ONB é um grupo fotodegradável. A combinação sinérgica destes dois polímeros resulta em hidrogéis com propriedades mecânicas superiores e permite o controle da degradação por exposição à luz.O reticulante foi preparado através de substituições estruturais no anel aromático e na posição benzílica do ONB, o que resulta em um aumento do comprimento de onda máximo de absorção, aumento da cinética de fotoclivagem e produção de subprodutos da reação de degradação menos tóxicos. Além disso, cadeias de PEG foram incorporadas no reticulante, tornando-o solúvel em água. Diferentes pesos moleculares de PEG (600, 1000 e 2000 g/mol) foram usados para estudar a influência do comprimento da cadeia de PEG nas propriedades fotodegradáveis e mecânicas do hidrogel.A síntese dos reticulantes fotodegradáveis (ONB-PEG) foi acompanhada por 1H NMR e FTIR, e as suas propriedades fotodegradáveis foram analisadas por UV-Vis e, novamente, 1H NMR. Os resultados indicaram uma funcionalização bem-sucedida do reticulante e uma degradação efetiva por luz UV a 365 nm.As propriedades mecânicas dos hidrogéis com diferentes pesos moleculares de PEG (H600, H1000 e H2000) foram testadas e comparadas por testes de tração e reologia, e demonstrou-se que o H600 possui o melhor desempenho mecânico.As propriedades fotodegradáveis do hidrogel foram estudadas por testes de reologia e tração. Os resultados mostraram que ao aumentar o tempo de irradiação UV, mais rapidamente a rede de PAAm colapsa, resultando na perda de tenacidade do hidrogel. A análise por SEM da morfologia dos hidrogéis após irradiação UV mostra uma estrutura porosa interligada com inúmeros orifícios circulares, o que confirma o colapso da rede de PAAm, que compromete o desempenho mecânico do gel.O método de deslocamento de solvente foi usado para trocar as moléculas de água nos hidrogéis por moléculas de glicerol para preparar organo-hidrogéis de redes-duplas não secantes. A estratégia proporcionou estabilidade ao longo do tempo, ao mesmo tempo em que melhorou a rigidez e manteve as propriedades fotodegradáveis dos hidrogéis de redes-duplas.Assim, um hidrogel de rede-dupla fotodegradável com propriedades mecânicas aprimoradas e estabilidade ao longo do tempo foi preparado com sucesso, o que expande as aplicações do gel para áreas emergentes como a bioeletrônica. This project comprises the development of highly stretchable and tough hydrogels that can be degraded by its exposure to light with cytocompatible wavelengths. For that purpose, double-network hybrid hydrogels of alginate and polyacrylamide were prepared. The DN consists of an alginate network, ionically crosslinked by divalent cations (Ca²⁺), mixed with a polyacrylamide network, covalently crosslinked by a synthesized ONB-based crosslinker. The ONB based crosslinker is the responsible for the light-sensibility of the hydrogel, since ONB is a photodegradable group. The synergetic combination of these two polymers results in hydrogels with superior mechanical properties and enables the control over degradation upon light exposure.The crosslinker was prepared through structural substitutions on the aromatic ring and at the benzyl position of the ONB unit, which results in a redshift of the maximum absorption wavelengths, an increase of the photocleavage kinetics and the production of less toxic by-products of the degradation reaction. Furthermore, PEG backbone was incorporated on the crosslinkers, making them soluble in water. Different PEG molecular weights (600, 1000 and 2000 g/mol) were used in order to study the influence of the length of the PEG backbone on the photodegradable and mechanical properties of the hydrogel. The synthesis of the photodegradable crosslinkers (ONB-PEG) was followed by 1H NMR and FTIR, and their photodegradable properties were analysed by UV-Vis and, again, 1H NMR. The results indicated a successful functionalization of the crosslinker, and an effective degradation by UV light at 365 nm. The mechanical properties of the hydrogels with different PEG molecular weights (H600, H1000 and H2000) were tested and compared by tensile and rheology tests, demonstrating that H600 has the higher mechanical performance.The photodegradable properties of the hydrogel were studied by rheology and tensile tests. The results showed that by increasing the time of UV irradiation, more rapidly the PAAm network collapsed, resulting in a loss of toughness of the hydrogel. SEM analysis of the morphology of the hydrogels after UV irradiation shows a porous structure interconnected with numerous circular holes, which confirms the collapse of the PAAm network, which compromises the mechanical performance of the gel. The solvent displacement method was used to displace the water molecules in the hydrogels by glycerol molecules to prepare non-drying DN organohydrogels. The strategy provided stability over time, while enhancing the stiffness and maintaining the photodegradable properties of the DN hydrogels.Thus, a photodegradable DN hydrogel with enhanced mechanical properties and stability over time was successfully prepared, which expands the applications of the gel to emerging areas such as bioelectronics.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq The oxidation method via N-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperhydrin (TEMPO) mediation has been widely used as a pre-treatment to obtain nanocellulose from cellulose and, in addition, the oxidation allows a better dispersion in water and facilitates gel formation. Since cellulose is a widely available biopolymer, biodegradable, renewable and low-cost biopolymer, its use in the preparation of hydrogels has been gaining ground and the use of oxidized cellulose has not been different. Hydrogels prepared with the oxidized cellulose and chemically cross-linked by interaction with the hydroxyl groups of the cellulose allow the carboxylic groups to become available, allowing the application to remove cationic dyes, for example, due to negative charges. Therefore, the objective of the present work was to prepare hydrogels of oxidized microcrystalline cellulose via chemically cross-linked TEMPO mediation and to evaluate the introduction of β-cyclodextrin and κ-carrageenan modifiers on the adsorption efficiency of methylene blue. For this purpose, two chemical crosslinkers (epichlorihydrin and glutaraldehyde) were used and the one that best provided a more structured hydrogel (epichlorihydrin) was applied in the crosslinking of the hydrogel with the addition of β-cyclodextrin and κ-carrageenan. The effects of the two modifiers on the oxidized microcrystalline cellulose hydrogel were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), thermogravimetry, scanning electron microscopy (SEM), nitrogen adsorption/desorption and swelling degree. The hydrogels were applied in the adsorption of methylene blue to evaluate its removal efficiency and in the adsorption of gentamicin sulfate, and the hydrogels loaded with the drug were tested for bacteriostatic activity by disk diffusion. All hydrogels showed dye adsorption capacity and increases in cellulose concentration and the addition of β-cyclodextrin and κ-carrageenan improved the methylene blue adsorption process. In addition to electrostatic interactions, the optimal fit of kinetics in the adsorption for the pseudosecond order model suggests the contribution of chemical interactions in the adsorption process. In the adsorption of gentamicin sulfate, the hydrogel with κ-carrageenan showed better removal efficiency, but all charged hydrogels formed inhibition halos. Thus, the developed hydrogels proved to be materials with great potential for application as adsorbents. O método de oxidação via mediação por N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidrina (TEMPO) tem sido bastante utilizado como um pré-tratamento para a obtenção de nanocelulose a partir da celulose e, além disso, a oxidação possibilita uma melhor dispersão em água e facilita a formação de gel. Por ser a celulose um biopolímero de grande disponibilidade, biodegradável, renovável e de baixo custo, sua utilização na preparação de hidrogéis tem ganhado espaço e o uso da celulose oxidada não tem sido diferente. Hidrogéis preparados com a celulose oxidada e reticulados quimicamente por interação com os grupos hidroxilas da celulose permitem que os grupos carboxílicos fiquem disponíveis possibilitando a aplicação para remoção de corantes catiônicos, por exemplo, devido às cargas negativas. Diante disso, o objetivo do presente trabalho foi preparar hidrogéis de celulose microcristalina oxidada via mediação por TEMPO reticulado quimicamente e avaliar a introdução dos modificantes β-ciclodextrina e κcarragena na eficiência de adsorção de azul de metileno. Para tanto, dois reticulantes químicos (epicloridirna e glutaraldeído) foram utilizados, sendo que aquele que melhor proporcionou um hidrogel mais estruturado (epicloridrina) foi aplicado na reticulação do hidrogel com a adição da β-ciclodextrina e κ-carragena. Os efeitos dos dois modificadores sobre o hidrogel de celulose microcristalina oxidada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura (MEV), adsorção/dessorção de nitrogênio e grau de intumescimento. Os hidrogéis foram aplicados na adsorção de azul de metileno para avaliar sua eficiência de remoção e na adsorção de sulfato de gentamicina, sendo os hidrogéis carregados com o fármaco testados quanto à atividade bacteriostática por difusão em disco. Todos os hidrogéis apresentaram capacidade de adsorção do corante e o aumento da concentração de celulose e adição da β-ciclodextrina e κ-carragena melhoraram o processo de adsorção do azul de metileno. Além de interações eletrostáticas, o ajuste ótimo da cinética de adsorção para o modelo de pseudossegunda ordem sugere contribuição de interações químicas no processo de adsorção. Já na adsorção do sulfato de gentamicina o hidrogel com κ-carragena apresentou melhor eficiência de remoção, porém todos os hidrogéis carregados com o fármaco formaram os halos de inibição. Desta forma, os hidrogéis desenvolvidos mostraram-se materiais com grande potencial de aplicação como adsorventes. São Cristóvão

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A Ceiba speciosa St. Hil popularmente conhecida como paineira é uma árvore com grande importância na recuperação de ecossistemas degradados. Pouco se sabe sobre sua composição, sendo relatado apenas que alguns monossacarídeos que fazem parte da sua estrutura. Por ensaios prévios sabe-se que a resina da paneira apresenta alta capacidade de retenção de água, podendo ser considerada um hidrogel. A tendência atual é voltada para a utilização de materiais renováveis, porém a realidade é que ainda há uma enorme dependência dos produtos petrolífero e toda vez que há uma exploração, produção, transporte, armazenamento ou consumo de produtos petrolíferos o risco. A utilização de nanopartículas com biossorventes se mostra um caminho promissor para remoção, pois, além de diminuir a quantidade de matéria prima para se produzir as nanopartículas, os biossorventes trazem algumas melhorias físico-químicas e na maioria das vezes são produtos descartados ou inexplorados, seja de indústrias ou do próprio meio ambiente. Neste contexto, a fim de compreender as características físicas e químicas da resina da paineira, a mesma foi caracterizada através de técnicas difração de raio-X (XRD) e por microscopia eletrônica de varredura (SEM), além de avaliar seu comportamento em diferentes tipos de soluções eletrolíticas em concentrações diferentes ( 0,001 mol/L e 0,01 mol/L) e em diferentes pH e temperaturas. A resina apresentou um inchamento em pH=11,00 em até 37 vezes o valor da sua massa inicial, possivelmente devido a um maior número de cargas elétricas livres, o que aumenta a interação com as moléculas de água. O que pode caracterizar a mesma como um hidrogéis superabsorventes (SAH’S). Realizou-se a síntese das nanopartículas de magnetita (MNP) e da resina impregnada com óxido de ferro (R-MNP) obtendo como conversão 87% e 79% respectivamente. Foi realizado um planejamento fatorial para avaliar a remoção dos óleos diesel (D), óleo de motor novo (OMN) e óleo de motor usado (OMU) sendo que os parâmetros avaliados foram o tempo de contato, a temperatura e a quantidade de material utilizado para a remoção. Observou-se uma remoção de D de 89,86 ± 2,08% quando utilizando 50 mg de R-MNP, a 5 °C e tempo de contato de 30 min. Para o OMN a remoção foi de 70,05 ± 3,42% usando 70 mg de MNP, 5 °C e tempo de contato de 30 min. Enquanto o OMU a remoção foi de 72,14 ± 5,78 % usando 50 mg de MNP,45 °C e tempo de 30 min. A temperatura foi o parâmetro mais significativo de acordo com os gráficos de Pareto (95% de confiança) para todas as amostras de óleo consideradas neste estudo. Palavras-chave: Paineira. Resina. Caracterização. Derramamento de óleo. Bionanocompósito magnético. Nanotecnologia. Hidrogéis. Ceiba speciosa St. Hil popularly known as paineira is a tree with great importance in the recovery of degraded ecosystems. Little is known about its composition, being reported only that some monosaccharides that are part of its structure. From previous tests, it is known that the pan resin has a high water retention capacity, and can be considered a hydrogel. The current trend is towards the use of renewable materials, but the reality is that there is still a huge dependence on petroleum products and every time there is an exploration, production, transport, storage or consumption of petroleum products, there is a risk. The use of nanoparticles with biosorbents is a promising way for removal, because, in addition to reducing the amount of raw material to produce the nanoparticles, biosorbents bring some physicochemical improvements and most of the time they are discarded or unexplored products, either industries or the environment itself. In this context, in order to understand the physical and chemical characteristics of the paineira resin, it was characterized using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques, in addition to evaluating its behavior in different types. of electrolyte solutions at different concentrations (0.001 mol/L and 0.01 mol/L) and at different pH and temperatures. The resin showed swelling at pH=11.00 up to 37 times its initial mass, possibly due to a greater number of free electrical charges, which increases the interaction with water molecules. What can characterize it as a superabsorbent hydrogels (SAH'S). The synthesis of magnetite nanoparticles (MNP) and resin impregnated with iron oxide (R-MNP) was carried out, obtaining 87% and 79% conversion respectively. A factorial design was carried out to evaluate the removal of diesel oil (D), new engine oil (OMN) and used engine oil (OMU) and the parameters evaluated were the contact time, temperature and the amount of material used. for removal. A D removal of 89.86 ± 2.08% was observed when using 50 mg of R-MNP, at 5 °C and contact time of 30 min. For OMN the removal was 70.05 ± 3.42% using 70 mg of MNP, 5 °C and contact time of 30 min. While the OMU, the removal was 72.14 ± 5.78 % using 50 mg of MNP, 45 °C and a time of 30 min. Temperature was the most significant parameter according to Pareto charts (95% confidence) for all oil samples considered in this study. Keywords: Paineira. Resin. Characterization. Oil spill. Magnetic bionanocomposite. Nanotechnology.

Orientador: Cátia Cristina Capêlo Ornelas Megiatto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Nanopartículas metálicas tais como nanopartículas de ouro, prata e platina desempenham um papel importante como catalizadores heterogêneos. A fim de aumentar a estabilidade e evitar a formação de aglomerados metálicos, estes tipos de nanopartículas podem ser ancoradas em materiais de suporte. Hidrogéis à base de Laponita e poliacrilato de sódio podem agir como um ótimo material de suporte para a síntese in situ de nanopartículas metálicas, pois o processo de gelificação ocorre rapidamente através de interações não covalentes entre os nanodiscos de Laponita, o poliacrilato e os cátions adicionados. Neste trabalho, a eventual formação in situ de nanopartículas de Au, Ag e Pt dentro do hidrogel foi avaliada por espectroscopia de UV-Vis e TEM. Os materiais também foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (FTIR), e as propriedades mecânicas dos hidrogéis formados foram analisadas por reologia, que mostrou uma propriedade de gel para todos os hidrogéis, com um módulo de armazenamento (G’) maior que o módulo de perda (G"), e o hidrogel com Pt possuindo o maior valor G’ (23 kPa). A aplicação de AuNPs, AgNPs e PtNPs suportadas nos hidrogéis foi testada como catalisador na reação de redução do conhecido poluente 4-nitrofenol (4-NP). O melhor hidrogel com AuNPs mostrou a maior atividade catalítica com rendimento de 99% de redução, enquanto os melhores hidrogéis com AgNPs e PtNPs resultaram em rendimentos de 97% e 84%, respectivamente. Uma versão nanométrica do hidrogel à base de Laponita foi testada como um nanocarreador de coquetel de fármacos anticâncer. Os nanohidrogéis biodegradáveis foram sintetizados pela técnica de miniemulsão inversa com fármacos anticâncer (Cisplatina, CP; 5-Fluorouracila, 5-FU; e Ciclofosfamida, CPA) co-encapsulados. Os nanohidrogéis foram obtidos com um tamanho médio entre 60-190 nm, que é um tamanho apropriado para ser aplicado como nanocarreador de fármacos contra células cancerígenas. Nanomateriais com diferentes razões molares de 5-FU, CP e CPA foram aplicados em células MCF-7 e HeLa (células de câncer de mama e adenocarcinoma cérvix, respectivamente) por 48h (a 37 °C), e todos os materiais com 5-FU e CP apresentaram um IC50 menor que os fármacos em solução. O índice de combinação (CI) para cada formulação 5-FU+CP foi calculado de acordo com o método de Chou-Talalay (CI1 para, respectivamente, efeito sinérgico, aditivo ou antagônico). Duas de três combinações com maior proporção de 5-FU resultaram em sinergismo contra as células MCF-7 (câncer de mama). Os resultados obtidos com esse trabalho demostram a versatilidade de materiais nanoestruturados à base de Laponita para aplicação tanto em catálise quanto em entrega de fármacos Abstract: Metal nanoparticles such as gold, silver and platinum nanoparticles play a notable role as heterogenous catalysts. To increase stability and prevent the formation of large metal aggregates, these types of nanoparticles can be anchored onto supporting materials. Hydrogels based on Laponite and sodium polyacrylate can act as a great support material for in situ synthesis of metallic nanoparticles, because the gelification process occurs rapidly through ionic interactions between the Laponite nanodiscs, the polymer (polyacrylate) and the cations added. In this work, the eventual in situ formation of Au, Ag and Pt nanoparticles inside the hydrogels was evaluated by UV-Vis spectroscopy and TEM. The resulting hydrogels were also characterized by FTIR spectroscopy, and their mechanical properties were analyzed by rheology that showed that all hydrogels have a gel-like behavior, with G’ higher than G’’. The hydrogel with Pt presented the higher G’ value (23 kPa) for all studied Laponite-based hydrogels. The application of the AuNPs, AgNPs and PtNPs supported in the hydrogels as catalyst was tested for the reduction of known poluent 4-nitrophenol (4-NP). The best hydrogel with AuNPs showed the higher catalyst activity with 99% yield of reduction, while the best hydrogels with AgNPs and PtNPs resulted in 97% and 84% yield, respectively. A nanosized version of the Laponite-based hydrogel was tested as a nanocarrier for cancer drug cocktails. Biodegradable nanohydrogels were formulated by inverse miniemulsion technique with the anticancer drugs cisplatin (CP), 5-fluorouracil (5-FU) and cyclophosphamide (CPA) co-encapsulated. The nanohydrogels were obtained with an average size between 60 – 190 nm, which is an appropriate size to be applied as a nanocarrier of drugs against cancer cells. Nanomaterials with different molar ratios of 5-FU, CP and CPA were applied in MCF-7 and HeLa cells (human breast cancer and human cervix adenocarcinoma cells, respectively) for 48h (at 37 °C), and all materials with 5-FU and CP presented an IC50 lower than the free drugs. The combination index (CI) for each combo 5-FU+CP was calculated according to the Chou-Talalay method (CI1 to, respectively, synergistic, additive, or antagonistic effect). Two out of three combinations with higher ratio of 5-FU resulted in synergism against MCF-7 cells. The results obtained with these two works demonstrate the versatility of Laponite-based nanostructured materials for application in both catalysis and drug delivery Mestrado Química Orgânica Mestra em Química CNPQ 132403/2020-0

Orientadores: Leonardo Vasconcelos Fregolente, Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A contaminação de recursos hídricos por óleos e graxas causada por acidentes de derramamento de petróleo ou pelo lançamento contínuo de efluentes oleosos de refinarias tem causado elevado impacto socioambiental ao redor do mundo. Tecnologias baseadas na utilização de hidrogéis de polímeros naturais são fortes candidatas para serem empregadas em ambas as situações. A celulose é um dos principais polímeros naturais que tem sido investigado para a produção de hidrogéis, sendo que sua solubilização é uma etapa desafiadora. Com o objetivo de fomentar a aplicação do hidrogel de celulose na separação de óleo em água, este trabalho de pesquisa desenvolveu uma nova metodologia global de solubilização da celulose em sistema aquoso de NaOH/ureia que possibilitou a síntese do hidrogel utilizando epicloridrina como agente reticulante. Este é um estudo único na literatura que investigou a utilização do hidrogel de celulose com epicloridrina como recobrimento de malha metálica para aplicação na separação de óleo em água. O hidrogel foi sintetizado na concentração de celulose de 4% m/v e concentração de epicloridrina de 15% v/v. A adição de uma etapa de lavagem intensa no método de síntese aumentou o grau de intumescimento máximo do hidrogel seco em estufa de 3,4 para 10,6. O aumento significativo no grau de intumescimento foi atribuído à retirada de resíduo de uréia da matriz polimérica. O grau de intumescimento do hidrogel liofilizado foi quase 10 vezes menor que do hidrogel seco em estufa. Análise de MEV das malhas recobertas indicaram que, quando o recobrimento é realizado após 10 ou 50 minutos de agitação da mistura de solução de celulose com epicloridrina, os espaçamentos da malha são completamente preenchidos por hidrogel, o que impede a realização de testes de separação. Foram realizadas análises de ângulo de contato entre a peneira recoberta intumescida e gota de nujol Abstract: The contamination of water resources by oils and greases caused by oil spill accidents or by the continuous release of oily effluents from refineries has caused a high socio- environmental impact around the world. Technologies based on the use of natural polymer hydrogels are strong candidates to be applied in both situations. Cellulose is one of the main natural polymers that has been investigated for the production of hydrogels, and its solubilization is a challenging step. In order to promote the application of cellulose hydrogel in oil-water separation, this research work developed a new global methodology for cellulose solubilization in an aqueous NaOH/urea system that enabled the synthesis of the hydrogel using epichlorohydrin as the crosslinking agent. This is a unique study in the literature that investigated the use of cellulose hydrogel with epichlorohydrin as a metallic mesh coating for application in oil-water separation. The hydrogel was synthesized at a cellulose concentration of 4% w/v and an epichlorohydrin concentration of 15% v/v. The addition of an intensive washing step in the synthesis method increased the maximum swelling degree of the oven-dried hydrogel from 3.4 to 10.6. The significant increase in the degree of swelling was attributed to the removal of urea residue from the polymer matrix. The swelling degree of the freeze-dried hydrogel was almost 10 times lower than that of the oven-dried hydrogel. SEM analysis of the coated meshes indicated that, when the coating is performed after 10 or 50 minutes of stirring the mixture of cellulose solution with epichlorohydrin, the mesh spacings are completely filled by hydrogel, which prevents the performance of separation tests. Contact angle analyzes were realized between the swollen coated sieve and nujol droplet Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CAPES 88887482285202000 FAPESP 2015206304

A engenharia de tecidos representa uma alternativa à recuperação de tecidos e órgãos.1 Dessa forma, o uso de polímeros como biomateriais tem aumentado, sendo os hidrogéis uma opção. Estes polímeros têm característica hidrofílica, ao ponto que intumescem após entrarem em contato com a água.2 Além disso, podem apresentar-se na forma sólida ou líquida sendo que, na apresentação líquida, o hidrogel pode ser injetável.3 Essa via é de grande utilidade para a liberação de drogas ou células viáveis, desde que o material - inicialmente de baixa viscosidade – se gelifique após sua aplicação.4 O fato de o material possuir a característica de ser injetável permite que o mesmo se apresente como uma alternativa pouco invasiva para pequenos procedimentos, o que pode levar a inúmeros benefícios.5 O objetivo do presente estudo foi analisar a aplicação do hidrogel de Poli(NIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC) in vivo, acompanhando as reações teciduais desencadeadas ao redor. Para isso, foram realizados implantes desse polímero - por via injetável - no tecido subcutâneo do dorso posterior de 21 ratos Wistar. Após o período de 5, 7, 10, 15, 21 e 30 dias ocorreu o sacrifício dos animais para posterior análise histológica. Como resultado, verificou-se a ausência de reação inflamatória nos locais de implante, além da presença de espaçamentos deixados devido à presença do material implantado (que foi removido em decorrência do processamento). Os resultados apresentados no estudo sugerem que o hidrogel Poli(NIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC) apresenta biocompatibilidade e potencial como material de preenchimento.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Sistemas de co-encapsulação são aqueles capazes de encapsular dois ou mais compostos bioativos em um mesmo sistema, com possibilidade de liberação simultânea e independente e sem uma possível interação entre eles. Esses sistemas podem ser preparados a partir de materiais naturais, como biopolímeros, o que os torna biodegradáveis e biocompatíveis com uma grande variedade de células e tecidos. Os sistemas para a encapsulação e liberação controlada de compostos bioativos vem atraindo o interesse para aplicações biomédicas e farmacêuticas devido à sua capacidade de proteção e liberação gradual dos compostos encapsulados em longos períodos de tempo. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver sistemas biopoliméricos para co-encapsulação e liberação controlada de gentamicina e cloridrato de bupivacaína. Para isto, micropartículas de alginato contendo gentamicina encapsulada foram incorporadas em hidrogéis de goma gelana/colágeno contendo bupivacaína. As concentrações de alginato, goma gelana e colágeno foram fixadas em 3%, 0,95% e 0,05% (m/v), respectivamente, e a quantidade de micropartículas foi variada (0, 0,5; 2,5; 5; 25 e 50% m/v de micropartículas no hidrogel) para os diferentes sistemas estudados. Os sistemas foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, propriedades mecânicas e reológicas, análise térmica e cinética de liberação dos fármacos. Os resultados indicaram que a incorporação das micropartículas modificou as propriedades dos hidrogéis e a adição da maior concentração de partículas (50% m/v) tornou os hidrogéis mais rígidos e menos deformáveis em relação aos hidrogéis sem ou com menor quantidade de micropartículas. As curvas de liberação dos fármacos atingiram o equilíbrio em aproximadamente 200 minutos. Além disso, a adição de micropartículas retardou a liberação de gentamicina em relação aos hidrogéis sem micropartículas, mas não afetou a liberação de bupivacaína. Dessa forma, os sistemas de co-encapsulação propostos nesse trabalho mostraram-se efetivos para a liberação simultânea dos fármacos, com diferentes cinéticas de liberação. Este estudo abre novas possibilidades para o desenvolvimento de sistemas de co-encapsulação e liberação controlada em diversas aplicações, permitindo o controle do tempo de liberação. Co-encapsulation systems are capable of encapsulating two or more bioactive compounds in the same system, with the possibility of simultaneous and independent release and without a possible interaction between them. These systems can be prepared from natural materials, such as biopolymers, which make them biodegradable and biocompatible with a wide variety of cells and tissues. Systems for the encapsulation and controlled release of bioactive compounds are of interest for biomedical and pharmaceutical applications due to their ability to protect and gradually release the encapsulated compounds over long periods of time. Thus, the objective of this work was to develop biopolymer systems for co-encapsulation and controlled release of gentamicin and bupivacaine hydrochloride. Therefore, alginate microparticles containing encapsulated gentamicin were incorporated into gellan gum/collagen hydrogels containing bupivacaine. Alginate, gellan gum and collagen concentrations were fixed at 3%, 0.95% and 0.05% (w/v), respectively, and the amount of microparticles was varied (0, 0.5; 2.5; 5; 25 and 50% w/v microparticles in the hydrogel) for the different systems studied. The systems were characterized by scanning electron microscopy, mechanical and rheological properties, thermal analysis and drug release kinetics. The results indicated that the incorporation of microparticles modified the properties of the hydrogels and the addition of the highest concentration of particles (50% w/v) made the hydrogels harder and less deformable in relation to hydrogels without or with a smaller amount of microparticles. The drug release curves reached the equilibrium in approximately 200 minutes. Furthermore, the addition of microparticles delayed the release of gentamicin compared to hydrogels without microparticles but did not affect the release of bupivacaine. Thus, the co-encapsulation systems proposed in this work are highly effective for the simultaneous release of drugs, with different release kinetics. This study opens new possibilities for the development of co-encapsulation and controlled release systems in several applications, allowing the control of release time.

A variety of hydrogels, which correspond to a class of highly hydrated polymeric materials, are being used as biomaterials. In particular, chitosan hydrogels stand out for being an adhesive matrix that presents antibacterial, osteogenic and non-toxic properties. And they are able to retain, release and deliver therapeutic agents at the application site. The production of chitosan-based hydrogels has been achieved by mixing chitosan solutions with crosslinking agents or charged polymers under specific reaction conditions. The most commonly used reagent is glutaraldehyde, however, it has high cytotoxicity, and therefore, it has been replaced by less toxic and biologically safe crosslinkers, such as genipin, a natural reagent. Therefore, the objective of this work was to promote the extraction and purification of genipin in solid form from green fruits of Jenipapo, carrying out its identification through thin layer chromatography (TLC), mass spectrometry, infrared spectroscopy with transform Fourier test (FTIR) and quantification by gravimetric analysis. And the production of chitosan hydrogels using the obtained genipin as a crosslinking agent. The samples obtained were characterized by water absorption, Differential Scanning Calorimetry (DSC), FTIR and Rheology. The extracted genipin showed 0.47% extractive yield, while the hydrogels produced with 3% genipin showed a characteristic profile of a polymeric gel. Se están utilizando como biomateriales una variedad de hidrogeles, que corresponden a una clase de materiales poliméricos altamente hidratados. En particular, los hidrogeles de quitosano destacan por ser una matriz adhesiva que presenta propiedades antibacterianas, osteogénicas y no tóxicas. Y son capaces de retener, liberar y administrar agentes terapéuticos en el sitio de aplicación. La producción de hidrogeles a base de quitosano se ha logrado mezclando soluciones de quitosano con agentes reticulantes o polímeros cargados en condiciones de reacción específicas. El reactivo más comúnmente utilizado es el glutaraldehído, sin embargo, tiene una alta citotoxicidad y, por lo tanto, ha sido reemplazado por reticulantes menos tóxicos y biológicamente seguros, como el genipin, un reactivo natural. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue promover la extracción y purificación de genipina en forma sólida a partir de frutos verdes de Jenipapo, realizando su identificación mediante cromatografía en capa fina (TLC), espectrometría de masas, espectroscopia infrarroja con transformada prueba de Fourier (FTIR) y cuantificación mediante análisis gravimétrico. Y la producción de hidrogeles de quitosano utilizando la genipina obtenida como reticulante. Las muestras obtenidas se caracterizaron por absorción de agua, Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), FTIR y Reología. La genipina extraída mostró un rendimiento extractivo del 0,47%, mientras que los hidrogeles producidos con genipina al 3% mostraron un perfil característico de un gel polimérico. Uma variedade de hidrogéis, que correspondem a uma classe de materiais poliméricos altamente hidratados, estão sendo empregados como biomateriais. De modo particular, hidrogéis de quitosana, destaca-se por ser uma matriz adesiva que apresenta, propriedades antibacterianas, osteogênicas e não toxidade. E são capazes de reter, liberar e distribuir agentes terapêuticos no local de aplicação. A produção de hidrogéis à base de quitosana tem sido alcançada por meio da mistura de soluções de quitosana com agentes reticulantes ou polímeros carregados sob condições de reações específicas. O reagente mais comumente utilizado é o glutaraldeído, no entanto, apresenta elevada citotoxicidade, e por isso, vem sendo substituídos por reticulantes menos tóxicos, e biologicamente seguros, a exemplo da genipina, um reagente natural. Portanto, o objetivo deste trabalho foi promover a extração e purificação da genipina na forma sólida a partir de frutos verdes de Jenipapo, realizando sua identificação por meio de cromatografia de camada delgada (CCD), espectrometria de massa, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e quantificação por análise gravimétrica. E a produção de hidrogéis de quitosana usando a genipina obtida, como agente reticulante. As amostras obtidas, foram caracterizadas por absorção de água, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), FTIR e Reologia. A genipina extraída apresentou 0,47% de rendimento extrativo, enquanto os hidrogéis produzidos com 3% de genipina apresentaram um perfil característico de gel polimérico.

Tese de Doutoramento em Engenharia de Tecidos, Medicina Regenerativa e Células Estaminais, Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disorder that affects 450 million people worldwide, being the sixth most common cause of death. Therefore, it is crucial to develop new therapeutic strategies and relevant models for diabetes in order to accelerate the discovery of new treatments. In this perspective, marine origin polymers represent a relatively untapped source that can be used in the creation of platforms/models to attend these needs. Algae, for instance, synthesize sulfated polysaccharides with several bioactivity properties, which added to their structural role, open new avenues in biomaterials research. The main focus of this thesis consists in the demonstration of the potential of fucoidan on the development of therapeutic approaches for diabetes mellitus treatment. Fucoidan (Fu) is an underexploited sulfated polysaccharide extracted from brown algae, which has interesting chemical and biological properties. The major obstacle for using fucoidan on polymeric devices for biomedical applications is the higher solubility in water. In order to control the solubility of fucoidan in water and increase its processability, a chemical modification was studied, a methacrylation reaction, enabling its further gelation by photocrosslinking. Quasi-spherical hydrogel particles were thus prepared, supporting the culture of human pancreatic cells (1.1B4HP), as well as the sustained delivery of insulin. Moreover, alternative methodologies based in blends of fucoidan with other natural/synthetic polymers were also explored. In particular, attention was given to agarose, with attractive gelling properties mediated by temperature. The properties of the resulting hydrogel were assessed, envisaging its use on the encapsulation of pancreatic cells (1.1B4HP cells) as a system to protect those cells from the host immune system. As pancreatic cells and islets are highly vascularized, a platform device was developed based on fibrous meshes of PCL/fucoidan using airbrush technique, with capacity to promote angiogenesis. Additionally, the anti-oxidant effect of fucoidan on beta cells was also assessed, enabling to protect those cells from oxidative stress. This fucoidan was combined with alginate, developing hydrogels capable to support the encapsulation of pancreatic cells and islets with insulin secretion responsive to glucose concentration in medium. Altogether the results obtained under the scope of this thesis gave interesting insights on the use of the new fucoidan-based structures as functional biomaterials with a potential pivotal role for diabetes treatment., A diabetes mellitus (DM) é um distúrbio metabólico que afeta cerca de 450 milhões de pessoas em todo o mundo, sendo a sexta causa de morte. Por conseguinte, é crucial desenvolver novas estratégias/modelos terapêuticos para a diabetes levando à descoberta de novos tratamentos. Nesta perspetiva, os polímeros de origem marinha representam uma fonte relativamente inexplorada que pode ser usada na criação de plataformas/modelos para atender a essas necessidades. As algas, são um exemplo, porque sintetizam uma grande variedade de polímeros e compostos mais pequenos com várias propriedades bioativas. O foco principal desta tese consiste na demonstração do potencial do fucoidan no desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas desenvolvidas para o tratamento da diabetes mellitus. Fucoidan (Fu) é um polissacarídeo sulfatado extraído de algas castanhas, com propriedades químicas e biológicas interessantes sendo pouco explorado. O principal obstáculo para o uso de fucoidan em dispositivos poliméricos para aplicações biomédicas é ser bastante solúvel em água. Para controlar a solubilidade do Fu na água e aumentar sua processabilidade, foi estudada uma modificação química, uma reação de metacrilação, permitindo a sua gelificação através da foto reticulação. Desta forma, foram preparadas partículas quase-esféricas, permitindo o contacto direto com células pancreáticas humanas (1.1B4HPcélulas) bem como o encapsulamento/libertação de insulina foram abordados. Além disso, metodologias alternativas baseadas em misturas do Fu com outros polímeros naturais/sintéticos também foram exploradas. A agarose teve uma atenção particular, com propriedades gelificantes atrativas dependentes da temperatura. As propriedades do hidrogel resultante foram avaliadas, antevendo a sua utilização no encapsulamento de 1.1B4HP células, para proteger essas células do sistema imunitário do hospedeiro. Como as células pancreáticas e as ilhotas Langerhans são altamente vascularizadas, foi desenvolvido um bicomposito de nanofibras PCL/Fu usando uma técnica de aerografia, esse dispositivo/plataforma tinha a capacidade de promover a angiogênese. O efeito antioxidante do fucoidan nas células beta também foi avaliado, permitindo proteger as células do stress oxidativo. Hidrogéis de fucoidan e alginato foram desenvolvidos, sendo capazes de suportar o encapsulamento das ilhotas Langerhans e promover a secreção à insulina em resposta à concentração de glucose presente no meio. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta tese foram interessantes e promissores, demonstraram a capacidade do fucoidan a ser usado como base em estruturas e mecanismos que poderão ser fundamentais para o tratamento da diabetes., The authors especially acknowledge financial support from the Portuguese Foundation for Science FCT (Grant SFRH/BD/112139/2015), PTDC/CTM-CTM//29813/2017 with support from Fundo Social Europeu and the Programa Operacional de Potencial Humano and the research project EXPL/MAR BIO/0165/2013, from European Union with co-funding of INTERREG POCTEP projects 0330- IBEROMARE_1_P and 0687_NOVOMAR_1_P INTERREG Espanha Portugal 2014-2020 project 0302_CVMAR_I_1_P and Atlantic Area project 2011/1/164 MARMED, through ERDF as well as from Northern Portugal Regional Operational Programme (NORTE 2020), under the Portugal 2020 Partnership Agreement, through Structured projects NORTE-01-0145-FEDER-000021 and NORTE-01-0145-FEDER-000023.

Orientadores: Mary Ann Foglio, João Ernesto de Carvalho, Rodney Alexandre Ferreira Rodrigues Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba Resumo: A espécie Arrabidaea chica, conhecida como crajiru, faz parte da relação nacional de plantas medicinais de interesse ao SUS. Estudos desenvolvidos no CPQBA-UNICAMP comprovaram que o extrato bruto de A. chica possui ação cicatrizante, antiulcerogênica e antioxidante. Este trabalho teve como objetivo delinear e avaliar sistemas farmacêuticos contendo o extrato padronizado de A. chica, para o tratamento de lesões de pele e mucosa. Foram obtidas nanopartículas de quitosana pelo método de reticulação. Dentre os parâmetros avaliados estipulou-se como melhores condições para produção de nanopartículas o emprego do tripolifosfato como reticulante nas proporções de 1:5 (massa) e 1:10 (volume) em relação a quitosana. Para as aplicações tópicas, as nanopartículas de A. chica foram veiculadas em esponjas, filmes absorvíveis de álcool polivinílico ou hidrogéis de ácido hialurônico. Estudos in vitro utilizando fibroblastos humanos demonstraram a atividade das nanopartículas de A. chica na proliferação e migração celular. Estudos in vivo empregando ratos e hamsters forneceram parâmetros para padronização de modelos de mucosite gastrointestinal e oral, respectivamente. A atividade das nanopartículas em úlceras de mucosa foi evidenciada nos modelos de úlcera gástrica induzidas por etanol ou indometacina, com redução das lesões ulcerativas de 76% e 58%, respectivamente, quando comparadas ao grupo controle negativo. O efeito cicatrizante de filmes absorvíveis ou hidrogéis incorporados com as nanopartículas de A. chica foram avaliados em modelo de úlcera dérmica em ratos. A contração da área da ferida chegou a 79% nos animais tratados com os filmes carregados com 0,5 mg de nanopartículas e 85% de contração nos animais que receberam hidrogéis contendo 1,5 mg de nanopartículas. Os resultados demonstraram que a produção de nanopartículas de A. chica e dos sistemas de transporte foi viável, caracterizando-se como uma alternativa válida para a veiculação do extrato de A. chica, além de propiciar a redução da dose necessária para a atividade Abstract: Arrabidaea chica, known as crajiru, is part of the national Unified Health System from Brazil (SUS) list of medicinal plants of interest. Studies conducted at CPQBA- UNICAMP showed that the species demonstrated wound healing, antiulcerogenic and antioxidant properties. This study aimed the evaluation of pharmaceutical systems employing standardized extract for treatment of skin and mucosal wounds. Chitosan nanoparticles were obtained using the crosslink method. The protocol that showed best conditions to produce nanoparticles, among those tested, used tripolyphosphate as a cross-linker, in 1:5 (mass) and 1:10 (volume) proportions compared to chitosan. For topical applications, A. chica nanoparticles were incorporated into sponges, polyvinyl alcohol absorbable films or hyaluronic acid hydrogels. In vitro studies with human fibroblasts showed the activity of A. chica nanoparticles in cell proliferation and migration. In vivo studies with rats and hamsters provided the standardization parameters for gastrointestinal and mucositis models respectively. A chica nanoparticles demonstrated inhibition of mucosal ulcerations of gastric ulcer induced by ethanol or indomethacin models, improving ulcerative wound healing by 76% and by 58% respectively, in comparison to negative control groups. Those same samples incorporated into absorbable films or hydrogels were evaluated on wound healing activity using a rat dermal ulcer model. Animals treated with loaded films with 0.5 mg of nanoparticles achieved 79% in wound area contraction, whereas animals receiving hydrogels containing 1.5 mg of nanoparticles achieved 85%. These results showed that the production of A. chica nanoparticles and transport systems were practicable, demonstrating to be a valid alternative for incorporation of A. chica extracts, allowing decrease of the required dose to achieve the desired effect Doutorado Farmacologia, Anestesiologia e Terapêutica Doutora em Odontologia

Orientador: Eliana Aparecida de Rezende Duek Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A ciência dos biomateriais é uma área de conhecimento multidisciplinar e amplamente utilizada para recuperar e/ou restaurar a função de um órgão danificado. Dentre as aplicações atuais dos biomateriais, a utilização de polímeros biorreabsorvíveis como arcabouço para cultura de células tem se destacado como uma terapia alternativa no tratamento de lesões e perda de tecidos como a que ocorre durante o infarto do miocárdio. Células-tronco Embrionárias (ESCs) oferecem um grande potencial terapêutico para o tecido cardíaco. Neste estudo, foi avaliado a interação das ESCs com o poli L-co-D,L ácido lático-co-trimetileno carbonato (PLDLA-co-TMC) e o Hidrogel de poli(NIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC) na diferenciação de células-tronco embrionárias de camundongos (mESC) em cardiomiócitos por qPCR e Imunofluorescência, assim como, a caracterização destes materiais por meio das técnicas de MEV, DSC, GPC, TGA, Ensaio Mecânico de Tração e Ensaio de Toxicidade. Através dos resultados obtidos, foi verificado que, as unidades de TMC adicionadas ao PLDLA influenciaram nas propriedades do material, proporcionando maior flexibilidade ao biopolímero. O PLDLA-co-TMC apresentou perda de massa, acompanhada da redução das propriedades mecânicas ao longo do processo de degradação hidrolítica. Enquanto o Hidrogel se apresentou como um material injetável com baixo tempo de gelificação e sua caracterização térmica por DSC evidenciou o comportamento típico dos hidrogéis: LCST (temperatura de transformação de fase), responsável pelas características termossensíveis do material. Os ensaios de cultivo e diferenciação de mESC em cardiomiócitos sobre o Hidrogel e as membranas de PLDLA-co-TMC, que representam o principal objetivo deste trabalho, asseguraram a citocompatibilidade destes polímeros, além de evidenciarem que não apresentam toxicidade às células onde foram cultivadas pois permitiram a adesão e proliferação das células-tronco, assim como, a diferenciação das células-tronco embrionárias de camundongo em cardiomiócitos, sugerindo que ambos os polímeros são aceitáveis para terapia regenerativa cardíaca sendo recomendados para o uso na engenharia tecidual Abstract: The biomaterial science is a multidisciplinary field of knowledge and widely used to recover and/or restore the function of a damaged organ. Among the current biomaterial applications, the use of bioabsorbable polymers as cell scaffold has been considered as an alternative therapy in the treatment of injuries and tissue loss, such as during myocardial infarct. Embryonic stem cells (ESC) provide a great therapeutic potential for cardiac tissue. In this study, was assessed the mESC interaction with the poly L-co-D,L lactic acid-co-trimethylene carbonate (PLDLA-co-TMC) and the Hydrogel of poly(NIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC), in the differentiation of mouse embryonic stem cells (mESC) into cardiomyocytes throughout qPCR and Immunofluorescence analysis, as well as the characterization of these materials by means of SEM, DSC, GPC, TGA, Tensile Mechanical Test and Toxicity Test techniques. From the obtained results, it was verified that the TMC elements added to PLDLA influenced the material proprieties, providing greater flexibility to the biopolymer. The scaffolds showed weight loss, accompanied by the reduction of mechanical proprieties throughout the hydrolytic degradation process. Meanwhile, the Hydrogel showed itself as an injectable material with low jellification time and its thermal characterization by DSC showed the typical behavior of hydrogels: LCST (Lower Critical Solution Temperature), accountable for the thermoresponsive characteristic of the material. The cell growth and mESC differentiation assays into Hydrogel and membranes of PLDLA-co-TMC, which represent the main objective of this study, ensure cytocompatibility of these polymers, also evidence that they show no toxicity to the cells which they were grown, allowing adhesion and cell proliferation, as well as the embryonic stem cell differentiation into cardiomyocytes, suggesting that both polymers are acceptable for regenerative cardiac therapy and recommended for use in tissue engineering Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 17781/12-4

Orientadores: Michelle Franz Montan Braga Leite, Maria Cristina Volpato Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba Resumo: Anestésicos tópicos são comumente aplicados na mucosa oral para redução ou prevenção da dor durante a realização de procedimentos médicos ou odontológicos, porém não há um anestésico tópico ideal para uso em mucosa oral com eficácia garantida na maioria dos casos, em baixas concentrações e com baixo tempo de latência. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar hidrogéis à base de Carbopol® Ultrez 10 contendo os anestésicos locais lidocaína e prilocaína (5%) encapsulados (CNLP) em nanocápsulas de poli (?-caprolactona) (PCL) ou não (CLP) para uso tópico na mucosa oral. As nanocápsulas em suspensão foram caracterizadas em termos de tamanho, índice de polidispersão (PDI), carga superficial (potencial zeta-ZP), análise de rastreamento da partícula (NTA), estabilidade físico-química, análise estrutural, eficiência de encapsulação (EE%) e cinética de liberação in vitro. As formulações semissólidas foram submetidas à análise reológica, propriedades mecânicas (dureza, compressibilidade, coesividade e adesividade), estabilidade acelerada, cinética liberação in vitro, avaliação da capacidade mucoadesiva in vitro (força de destacamento) citotoxicidade em cultura de células HaCat e FGH, e capacidade de permeação in vitro através do epitélio de mucosa jugal e palatina. As formulações foram avaliadas quanto à eficácia anestésica tópica em ratos Wistar, em modelo de tail-flick. As nanocápsulas desenvolvidas apresentaram tamanho de aproximadamente de 400 nm, PDI ? 0.262, ZP -20 a -25 mV, contendo 2.9x1012 part./mL avaliado pelo método NTA, com estabilidade físico-química durante 180 dias. As nanocápsulas apresentaram altos níveis de encapsulação tanto da lidocaína quanto da prilocaína (83% e 72%, respectivamente) e apresentaram cinética de liberação com modelagem matemática semi-empírica (Korsmeyer-Peppas, R2 ? 0,985; LDC n = 0.82, PLC n = 0.72). As formulações de hidrogéis apresentaram fluxo pseudoplástico não-newtoniano, característicos de géis, além de boas propriedades mecânicas, capacidade mucoadesiva e estável por 6 meses. As formulações apresentaram menor citotoxicidade nas células avaliadas em relação à formulação comercial (EMLA®), e apresentaram menor fluxo de permeação dos anestésicos locais através dos epitélios de mucosa oral. Além disso, a formulação de anestésicos locais encapsulados apresentou melhor eficácia anestésica tópica em relação ao EMLA. Em conclusão, o presente estudo desenvolveu uma formulação semissólida para liberação sustentada de anestésicos locais para uso em mucosa oral com boas propriedades mecânicas, estável, mucoadesivo e com boa eficácia e duração anestésica in vivo, sendo um potencial candidato para futuros testes em humanos. Esses dados abrem perspectivas para uma melhora na qualidade da anestesia tópica Abstract: Topical anesthetics are commonly applied to the oral mucosa for reduction or prevention of pain during medical or dental procedures, but there is no topical anesthetic ideal for use in oral mucosa with efficacy guaranteed in most cases in low concentrations and with low time latency. The objective of the present work was to develop and evaluate Carbopol-based hydrogels containing local anesthetics lidocaine and prilocaine (5%) encapsulated (CNLP) or not (CLP) in poly (?-caprolactone) (PCL) nanocapsules for topical use in Oral mucosa. The suspension nanocapsules were characterized in terms of size, polydispersity index (PDI), surface charge (zeta-ZP potential), particle tracking analysis (NTA), physicochemical stability, structural analysis, encapsulation efficiency) and in vitro release kinetics. Semi-solid formulations were submitted to rheological analysis, mechanical properties (hardness, compressibility, cohesiveness and adhesiveness), accelerated stability, in vitro release kinetics, in vitro mucoadhesive capacity (posting strength) cytotoxicity in HaCat and HGF cell culture, and capacity of in vitro permeation through the epithelium of jugal mucosa and palatine. The formulations were evaluated for topical anesthetic efficacy in rats. The nanocapsules developed had a size of approximately 400 nm, PDI ? 0.262, ZP -20 a -25 mV, containing 2.9x1012 part./mL evaluated by the NTA method, with physico-chemical stability for 180 days. The nanocapsules had high levels of encapsulation of both lidocaine and prilocaine (83% and 72%, respectively) and presented a semi-empirical release mechanism (Korsmeyer-Peppas, R2 ? 0.985). The hydrogel formulations showed a non-Newtonian pseudoplastic flow, characteristic of a semisolid pharmaceutical form, besides good mechanical properties, mucoadhesive capacity and stable for 6 months. The formulations had lower cytotoxicity in the cells evaluated in relation to the commercial formulation (EMLA®), and presented lower permeation flux of the local anesthetics through oral mucosa epithelia. In addition, the formulation of encapsulated local anesthetics presented better anesthetic efficacy than EMLA. In conclusion, the present study developed a semi-solid formulation for sustained release of local anesthetics for use in oral mucosa with good mechanical properties, stable, mucoadhesive and with good efficacy and in vivo anesthetic duration, being a potential candidate for future human trials. These data open perspectives for an improvement in the quality of topical anesthesia Doutorado Farmacologia, Anestesiologia e Terapêutica Doutor em Odontologia FAPESP 2012/06974-4, 2013/22326-5 CAPES

Orientadores: Inez Valéria Pagotto Yoshida, Celso Aparecido Bertran Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Neste trabalho, foram preparados diferentes hidrogéis constituídos à base de quitosana (CN) de alta massa molar e hidroxiapatita (HA), esta última obtida por mineralização in situ, todos com razão fase orgânica/inorgânica próxima de 60:40, em massa, similar à média do tecido ósseo. Nas preparações utilizou-se também a razão Ca/P=1,67, semelhante à da hidroxiapatita biológica. Para alguns hidrogéis adicionou-se uma quantidade de Si (como precursor solúvel de SiO2) próxima à encontrada nos ossos. Após a secagem dos hidrogéis, os materiais resultantes foram caracterizados por espectroscopia infravermelho, ressonância magnética nuclear de P, difração de raios X, termogravimetria, microscopias óptica e eletrônica de varredura. Foram efetuadas análises elementares de Ca e Si (por espectroscopia de absorção atômica) e de P (por espectrocolorimetria). A bioatividade dos hidrogéis foi avaliada pela imersão em solução denominada fluído corpóreo simulado (SBF), monitorando-se a formação de hidroxiapatita. Testes in vitro de viabilidade celular utilizando-se os seguintes procedimentos: redução do MTT; adesão e proliferação celular pela incorporação de cristal violeta; avaliação da expressão e dos níveis de fosforilação de proteínas por immunoblotting e diferenciação celular pela dosagem de fosfatase alcalina foram efetuados com os hidrogéis para a avaliação do seu potencial como biomaterial. Os resultados permitiram avaliar citotoxidade, adesão e proliferação de células, expressão das proteínas cdk4/cdk6/ciclinaD1/ciclinaD3 e atividade enzimática. O teste de bioatividade em SBF mostrou que os hidrogéis são bioativos devido à nucleação de HA. Os hidrogéis CNHA (formado por CN e HA) e CNHAO (formado por CN, HA e Q8-) não apresentaram toxicidade celular in vitro, mostrando resultados bastante significativos de adesão e proliferação de células pré-osteoblastos. Estes hidrogéis demonstraram também características favoráveis para o seu emprego como biomaterial, sugerindo potencial para o uso como scaffolds em engenharia de tecido ósseo Abstract: In this study, different hydrogels based on high molecular mass chitosan (CN) and hydroxyapatite (HA) were prepared, this last component obtained by the in situ mineralization, all with an organic/inorganic ratio of 60:40 (w/w), similar to the average composition of the bone tissue.These hydrogels were prepared with the Ca/P ratio = 1.67, similar to the biological hydroxyapatite. For some hydrogels an amount of Si (as SiO2 soluble precursor), close to that found in the bones, was added. Dry hydrogels were characterized by infrared spectrum, P nuclear magnetic resonance, X-ray diffraction, thermogravimetry, optical and scanning electron microscopies. The amount of Ca and Si incorporated in the materials was determined by atomic absorption spectroscopy, while the P content was determined by spectrocolorimetry. The bioactivity of the hydrogels was evaluated by immersion in a simulated body fluid (SBF), monitoring the hydroxyapatite formation. The assessment of the hydrogel potential as a biomaterial was performed with in vitro tests of cell viability, corried out by the following procedures: MTT reduction; cell adhesion and proliferation, by the incorporation of violet crystal; evaluating the expression and phosphorylation levels of proteins, by immunoblotting; and cell differentiation, by measuring the level of alkaline phosphatase. The results allowed evaluating the cytotoxicity, adhesion and proliferation of cells, expression of cdk4/cdk6/ciclinaD1/ciclinaD3 proteins and the enzymatic activity. The test of bioactivity in SBF showed that the hydrogels are bioactive due to the nucleation of HA, uniformly dispersed on their surface. The CNHA (composed by CN e HA) e CNHAO (composed by CN, HA e Q8-) hydrogels showed no in vitro cellular toxicity, with very significant results of adhesion and proliferation of pre-osteoblast cells. This characteristic was more evident in the rough surface of the hydrogels. These hydrogels also showed favorable characteristics for their use as a biomaterial, due to the easy handling and fractionation/molding, as well as by its nature, topography and morphology, similar to the bone tissue, suggesting potential as scaffolds in the bone tissue engineering Doutorado Química Inorgânica Doutor em Ciências

Orientador: Maria Isabel Felisberti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Híbridos baseados em queratina hidrolisada e funcionalizada com grupos vinílicos e poli(N-Isopropilacrilamida) (PNIPAAm) foram preparados por polimerização radicalar em solução aquosa. A queratina hidrolisada foi previamente funcionalizada com grupos vinílicos, resultantes da reação entre os grupos ácido carboxílicos pendentes na cadeia proteica com o 4-vinil-1-cicloexeno 1,2-epoxido (graus de funcionalização de 50%, 75% e 100%). A polimerização do NIPAAm em presença da queratina funcionalizada, atuando como reticulante, foi conduzida a 60°C por 24 horas, utilizando persulfato de amônia (APS) como iniciador radicalar. Alternativamente empregou-se o sistema ácido ascórbico (AAs) e H2O2 como iniciador e, neste caso, a polimerização foi conduzida a temperatura de 25°C por 24 horas. Os híbridos produzidos a partir das duas rotas de síntese, séria HT e LT, respectivamente, apresentaram alta capacidade de sorção de água em solução, gerando hidrogéis porosos. A polimerização a 60°C resultou em separação de fases devido ao comportamento LCST de solução de PNIPAAm, acarretando em uma menor incorporação da queratina aos híbridos. Os híbridos PNIPAAm/queratina, após lavagem com água e secagem, foram caracterizados com respeito à composição e propriedades térmicas. O intumescimento dos híbridos em água destilada e em soluções aquosa a diferentes pH¿s resultou em hidrogéis com capacidade de intumescimento dependente da temperatura e do pH (termo e pH-responsivos). A temperatura crítica (LCST) para os hidrogéis se manteve na faixa de temperatura entre 30°C ¿ 35°C, similar à soluções aquosas do PNIPAAm. O intumescimento máximo foi a pH 4,75, devido ao balanço de cargas dos grupos amina e ácido carboxílico na rede polimérica. Os hidrogéis apresentaram comportamento viscoelástico, suportando pressão em torno de 3500 Pa. Também apresentaram capacidade de adsorção de íons Cu2+, sendo que os híbridos produzidos a partir de queratinas com menor grau de funcionalização apresentaram maior capacidade de adsorver cátions Cu2+ Abstract: Hybrids based on hydrolyzed with vinyl groups functionalized keratin and poly(N-Isopropylacrylamide) (PNIPAAm) were synthetized by radicalar polymerization in aqueous solutions. Hydrolyzed keratin was previously functionalized with vinyl groups, resulting from the reaction of the carboxylic acid groups pendent of the protein chain with 4-vinyl-1-cyclohexene 1,2-epoxyde (degrees of functionalization of 50%, 75% and 100%). NIPAAm was polymerized in presence of different amount of functionalized keratin as crosslinker and ammonium persulfate as initiator at 60°C and 24 hours. Alternatively ascorbic acid and H2O2 system was used as radical initiator system, and the polymerization was conducted at room temperature for 24 hours. The hybrids produced by these two routes of synthesis, HT and LT series, respectively, presented high water absorption capacity in solution leading porous hydrogels. The polymerization at 60°C resulted in phase separation due to LCST behavior of PNIPAAm solutions, leading to a smaller incorporation of keratin to the hybrids of the HT series. The PNIPAAm/keratin hybrids, after washing with water and drying, were characterized regarding its composition and thermal properties. The swelling of the hybrids in distillated water and in aqueous solutions of different pH¿s resulted in hydrogels with high swelling capacity sensitive to temperature and pH (thermo and pH sensitive). The critical temperature (LCST) of the hydrogels was in the range of temperature between 30°C ¿ 35°C, similar to aqueous solutions of PNIPAAm. The maximum swelling was at pH = 4,75, due to the balance of charges of amine and carboxylic acid groups in the polymer network. The hydrogels showed viscoelastic behavior, supporting a maximum pressure of approximately 3500 Pa. The hydrogels also showed to be capable to adsorb Cu2+ cations, being this capacity higher for hydrogels produced using keratin with lower functionalization degree Mestrado Físico-Química Mestre em Química

Orientador: Marcelo Ganzarolli de Oliveira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Biomateriais poliméricos são usados no carreamento de fármacos e em diversas aplicações médicas. No caso de matrizes mucoaderentes, a liberação tópica de fármacos ocorre diretamente em mucosas, com fácil aplicação e exposição do biomaterial a ambientes fisiológicos menos agressivos. No presente trabalho foram preparados hidrogéis a partir de poli(álcool vinílico) e hidroxipropilmetilcelulose, reticulados com um diácido carboxílico sulfidrilado (ácido mercaptosuccínico, AMS), para a posterior S-nitrosação dos grupos sulfidrila e liberação de óxido nítrico (NO). O perfil de liberação de NO pelo hidrogel foi caracterizado por quimiluminescência. A capacidade de mucoadesão do hidrogel foi avaliada a partir da adsorção de mucina em solução. A reticulação química promovida pela esterificação dos polímeros com AMS foi confirmada pelo deslocamento da banda de carbonila no espectro de infravermelho. O teor de sulfidrilas foi quantificado pelo método colorimétrico de Ellman. A reticulação química impediu a cristalização, elevou a temperatura de transição vítrea e aumentou a resistência mecânica do hidrogel seco. Os hidrogéis apresentaram alto coeficiente de intumescimento, absorvendo até 500% em massa de água em 10 min. O teor de grupos sulfidrila detectado foi de 9,96 ± 0,09 nmol/mg e a carga total de NO liberado foi de 4,42 ± 0,10 nmol/mg. A incorporação de HPMC e de grupos sulfidrila ao material conferiu uma maior capacidade de mucoadesão. A combinação de propriedades mucoaderentes com a liberação espontânea de NO faz deste material um potencial liberador de NO para uso tópico em mucosas Abstract: Polymeric biomaterials are used in drug delivery systems and several medical devices. In case of mucoadhesive matrices, topical release of drugs occurs directly in mucosal tissues, with easy application and exposing the biomaterial to less harmful physiological environments. In this work, poly (vinyl alcohol) and hydroxypropylmethylcellulose hydrogels were prepared with an sulfhydrylated dicarboxylic acid (mercaptosuccinic acid, MSA) as crosslinker, for subsequent S-nitrosation of sulfhydryl groups and nitric oxide (NO) release. The profile of NO release was characterized by chemiluminescence analysis. The mucoadhesion of hydrogels was evaluated by the mucin adsorption The reaction with mercaptosuccinic acid was confirmed by the shift of the carbonyl band in the infrared spectrum. The content of sulfhydryl groups was quantified by Ellman¿s colorimetric method. Chemical crosslinking inhibited the crystallization, increased the glass transition temperature and mechanical properties of the dried hydrogels. The hydrogels showed high swelling degree, absorbing 500% in mass of water in 10 min. The content of sulfhydryl groups detected was 9.96 ± 0.09 nmol/mg. The total load of NO released was 4.42 ± 0.10 nmol/mg. The presence of sulfhydryl groups and the hydroxypropylmethylcellulose increased the mucoadhesive properties of the dried material. The combination of mucoadhesive properties with spontaneous NO release makes this hydrogel a potential material for the topical application of NO on mucous tissues Mestrado Físico-Química Mestre em Química CAPES

Orientador: Eneida de Paula Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Tetracaína (TTC) é um anestésico local do grupo amino-éster potente e de longa duração, usado principalmente para anestesia tópica e bloqueio espinhal. Sua metabolização gera o ácido paraminobenzóico, cuja toxicidade limita o uso da TTC. Os carreadores lipídicos nanoestruturados (CLNs) são sistemas de entrega de fármacos, capazes de solubilizar ativos lipofílicos, diminuir a toxicidade e manter o efeito de fármacos no tecido alvo por mais tempo. O hidrogel de poloxamer 407 (PL407) possui propriedades termorreversíveis e bioadesivas de grande importância para prolongar o tempo de residência das formulações. Assim, o presente trabalho objetivou desenvolver e caracterizar CLNs contendo tetracaína encapsulada e, posteriormente, associá-los a hidrogéis termorreversíveis de PL407 para futura aplicação tópica. Os CLNs foram preparados por emulsificação-sonicação, a partir das diferentes combinações lipídicas na razão 70:30: palmitato de cetila + dhayKol (triglicerídeos de ácido caprílico e cáprico) (CLN-PC+DK), miristato de miristila + dhaykol (CLN-MM+DK) e palmitato de cetila + transcutol HP (dietilenoglicol monoetil éter) (CLN-PC+TRANS) e 5% de pluronic F68. TTC foi adicionada nas concentrações finais de 2 e 4%. Na caracterização das nanopartículas foram determinados o diâmetro médio (DM), índice de polidispersão (PDI), potencial Zeta (ZP), morfologia, percentual de encapsulação (%EE), pH e estabilidade, perfil de liberação da TTC in vitro e citotoxicidade (em fibroblastos 3T3). Posteriormente géis de PL407 foram preparados e adicionados aos CLN-MM+DK contendo TTC; a reologia da formulação foi caracterizada e o efeito de antinocicepção medido in vivo (teste de tail flick). As nanopartículas apresentaram: DM < 250 nm, PDI < 0,2 e ZP > (-17 mV), morfologia esférica de superfície delimitada, estabilidade física superior a 360 dias e %EE > 60%. A citotoxicidade in vitro da TTC foi reduzida após sua encapsulação (CLN-MM+DK) e ensaios in vitro confirmaram a liberação prolongada da tetracaína a partir dos CLNs, governada pelo mecanismo de difusão e erosão das suas matrizes lipídicas. Os géis apresentaram comportamento reológico não-Newtoniano à e 32 oC e Tgel (-17 mV), spherical and delimited surfaces, physical stability superior to 360 days and %EE > 60%. The intrinsic cytotoxicity of TTC was reduced after encapsulation (CLN-MM+DK); in vitro assays confirmed the prolonged release of tetracaine from CLNs, governed by diffusion and erosion of the lipid matrices. Poloxamer gels showed a non-Newtonian rheology at 32 oC and Tgel

Dissertação de mestrado em Genética Molecular, Silk elastin-like protein (SELP) hydrogels are an example of protein-based materials that have gained interest in the past years for biomedical and biotechnological applications, due to their remarkable properties such as biocompatibility and biodegradability. SELPs are a class of recombinant proteins, typ ically composed of silk-like (GAGAGS) and elastin-like (VPGVG) blocks. In aqueous solutions, some of these polymers demonstrated the ability to self-assemble, through a temperature-mediated process, lead ing to the formation of a hydrogel. The mechanism behind the gelation of SELPs is thought to be driven by a combination of two factors, the crystallization of the silk-like blocks and the thermoresponsive behav iour of the elastin-like blocks, which aggregate and become insoluble after reaching a specific transition temperature (Tt). While several studies report the use of SELP-based hydrogels, the focus is usually on their applicability, lacking insights on the chemical structural and physical properties. Based on this, the main objective of this dissertation was to perform a thorough study on the effect of composition, concen tration and curing temperatures on the physical-chemical properties of SELP-based hydrogels. Three different SELP copolymers with similar molecular weights, namely SELP-59-A, SELP-520- A, and SELP-1020-A, were used, with differences in both the silk-to-elastin ratio and the length of each block. The SELPs used had their elastin block based on the pentamer VPAVG, which is known to confer an acute thermal hysteresis. The obtained results demonstrate the versatility of SELPs for the develop ment of hydrogels, since that, by using only three polymers and by varying their concentrations and cure temperatures, an assortment of different properties was obtained. The thermo-responsive behaviour was shown to be reversible at some extent coupled with an acute hysteresis behaviour, being dependent on both polymer concentration and composition. Formation of non-flowing hydrogels was observed with a dependence on cure temperature (higher temperature resulted in higher gelation rates), polymer compo sition and concentration. The secondary structure of the hydrogels was found to be mainly dependent on cure temperature (increase in temperature resulted in an increase in ordered structures) and on polymer composition. The formation of a defined porous network and particles was also observed, with a depend ence on both polymer composition and concentration as well as on cure temperature. The mechani cal/rheological properties of SELPs were also found to be dependent on the parameters described above., Hidrogéis com base em proteínas semelhantes à seda e elastina (SELPs) têm sido alvo de inte resse para a área biomédica, devido às suas propriedades excecionais de biocompatibilidade e biodegra dabilidade. SELPs são uma classe de proteínas recombinantes, tipicamente compostas por blocos tipo seda (GAGAGS) e tipo-elastina (VPGVG). Em solução aquosa, alguns destes polímeros demonstraram a capacidade de se auto-organizarem (“self-assemble”) e formarem hidrogéis, num processo de gelificação mediado pela temperatura. O mecanismo por detrás do processo de gelificação dos SELPs é atribuído a uma combinação de dois fatores, a cristalização dos blocos de seda e ao comportamento termo-respon sivo dos blocos de elastina, que formam agregados insolúveis acima de uma determinada temperatura de transição (Tt). A grande maioria dos estudos feitos nesta área tem como principal foco a aplicabilidade destes materiais, faltando estudos relativos à caracterização estrutural e física. Assim, esta dissertação teve como principal objetivo avaliar o efeito da composição, concentração e temperatura de cura nas propriedades físico-químicas de hidrogéis de SELPs. Nesta dissertação foram considerados três SELPs diferentes, nomeadamente SELP-59-A, SELP 520-A e SELP-1020-A, que apresentam peso molecular semelhante mas de diferente composição a nível do rácio seda-elastina e do comprimento dos blocos. No caso específico destes co-polímeros, o bloco de elastina consiste no pentâmero VPAVG, o qual é caracterizado por uma histerese térmica aguda quando em solução aquosa. Os resultados obtidos demonstram a versatilidade dos SELPs para o desenvolvi mento de hidrogéis, dado que, utilizando apenas três polímeros e variando apenas concentrações e temperaturas de cura, foi possível obter uma variedade de diferentes propriedades. O comportamento termo-responsivo mostrou ser reversível e associado a um comportamento de histerese aguda, sendo dependente tanto da concentração como da composição do polímero. A formação de hidrogéis não flui dos foi observada, e mostraram dependência da temperatura de cura (temperaturas mais altas resulta ram em taxas de gelificação mais altas) e da composição e concentração do polímero. A estrutura se cundária dos hidrogéis também mostrou ser influenciada principalmente pela temperatura de cura (au mento da temperatura resultou num aumento de estruturas ordenadas) e pela composição do polímero. Foi observada a formação de uma rede porosa definida e de partículas, que dependendeu tanto da composição e concentração do polímero como da temperatura de cura. As propriedades reológicas dos SELPs também demonstraram serem influenciadas pelos parâmetros descritos acima., Este trabalho é financiado por fundos nacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia, I.P., no âmbito do projeto "FunBioPlas - Novel synthetic biocomposites for biomedical devices" com referência ERA-IB-2-6/0004/2014.

Tese de Doutoramento em Engenharia de Tecidos, Medicina Regenerativa e Células Estaminais, The use of hydrogels as platforms for Tissue Engineering and Regenerative Medicine approaches has been growing in the past years. Their resemblance to the natural extracellular matrix, and facility to modify and tailor their final properties are some of the aspects that appeal researchers around the world to use this type of material. Different hydrogel sources have been exploited and processed using different methodologies, resulting in different structures that can be tailored for the intended application. Indeed, cell-material interactions can be adjusted by using distinct hydrogel designs, processing methods or sources. One of the natural materials that has been considered for Tissue Engineering and Regenerative Medicine strategies is gellan gum. This natural polymer has been used for different applications over the last years, on its natural form or after chemical modifications. Among such modifications, gellan gum methacrylation already showed promising results on Tissue Engineering. Nevertheless, the impact of the crosslinking and processing strategies used with the material are still not well established. This thesis aimed to highlight the versatility of this polymer, achieved by using different crosslinking strategies. Ionic crosslinking with calcium chloride, one of the most used methods to prepare gellan gum hydrogels, were firstly considered envisioning bone tissue engineering. Ionic crosslinking was also used to prepare traceable hydrogels, taking advantage of the affinity of methacrylated gellan gum to the divalent paramagnetic manganese ion. The ionic-responsive property of gellan gum allowed a minimally invasive administration of gellan gum in the vicinities of the central nervous system, as well as the desired traceability. At last, a different strategy was used to obtain hydrogels with immunoprotective capabilities, intended to be used on immunoisolation strategies. Polyelectrolyte complexation of gellan gum with poly l-lysine yielded a semipermeable membrane, capable of blocking the passage of the immune cells towards the hydrogel core, where therapeutic cells are encapsulated. Altogether, the different approaches used on the scope of this thesis showed the versatility of methacrylated gellan gum and the importance of carefully chose the crosslinked methodology to prepare hydrogels, as they greatly influence final hydrogel behaviour., O uso de hidrogéis como plataformas para a Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa tem vindo a crescer nos últimos anos. A semelhança com a matriz extracelular natural, assim como a facilidade em modificar e adaptar as suas propriedades finais, são alguns dos fatores que levam à utilização deste tipo de material. Hidrogéis provenientes de diferentes fontes foram já explorados, e processados usando diferentes metodologias, resultando em diferentes estruturas que podem ser personalizadas para a aplicação pretendida. De facto, as interações entre células e materiais podem ser ajustadas usando hidrogéis preparados com diferentes métodos ou formas de processamento. Um dos materiais naturais considerados para as estratégias de Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa é a goma gelana. Este polímero natural tem sido utilizado para diferentes aplicações ao longo dos últimos anos, na sua forma natural ou após modificações químicas. Entre essas modificações, a metacrilação da goma gelana já apresentou resultados promissores em Engenharia de Tecidos. No entanto, o impacto das estratégias de reticulação e processamento usadas no material, ainda não está bem estabelecido. Esta tese teve como objetivo destacar a versatilidade deste polímero, pelo uso de diferentes estratégias de reticulação. Inicialmente, foi considerada a reticulação iónica com cloreto de cálcio, um dos métodos mais utilizados para a preparação de hidrogéis de goma gelana, para aplicação em regeneração óssea. A reticulação iónica foi também usada para preparar hidrogéis rastreáveis, aproveitando a afinidade da goma de gelana metacrilada com o manganês, um ião divalente paramagnético. A reticulação da goma gelana na presença de iões permitiu uma administração minimamente invasiva do material nas proximidades do sistema nervoso central, bem como a rastreabilidade desejada. Finalmente, uma estratégia diferente foi usada para obter hidrogéis com capacidade imunoprotetora, destinados a ser usados como immunoproteção. Complexos de polieletrólitos formados pela interação da goma de gelana com poli-L lisina originaram uma membrana semipermeável, capaz de bloquear a passagem das células do sistema imunitário em direção ao núcleo de hidrogel, onde as células com fins terapêuticos são encapsuladas. Em suma, as diferentes abordagens utilizadas no contexto desta tese mostraram a versatilidade da goma de gelana metacrilada e a importância de escolher cuidadosamente a metodologia de reticulação para preparar hidrogéis, pois estas têm grande influência no comportamento final do hidrogel.

Orientador: Passos, Marcele Fonseca Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Na área dos materiais, um campo em crescente expansão é o desenvolvimento de hidrogéis poliméricos para aplicações biomédicas. Entre a grande classe de hidrogéis poliméricos estudados, o poli 2-hidróxi etil metacrilato (pHEMA) recebe especial atenção, devido a sua biocompatibilidade, alta hidrofilicidade e fácil preparação. Para aplicação como substituinte da cartilagem articular natural em próteses articulares, as quais, normalmente apresentam como principal componente (substrato) o polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), a adesão do sistema (hidrogel - substrato) ainda é um parâmetro a ser avaliado. Modificações adequadas no material e considerações de projeto, no entanto, podem melhorar a aderência do conjunto, via embricamento mecânico. Dentro de um grupo multidisciplinar e em ascensão, Instituto Nacional de C&T em Biofabricação - BIOFABRIS, este projeto, teve como objetivo, desenvolver novos biomateriais, usando técnicas de engenharia para obtenção de dispositivos biomédicos (próteses e órteses ortopédicas). Foi desenvolvida uma tecnologia de biofabricação visando melhorar as propriedades mecânicas dos hidrogéis de pHEMA, bem como obter uma adesão adequada entre este polímero e a superfície articular artificial, a fim de minimizar o desgaste sofrido pelos componentes que constituem os dispositivos ortopédicos, um dos principais fatores que geram sua falência. Usando a técnica de biofabricação, foi possível obter hidrogéis de pHEMA desde a simulação do produto até a caracterização final, para aplicações específicas: cartilagem articular artificial, foco principal da dissertação; e, como cartilagem reconstrutiva, atuando como suporte ao crescimento de células (hidrogéis porosos). A avaliação do mecanismo de polimerização e reticulação do pHEMA, o calor específico e a condutividade térmica da solução do 2-hidróxi etil metacrilato (HEMA) foram obtidos via técnica de Calorimetria Exploratória Diferencial. Tais parâmetros serviram de subsídio para a simulação computacional, a qual permitiu estimar os parâmetros do processo de reticulação do pHEMA, como potência do laser a 30 W e tempo reacional de 120 segundos, na temperatura de 399 K. As propriedades térmicas, como temperatura de transição vítrea e degradação, apresentaram valores similares aos dados encontrados na literatura, na faixa de 109 e 118 ºC, e na faixa de 354 e 376 ºC, respectivamente. Os resultados obtidos do coeficiente de atrito do par tribológico PEUAPM-pHEMA apresentaram valores altos, contudo, a tecnologia de biofabricação desenvolvida neste projeto, mostrou-se uma importante ferramenta para a obtenção de biomateriais para aplicações diversificadas Abstract: In the materials field, a rapidly expanding field is the development of polymeric hydrogels for biomedical applications. Among the large class of polymeric hydrogels studied, poly 2-hydroxy ethyl methacrylate (pHEMA) receives special attention. For application as replacements of natural articular cartilage in articular prostheses, which usually present as a main component (substrate) the polyethylene of ultra high molecular weight (UHMWPE), the adhesion of system (hydrogel - substrate) is still a parameter to be evaluated. Appropriate modifications in the material and design considerations, however, can improve the adhesion of the set by embrication mechanic. Within a multidisciplinary group and on the rise, National Institute of C & T in Biofabrication -BIOFABRIS, this project aims to develop new biomaterials using engineering techniques for obtaining biomedical devices (prostheses and orthoses, orthopedic). It was developed a technology aiming to both improve the mechanical properties of pHEMA hidrogel as well as to obtain proper adhesion between this polymer and the artificial articular surface in order to minimize the wear suffered by the components that constitute the orthopedic devices, one of the main factors that cause bankruptcy. Using the technique of biofabrication was possible to obtain hydrogels pHEMA from the simulation of the product until the final characterization, for specific applications: artificial articular cartilage, the main focus of the dissertation, and as a reconstructive cartilage, acting as a support cell growth (porous hydrogels). The evaluation of the mechanism of polymerization and crosslinking of pHEMA, the specific heat and thermal conductivity of the solution of 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA) were obtained by the technique of Differential Scanning Calorimetry. These parameters served as input to the computer simulation, which allowed to estimate the process parameters of pHEMA crosslinking, such as laser power 30 W and the reaction time of 120 seconds at a temperature of 399 K. The thermal properties and glass transition temperature and degradation, showed values similar to those found in the literature, to know, in the range of 109 and 118 °C, and in the range of 354 and 376 °C, respectively. The obtained results of the friction coefficient for the tribological pair UHMWPE-pHEMA have demonstrated high values, however, the biofabrication technology developed in this project, was important a tool for obtaining biomaterials for different applications Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Helena Andrade Santana Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Neste trabalho foram estudadas as reações de modificação química do ácido hialurônico (AH) com divinilsulfona (DVS) para preparação de géis reticulados e com carbodiimidas para preparação de fosfolipídios derivatizados. A modificação com DVS envolve os grupos hidroxílicos do AH, enquanto a modificação mediada por carbodiimida envolve os grupos carboxílicos do AH e o grupo amina do fosfolipídio. A extensão da reação de reticulação do AH com divinilsulfona (DVS) foi estudada em relação à razão mássica AH/DVS e concentração de NaOH na mistura reacional. O grau de modificação dos géis foi correlacionado com a reologia e a razão de intumescimento (RI). As reações de reticulação foram realizadas com AH de origem bacteriana de massa molar média da ordem de 105 Da. O gel plano preparado com concentrações de AH e NaCl de 3g/100g e em pH alcalino foi submetido a alto cisalhamento para produção de partículas. A reologia desses géis foi estudada em relação ao diâmetro médio das partículas e razão mássica gel/fluido. Um gel com propriedades reológicas semelhantes ao fluido sinovial foi preparado com partículas entre 75 e 100 µm e razão mássica gel/fluido (AH 1g/100g) de 75:25, o qual foi avaliado quanto à sua citotoxicidade em ensaios in vitro. Os resultados mostraram que a concentração de DVS é diretamente proporcional à dureza e à viscoelasticidade do gel, mas inversamente proporcional a RI. Os géis mostraram comportamento não Newtoniano pseudoplástico em toda a faixa de taxa de cisalhamento estudada. Nas medidas oscilatórias, foi observado comportamento característico de géis, com o módulo elástico maior que o viscoso (G'>G"), ambos independentes da frequência. Baseado nos parâmetros reológicos, os géis foram classificados em covalentes e fracos. A alcalinidade da mistura reacional foi inversamente proporcional à viscosidade do meio e à dureza do gel. O tamanho de partícula foi diretamente proporcional à dureza do gel e à viscosidade. O aumento da porcentagem da fase fluida (solução de AH 1% não reticulado) causou redução em G' e G" e nas forças de extrusão. O gel analisado in vitro não apresentou efeitos citotóxicos. O conjugado AH-fosfolipídio foi preparado através da ativação do AH com 1-ethyl-3-[3-dimethyl)aminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDCA) em pH 4,0 e adição do fosfolipídio 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DPPE) em pH 8,6. Os conjugados obtidos foram separados por ultrafiltração e caracterizados por cromatografia em camada delgada, ressonância magnética nuclear de próton, teor de fosfato e AH. A capacidade de incorporação do conjugado em bicamada lipídica foi avaliada através da preparação de lipossomas compostos de lecitina de ovo e DPPE, contendo 5, 10 e 15% do conjugado. Os resultados obtidos indicaram modificação do tamanho, polidispersidade e das propriedades de superfície dos lipossomas preparados com incorporação do conjugado AH DPPE. Esses resultados contribuem para o desenvolvimento de produtos à base de AH, para aplicações nas áreas médica, farmacêutica e de cosméticos Abstract: In this work, it was studied the chemical modification of hyaluronic acid (HA) with divinyl sulfone (DVS) for the preparation of cross-linked hydrogels and with carbodiimides for the preparation of derivatized phospholipids. The modification with DVS involves the hydroxyl groups of HA, while the carbodiimidemediated modification involves the carboxylic groups of HA and the amino group of the phospholipid. The cross-linking reaction of HA with DVS has been studied regarding the HA/DVS mass ratio and NaOH concentration in the reaction mixture. The modification degree of the gels was correlated with their rheological properties and swelling ratios (SR). The crosslinking reactions were performed with bacterial hyaluronic acid of molecular weight around 105 Da. The hydrogels plans prepared with concentrations of HA and NaCl of 3g/100g and at alkaline pH were subjected to high shear to produce particles. The rheology of these hydrogels was studied in relation to the average particle size and gel/fluid mass ratio. A gel with rheological properties similar to synovial fluid was prepared with particles between 75 and 100 micrometres and gel/fluid mass ratio (HA 1g/100g) of 75:25. The cytotoxicity of this gel was evaluated through tests in vitro. The results showed that the DVS concentration was directly proportional to the hardness and viscoelasticity of the hydrogel, but it was inversely proportional to the SR. The hydrogels showed non-Newtonian pseudoplastic behavior in the range of shear rate studied. In the oscillatory measurements, the cross-linked HA hydrogels exhibited characteristic behavior of gels, with the elastic modulus higher than the viscous modulus (G' > G"), both frequency independent. Furthermore, based on the rheological parameters, the gels were classified as covalent and weak. The alkalinity of the reaction mixture was inversely proportional to the viscosity of the medium and to the hardness of the hydrogel. The particle size was directly proportional to the hardness and viscosity of the hydrogel. The increase in the percentage of fluid phase caused a reduction in G' and G" and the extrusion forces. The hydrogel analised in vitro showed no cytotoxic effects. The HA-phospholipid conjugate was prepared through the activation of HA with 1-ethyl-3-[3-dimethyl aminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDCA) at pH 4.0 and addition of the phospholipid 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DPPE) at pH 8.6. The conjugates were separated by ultrafiltration and characterized by thin layer chromatography, proton nuclear magnetic resonance, phosphate and HA content. The incorporation ability of the conjugate into the lipid bilayer was evaluated through the preparation of liposomes composed of egg lecithin and DPPE containing 5, 10 and 15% of the conjugate. The liposomes were characterized by size, polydispersity and zeta potential, and compared with the control (no conjugate). The results indicated modification of the size, polydispersity and surface properties of liposome-conjugates HA-DPPE. These results contribute to the development of HA-based products for applications in medical, pharmaceutical and cosmetic industries Mestrado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Mestre em Engenharia Química

Orientadores: William Dias Belangero, Vanessa Petrilli Bavaresco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: Hidrogel de álcool de polivinil (PVA) foi utilizado como potencial reparador de defeitos osteocondrais da cartilagem articular. A citotoxicidade in vitro foi avaliada com células Vero e células-tronco mesenquimais da medula óssea de ratos Wistar-Kyoto. Para análise in vivo, os implantes foram colocados em defeitos produzidos nos joelhos de ratos Wistar. Após tempos de seguimento de 0, 3, 6, 12 e 24 semanas, as amostras foram analisadas por microscopia óptica convencional, ensaio mecânico de fluência à indentação, espectrometria de fluorescência raio X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados in vitro motraram que o hidrogel de PVA não afetou a atividade metabólica de ambas as células estudadas, nem tampouco a diferenciação osteogênica das células mesenquimais. Atividade da enzima fosfatase alcalina e formação de matriz mineralizada foram identificadas. O PVA implantado não apresentou sinais de desgastes ou qualquer mudança de aspecto quando comparado com o dia do implante. A interface do implante/tecido mostrou a formação e manutenção de tecido conjuntivo denso e osso recém-formado em todos os grupos estudados. Foi observado um aumento no módulo de fluência e concentração de cálcio e fósforo no PVA longo do tempo. O desempenho do higrogel de PVA irradiados e acetalizadas foi considerado satisfatório para a aplicação proposta Abstract: Irradiated and acetalized polyvinyl alcohol (PVA) hydrogel was investigated as a potential material for osteochondral defect repair in articular cartilage. The in vitro cytotoxicity of the material was evaluated with Vero cells and mesenchymal stem cells from bone marrow of Wistar-Kyoto rats. For in vivo analyses, plugs of the material were implanted into defects produced in the knees of male Wistar rats-WH. After follow-up times of 0, 3, 6, 12 and 24 weeks, the samples were analyzed by conventional optical and scanning electron microscopy, X-ray fluorescence spectrometry and submitted to mechanical testing of creep indentation. The in vitro results suggest that the PVA hydrogel did not affect the viability and morphology of any of the cell types studied. The hydrogel affected neither the metabolic activity of both studied cells nor the osteogenic differentiation of the mesenchymal cells. Activity of alkaline phosphatase and mineralized organic matrix formation could be identified. The implanted plugs showed no sign of wear or aspect change. The interface plug/tissue exhibited dense connective tissue and newly formed bone in all groups. It was observed an increase in the creep modulus and in the concentration of calcium and phosphorus in the PVA over time. The performance of the irradiated and acetalized PVA was considered satisfactory for the proposed application Mestrado Fisiopatologia Cirúrgica Mestre em Ciências

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Sistemas de cultura celular tridimensional têm sido usados como métodos alternativos in vitro a fim de melhorar a simulação de condições no organismo vivo. Entre as várias opções de matriz baseadas em scaffold disponíveis para a cultura de células 3D, os hidrogéis, que são redes macromoleculares formadas por polímeros hidrofílicos intumescidos em água ou fluidos biológicos, são altamente promissores devido a sua similaridade com o meio natural. A gelatina metacriloil (GelMA) é um hidrogel fotopolimerizável com potencial para aplicações em engenharia de tecidos, em especial cultivo de células in vitro, auxiliando a formação dos organoides. O GeIMA pode ser utilizado na formação de organoides tumorais como possibilidade de fazer triagem de drogas, imunoterapia e até mesmo descobertas relacionadas ao prognostico. Nesse trabalho foi desenvolvido um dispositivo de GeIMA com diferentes níveis de metacrilação na presença de células RKO AS45-1 (linhagem celular de carcinoma de cólon humano) como possível organoide tumoral, e foram incorporados nanocristais de celulose e óxido de grafeno reduzido ao sistema para auxiliar na melhora das propriedades mecânicas e elétricas desses hidrogéis. A capacidade de intumescimento da GelMA em água mostrou que os hidrogéis com maiores níveis de metacrilação foram mais estáveis em relação à degradação / dissolução. Os resultados mostraram que a presença de nanocristal de celulose (NCC) foi capaz de fornecer estabilidade mecânica aos hidrogéis em frequências mais altas (até 200Hz). Os testes de viabilidade demonstraram que as células RKO AS45-1 foram capazes de ser encapsuladas em hidrogéis. Além desses nanocompósitos, nanofibras de policaprolactona (PCL)/GeIMA também foram incorporadas e melhoraram as propriedades mecânicas dos hidrogéis. Maior número de camadas de nanofibras nos hidrogéis levou a mais elevadas propriedades mecânicas em comparação com hidrogéis com um menor número de camadas, além de contribuírem na adesão e proliferação celular. Os hidrogéis com células encapsuladas após 24 horas de cultura celular mostraram que a taxa de proliferação celular foi maior nos hidrogéis híbridos do que nos hidrogéis GelMA puros. Three-dimensional cell culture systems have been used as an alternative method in vitro to improve the simulation of the living organism. Among the various scaffold-based matrix options available for 3D cell culture, hydrogels, which are macromolecular networks formed by water-swollen hydrophilic polymers or biological fluids, are highly promising because of their similarity to the natural environment. Methacryloyl gelatin (GelMA) is a photopolymerizable hydrogel with potential for tissue engineering applications, in particular cell culture in vitro, helping the formation of organoids. GeIMA can be used in the formation of tumor organoids as a possibility to screen for drugs immunotherapy and even findings related to prognosis. In this work, a GeIMA device was developed with different levels of methacryloil in the presence of RKO cells as a possible tumor organoid, and cellulose nanocrystals and reduced graphene oxide were incorporated into the system to help improve the properties of these hydrogels. The swelling capacity of GelMA in water showed that hydrogels with higher levels of methacrylation were more stable in relation to degradation / dissolution. The results showed that the presence of cellulose nanocrystal (NCC) was able to provide mechanical stability to hydrogels at higher frequencies (up to 200Hz). Cellular viability demonstrated that RKO AS45-1 (colon carcinoma cell line) cells were able to be encapsulated in hydrogels. In addition to these nanocomposites, PCL / GeIMA nanonofibers were also incorporated and improved the mechanical and electrical properties of hydrogels. Higher number of nanofiber layers in hydrogels led to higher mechanical properties than hydrogels with a lower number of layers besides contributing to cell adhesion and proliferation. Hydrogels with encapsulated cells after 24 hours of cell culture showed that the rate of cell proliferation was higher in hybrid hydrogels than in pure GelMA hydrogels

Orientadores: Michelle Franz Montan Braga Leite, Giovana Maria Fioramonti Calixto Balian Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba Resumo: Os hidrogéis (HG) têm sido investigados para a administração tópica de fármacos em mucosa bucal pois apresentam elevado tempo de contato com a mucosa e, assim, aumentam a biodisponibilidade, possibilitando efeito local e sistêmico. Nesse contexto, a avaliação da capacidade mucoadesiva de diferentes HG é essencial para garantir um delineamento racional de sistemas mucoadesivos para via tópica bucal. Assim, o objetivo do presente estudo foi comparar as propriedades mucoadesivas, mecânicas e reológicas de diferentes HG compostos por Carbopol®? 974P (CBP), Quitosana (QUIT), Hidroxietilcelulose de Sódio (HEC), Carboximetilcelulose de Sódio (CMC), Goma Xantana (GX), Ácido Hialurônico (AH), Alginato de Sódio (AS) e Policarbofil (PCB) a 5%, comumente empregados no desenvolvimento de formulações para uso bucal. Como objetivos secundários, este estudo otimizou a condição experimental que resultou em maior capacidade mucoadesiva in vitro utilizando um analisador de textura (TA.XT Plus), além de fornecer valores de referência das variáveis dependentes força máxima mucoadesiva (Fmax) e trabalho de mucoadesão (Tmuc), que podem ser afetados pela força de contato (F), tempo de contato (T) e/ou velocidade da sonda (V), variáveis independentes ajustadas no equipamento, dificultando a comparação entre formulações de diferentes estudos. A padronização da metodologia para o ensaio de mucoadesão envolveu um planejamento estatístico fatorial 2³ (8 variáveis experimentais e 1 triplicata na condição central pré-determinada: F = 0,5 N, V = 1 mm/s, T = 30 s). Utilizou-se uma formulação comercial e mucosa jugal suína fresca como substrato. F = 0,552 N, T= 10 s e V= 2 mm/s garantiram a máxima capacidade mucoadesiva da formulação com valores de referência de 0,170 N para Fmax e 0,659 N.s para Tmuc, sendo, então, as condições estabelecidas para a avaliação da capacidade mucoadesiva dos HG. Os parâmetros mecânicos: dureza (facilidade de remoção da embalagem), compressibilidade (facilidade de espalhabilidade), adesividade (força de atração) e coesividade (estabilidade da formulação), utilizando TA.XT Plus no modo TPA (Texture Profile Analysis) e o comportamento reológico de fluxo e oscilatório foram avaliados. O hidrogel de CBP apresentou o maior Tmuc em relação ao valor de referência, podendo ser considerado o hidrogel mais mucoadesivo para incorporação em fármacos para administração tópica bucal, além de ter apresentado o maior valor de adesividade (Kruskal-Wallis, p

Orientadores: Eneida de Paula, Lígia Nunes de Morais Ribeiro Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O melanoma é o carcinoma de pele mais agressivo. A nanotecnologia traz novas opções terapêuticas para seu tratamento, considerando a baixa resposta e resistência à quimioterapia das células do melanoma. Carreadores lipídicos nanoestruturados (NLC) são sistemas de entrega ideais para encapsular fármacos hidrofóbicos, como o antineoplásico docetaxel (DTX). Adicionalmente, a adsorção dos NLC em hidrogéis produz um sistema híbrido adequado para aplicação tópica. Além disso, hidrogéis formados por biopolímeros naturais como xantana e quitosana estimulam a cicatrização de feridas e possuem propriedades bactericidas e antifúngicas intrínsecas. Neste trabalho desenvolvemos por planejamento fatorial uma formulação (NLCDTX) posteriormente incorporada em hidrogel de xantana-quitosana contendo lidocaína (LDC) com atividade anticâncer e anestésica. NLCDTX mostrou excelentes propriedades físico-químicas (tamanho = 211,5 nm; polidispersão = 0,149; potencial zeta = - 21,0 mV; 1013 nanopartículas/mL e estabilidade de 12 meses) e grande (96,0%) eficiência de encapsulação de DTX. Na caracterização do hidrogel híbrido, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou superfície rugosa, enquanto a análise reológica revelou as propriedades viscoelásticas inerentes do hidrogel. A ação farmacológica da nova formulação foi testada in vitro e in vivo em comparação com docetaxel comercial trihidratado (DTXT-HYD). Ensaios in vitro em fibroblastos murinos (NIH/3T3), melanomas murino (B16-F10) e humano (SK-MEL-103) e queratinócitos humanos (HaCaT) revelaram que as formulações controle (NLCCTRL e HGelCTRL) não foram citotóxicas. Nestas células, houve redução da citotoxicidade do DTX após encapsulação nas nanopartículas, em suspensão (NLCDTX) ou no hidrogel híbrido (HGel-NLCDTX). De modo geral, os resultados mostraram redução da viabilidade celular de células tumorais (B16-F10 e SK-MEL-103) e não tumorais (NIH/3T3 e HaCaT), com resposta tempo-dose dependentes em até 72h de tratamento. A adição de LDC ao sistema híbrido (HGel-NLCDTX-LDC) aumentou a citotoxicidade. Nos testes in vivo, em camundongos C57BL/6 com melanoma induzido por modelo ortotópico com células B16-F10, os tratamentos por via tópica (TP) utilizando os hidrogéis reduziram o crescimento tumoral em comparação ao grupo controle-positivo, com taxa de inibição aproximada de 62,73% (HGel-LDC) e 58,67% (HGel-NLCDTX-LDC) do volume tumoral. Já os tratamentos por via intratumoral (IT) se mostraram mais eficazes na redução do melanoma, com taxas de inibição do volume tumoral de 94,95% para DTXT-HYD IT; 73,80% para LDC IT; 97,92% para NLCDTX IT; 97,17% para NLCDTX + LDC IT; 96,97% para NLCDTX IT + HGel-LDC TP e 86,43% para HGel-NLCDTX-LDC IT. A avaliação geral terapêutica considerou ainda a taxa do volume metabólico do tumor e a glicólise total da lesão (por micro-PET/CT), efeitos adversos (análise bioquímica e morfológica do tumor, fígado, baço, rins, pulmão) e taxa de sobrevida – e permitiu concluir que os tratamentos utilizando NLCDTX + LDC IT e NLCDTX IT + HGel-LDC TP apresentaram os melhores efeitos terapêuticos, com eficácia próxima ou superior à formulação comercial (DTXT-HYD), sem efeitos adversos evidentes e com 100 % de taxa de sobrevida. A atividade anestésica do sistema híbrido foi comprovada. Esses resultados endossam tais sistemas como formulações promissoras para o tratamento do melanoma e demonstram o duplo efeito terapêutico da lidocaína (como anestésico e antineoplásico) Abstract: Melanoma is the most aggressive skin carcinoma. Considering the low response and resistance to chemotherapy of melanoma cells, nanotechnology brings new therapeutic options for its treatment. Nanostructured lipid carriers (NLC) are ideal drug-delivery systems to encapsulate hydrophobic drugs, such as the anticancer docetaxel (DTX). Further adsorption of NLC in hydrogels produces a hybrid system suitable for topical application. Moreover, hydrogels formed by natural biopolymers such as xanthan and chitosan stimulate wound healing and have intrinsic bactericidal and antifungal properties. In this work, we developed by Design of Experiments a formulation of NLCDTX that was further incorporated in a xanthan-chitosan hydrogel containing lidocaine (LDC) to promote synergistic anticancer and analgesia effects. NLCDTX showed excellent physicochemical properties (size = 211.5 nm, polydispersity = 0.149, zeta potential = - 21.0 mV, 1013 nanoparticles/mL, 12 months shelf stability) and high (96.0 %) DTX-encapsulation efficiency. Morphological analysis by SEM revealed the rough surface of the hydrogel while rheological analysis confirmed its inherent viscoelastic properties. In vitro and in vivo assays compared the formulations effects with those elicited by commercial docetaxel (DTXT-HYD). In vitro assays on murine fibroblasts (NIH/3T3), murine (B16-F10) and human (SK-MEL-103) melanomas and human keratinocytes (HaCaT) revealed that the control formulations (NLCCTRL and HGelCTRL) were not cytotoxic. In these cells, a reduction in the cytotoxicity of DTX was observed after encapsulation in nanoparticles, in suspension (NLCDTX) or in the hybrid hydrogel (HGel-NLCDTX). In general, the results showed a time and dose-dependent reduction in cell viability both on tumor (B16-F10 and SK-MEL-103) and non-tumor (NIH/3T3 and HaCaT) cells in up to 72 h of treatment. Addition of LDC to the hybrid system (HGel-NLCDTX-LDC) increased cytotoxicity. In vivo tests in C57BL/6 mice with melanoma induced by the orthotopic model with B16-F10 cells indicated that topical treatments (TP) with hydrogels showed reduced the tumor growth compared to the positive control group, with inhibition rates of the tumor volume of ca. 62.73% (HGel-LDC) and 58.67% (HGel-NLCDTX-LDC). Intratumoral (IT) treatments were more effective in reducing melanoma voulme, with inhibition rates of 94.95% for DTXT-HYD IT; 73.80% for LDC IT; 97.92% for NLCDTX IT; 97.17% for NLCDTX + LDC IT; 96.97% for NLCDTX IT + HGel-LDC TP and 86.43% for HGel-NLCDTX-LDC IT. For the overall therapeutic assessment other parameters were considered such as tumor metabolic volume and total lesion glycolysis (by micro-PET-CT), adverse effects (biochemical and morphological analysis in tumor, liver, spleen and kidney) and survival rate. Based on them we conclude that the treatments using NLCDTX + LDC IT and NLCDTX IT + HGel-LDC TP had the best therapeutic effects, with efficacy close to or superior to the commercial formulation (DTXT-HYD), without evident adverse effects and with a 100% survival rate. The antinociceptive effect (tail-flick test) of the hybrid system was confirmed. These results support such systems as promising formulations for the treatment of melanoma and demonstrate the dual therapeutic effect of lidocaine (as anesthetic and antineoplastic) Doutorado Bioquímica Doutora em Biologia Funcional e Molecular CAPES 130258-0/2021

Orientador: Marcos Akira d'Ávila Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Hidrogéis são materiais capazes de absorver grandes quantidades de água, resultando em sistemas com características únicas que possuem grande aplicabilidade na área biomédica, principalmente como scaffolds na engenharia tecidual. A manufatura aditiva é uma técnica promissora para a obtenção de scaffolds com precisão dimensional. A impressão tridimensional de géis e hidrogéis biocompatíveis tem se mostrado promissora nas novas tecnologias de bioimpressão, onde esses materiais são chamados de "tintas". Para que a bioimpressão possa ser viável, estudos sobre as propriedades reológicas relevantes das tintas, bem como a correlação dessas propriedades com os parâmetros de processo e características finais das estruturas impressas são necessários. No entanto, esses estudos ainda são poucos na literatura, mas a sua relevância tem sido reconhecida nos últimos anos. Nesta pesquisa de mestrado, foi estudada a reologia de hidrogéis nanocompósitos de carboximetilcelulose (CMC) e Laponita dispersos em água, visando aplicações em processos de manufatura aditiva baseados em extrusão. Interações eletrostáticas e ligações de hidrogênio entre os grupos silanol (Si-O) da Laponita e hidroxila (-OH) do CMC, influenciaram diretamente as propriedades reológicas, estabilidade da dispersão e raio hidrodinâmico. A adição de CMC em dispersões de Laponita resultou num aumento considerável nas propriedades viscoelásticas lineares, bem como a viscosidade e pseudoplasticidade, resultado em géis fracos e fortes dependendo da composição do sistema. Foi também observado que a presença de CMC inibe os efeitos de envelhecimento da Laponita. Posteriormente, foi avaliada a capacidade de impressão do sistema CMC/Laponita, onde foi definida a uma composição de tinta adequada para a impressão por extrusão. Além das propriedades reológicas, testes de capacidade de impressão, formação, fusão e colapso de filamento foram realizados. Após a impressão dos scaffolds, esses foram reticulados em soluções de cloreto de cálcio (CaCl2) e ácido cítrico, resultando em hidrogéis de rede simples não tóxicos. Os géis de CMC/Laponita mostraram boa capacidade de impressão, características mecânicas e biológicas aptas para aplicações como tintas para bioimpressão Abstract: Hydrogels are materials capable of absorbing large amounts of water, resulting in systems with unique characteristics that have applicability in the biomedical area, mainly as scaffolds in tissue engineering. Additive manufacturing is a promising technique for obtaining scaffolds with dimensional accuracy. In the field of tissue engineering, three-dimensional printing of biocompatible gels and hydrogels has shown promising results in new bioprinting technologies, where these materials are called "inks". For bioprinting to be viable in tissue engineering applications, studies on the relevant rheological properties of inks and the correlation of these properties with the process parameters and final characteristics of the printed structures are necessary. However, these studies are still few in the literature, but their relevance has been recognized in recent years. In this master research, the rheology of carboxymethylcellulose (CMC) and Laponite nanocomposite hydrogels dispersed in water was studied, aiming at applications in additive manufacturing processes based on extrusion. Electrostatic interactions and hydrogen bonds between the silanol (Si-O) groups of Laponite and hydroxyl (-OH) of CMC directly influenced the rheological properties, dispersion stability, and hydrodynamic radius. The addition of CMC in Laponite dispersions resulted in a considerable increase in linear viscoelastic properties and viscosity and pseudoplasticity, resulting in weak and strong gels depending on the composition of the system. It was also observed that the presence of CMC inhibits the aging effects of Laponite. Subsequently, the printing capacity of the CMC/Laponite system was evaluated, where an appropriate ink composition for extrusion printing was defined. In addition to the rheological properties, formation, fusion, and collapse filament tests were performed. After printing the scaffolds, they were crosslinked in calcium chloride (CaCl2) and citric acid solutions, resulting in non-toxic simple network hydrogels. The CMC/Laponite gels showed good printability, mechanical and biological characteristics suitable for applications as inks in bioprinting Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 88882.435260/2019

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas, Florianópolis, 2021. A mastite é uma doença inflamatória altamente prevalente em bovinos leiteiros, causada na maioria das vezes por bactérias. Dificuldades relacionadas ao tratamento da mastite despertam a necessidade do desenvolvimento de novas estratégias eficazes de controle que possam contemplar os sistemas de produção leiteira convencional, orgânico e agroecológico, colaborando positivamente com questões de saúde pública, saúde humana, saúde animal, qualidade alimentar e ambiental. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de formas farmacêuticas antimicrobianas inovadoras, i.e., nanoemulsão de macela (Achyrocline satureioides) e hidrogel a base de mucilegam de linhaça e k-carragenana veículo da nanoemulsão (nanocompósito) visando à terapêutica da mastite bovina. Quatro nanoemulsões de macela desenvolvidas e selecionadas mostraram tamanho médio de partícula entre 203 a 249 nm, distribuição monodispersa (PdI < 0,3), formato esférico e eficiência de encapsulação dos ativos (compostos fenólicos) superior a 94%. A avaliação da atividade antimicrobiana das nanoemulsões de macela (n=4) contra bactérias planctônicas Staphylococcus aureus meticilina-resistente (SARM) mostrou concentrações inibitórias mínimas (CIM50) entre 1,2 a 5% (v/v). Em termos de citotoxicidade, houve redução de 50% de viabilidade (IC50) das células epiteliais mamárias bovinas (linhagem MAC-T) após exposição a concentrações que variaram de 2,6 a 9,7% (v/v) das nanoemulsões de macela (n=4). As concentrações inibitórias mínimas de prevenção da formação de biofilme (CMIB) e de erradicação de biofilmes pré-formados (CMEB) da nanoemulsão de macela mais promissora (NE-ML1:5; 1% de Tween 80 e 5% de óleo de linhaça) foram 25 e 80% (v/v), respectivamente. Na avaliação do tipo de morte celular provocado pela nanoemulsão NE-ML1:5, foi evidenciado efeito citoprotetor sobre as células MAC-T tanto através da prevenção da morte apoptótica (±30%) como necrótica (±40%). A avaliação da capacidade de permeação dos compostos da macela em modelo de células de difusão tipo Franz utilizando explantes da glândula mamária bovina mostrou maior penetração da 3-O metilquercetina e quercetina nanoemulsionados (NE-ML1:5) comparado ao extrato bruto de macela ao longo de 12 h, com um total acumulado de 50 e 111 contra 35 e 48 µg/cm2, respectivamente. Os nanocompósitos (NCs) desenvolvidos à base dos polímeros naturais mucilagem de linhaça e k-carragenana nas proporções 8:2, 7:3 e 5:5 (m/m) com 1,25 mg/g de extrato de macela na nanoemulsão (NE-ML1:5) permitiu o aumento da viscosidade desta formulação. Os três NCs apresentaram características termorreversíveis, com viscosidade similar de 1500 cP em temperaturas entre 40 e 30°C. Os três NCs mostraram perfil de liberação dos fenólicos totais gradativo e sustentado em 72 h, com pico em 24 h (NC-5:5) e 48 h (NCs 7:3 e 8:2). Os NCs 5:5, 7:3 e 8:2 mostraram pico de liberação da 3-O- metilquercetina e da Achyrobichalcona em 72 h. Os três NCs inibiram o crescimento de S. aureus (ATCC 33592) com efeito bactericida até 8 h de incubação. A atividade anti-SARM avaliada por microdiluição em caldo mostrou concentração inibitória mínima (CIM) de 312 µg/mL para o NC-5:5 e de 625 µg/mL para o NC-8:2 e NC-7:3. Não foram encontrados efeitos tóxicos dos compósitos hidrogéis não carregados com a nanoemulsão de macela sobre as células MAC-T. Diante dos resultados obtidos pode-se sugerir que a nanomemulsão de macela e os nanocompósitos desenvolvidos mostraram importantes atividades biológicas, i.e., antimicrobiana, antibiofilme, citoprotetora, maior capacidade de penetração e liberação prolongada dos ativos nas condições in vitro estudadas, viabilizando avaliaçãoes in vivo na terapêutica e prevenção da mastite bovina. Em conjunto, os materiais desenvolvidos representam formas farmacêuticas candidatas para o tratamento da mastite bovina visando reduzir as infecções subclínicas através do uso intramamário. Destaca-se que os materiais inovadores totalmente desenvolvidos a base de produtos naturais podem ainda impactar a saúde, o bem-estar animal e a sustentabilidade da produção leiteira nos diversos sistemas de produção. Abstract: Mastitis is an inflammatory disease highly prevalent in dairy cattle, most often caused by bacteria. Difficulties related to the treatment of mastitis require the development of new effective control strategies that can contemplate conventional, organic and agroecological dairy production systems, collaborating positively with issues of public health, human health, animal health, food and environmental quality. The aim of this study was to develop innovative antimicrobial pharmaceutical forms, i.e., nanoemulsion and macela-nanocomposite (Achyrocline satureioides) candidates for bovine mastitis treatment. Four macela-nanoemulsions developed showed a mean particle size between 203 to 249 nm, monodisperse distribution (PdI

Submitted by UILIAN GABALDI YONEZAWA null (uilian_yonezawa@yahoo.com.br) on 2021-04-12T16:45:41Z No. of bitstreams: 1 TESE (Discente Uilian G. Yonezawa).pdf: 2728891 bytes, checksum: 00a467b77b45e4f278a5613b4c6edde3 (MD5) Approved for entry into archive by Raiane da Silva Santos (raiane.santos@unesp.br) on 2021-04-15T18:31:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 yonezawa_ug_dr_ilha.pdf: 2728891 bytes, checksum: 00a467b77b45e4f278a5613b4c6edde3 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-15T18:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 yonezawa_ug_dr_ilha.pdf: 2728891 bytes, checksum: 00a467b77b45e4f278a5613b4c6edde3 (MD5) Previous issue date: 2020-12-15 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O setor agronômico tem explorado novas alternativas tecnológicas para satisfazerem suas necessidades de cultivos e produção. Deste modo, os hidrogéis demonstram ser uma nova alternativa, pois prolonga a retenção de água em solo e disponibiliza nutrientes para um determinado cultivo. O objetivo deste trabalho foi desenvolver hidrogéis nanocompósitos (H-NC) e avaliar o seu potencial como condicionador de solo e carreador de nutrientes para o desenvolvimento de mudas de cafeeiro. Os H-NC foram preparados à base de carboximetilcelulose, acrilamida e diferentes concentrações de nanoargila cloisita-Na+ (Clt-Na+). Os H-NC foram avaliados de acordo com suas propriedades hidrofílicas e cinéticas, capacidade como condicionador de solo, eficiência no desenvolvimento de mudas de cafeeiro e na disponibilidade de micronutrientes (Cu, Zn e Mn). Os resultados do grau de intumescimento em diferentes pH e em solução de solo confirmaram forte influência da incorporação da Clt-Na+ independente do pH analisado, e pelos íons presentes na solução de solo, assim como estes nanocompósitos minimizam a acidez e a alcalinidade do meio. Em relação à capacidade máxima de retenção de água em solo, os H-NC proporcionaram um acréscimo de aproximadamente 17,7 % e um aumento de 10 dias na retenção de água, além de excelente capacidade de reintumescer. A análise de porosidade e densidade do solo evidenciaram que a incorporação do hidrogel melhora tais propriedades, além de serem diretamente influenciadas pela presença da Clt-Na+. A aplicação dos H-NC no transplantio de mudas de cafeeiro demonstrou excelente comportamento de desenvolvimento vegetativo para a concentração de 3,0 g/vaso e H-NC contendo 20 % de Clt-Na+. Para a disponibilidade de micronutrientes a partir de H-NC, destaca-se os H-NC contendo MnSO4 com aumento em todos os nutrientes nas mudas analisadas. Portanto a partir de todos os resultados observados é possível concluir que os H-NC estudados nesta tese possuem potencial para serem aplicados como condicionador de solo e carreador de nutrientes para mudas de cafeeiro. The agronomic sector has been exploring new technological alternatives to satisfy its cultivation and production needs. In this way, hydrogels prove to be a new alternative, as it prolongs water retention in the soil and provides nutrients for a given plant. This work aimed to develop nanocomposite hydrogels (H-NC) and evaluated their potential as a soil conditioner and the carrier of nutrients for seedling development. The H-NC was prepared based on carboxymethylcellulose, polyacrylamide, and different concentrations of nanoclay cloisite Na+ (Clt-Na+). The H-NC was evaluated according to their hydrophilic and kinetic properties, capacity as a soil conditioner, efficiency in the development of coffee seedlings, and the availability of micronutrients (CuSO4, ZnSO4, and MnSO4). The swelling degree results at different pH values and in the soil solution are influenced by incorporating of Clt-Na+ in the polymeric matrix, independently of the analyzed pH, and by the ions present in the soil solution. The addition of H-NC in the soil solution minimized the acidity and alkalinity of the media. In relation to the maximum capacity of water retention in soil, the H-NC provided an increase of approximately 17.7 % and an increase of 10 days in the water retention. It also presented an excellent re-swelling capacity. The incorporation of the hydrogels improved the porosity and density of soil, and it was more accentuated by Clt-Na+ presence. The H-NC applications in the coffee seedlings transplant demonstrated excellent vegetative development behavior for the concentration of 3.0 g per vase and H-NC containing 20 % of Clt-Na+. H-NC absorbed with MnSO4 presented the best profile in relation to the availability of micronutrients from the matrix, with an increase in all other nutrients in the analyzed seedlings. Therefore, from all observed results, it is possible to conclude that the H-NC studies in this thesis have great potential to be applied as a soil conditioner and nutrient carrier for coffee seedlings. CAPES:001

Bioimpressão 3D é um método de manufatura aditiva para engenharia de scaffolds usados como modelos para adesão celular, crescimento celular e subsequente formação de tecidos. Um dos biomateriais mais utilizados para biotintas é o hidrogel devido às suas propriedades adaptáveis que facilitam o processo de bioimpressão 3D e fornecem ambientes extracelulares favoráveis para várias funções celulares. A bioimpressão 3D pode ser dividida em técnicas baseadas em extrusão, jato de tinta ou impressão assistida a laser. Um dos maiores desafios na bioimpressão 3D é sua otimização, que depende da complexidade da estrutura 3D, das propriedades dos materiais e do desenvolvimento da biotinta para a “janela de bioimpressão”. Este trabalho pretende revisar o estado da arte das classificações e materiais componentes de hidrogéis, a física envolvida em técnicas de bioimpressão e as propriedades que afetam printabilidade e viabilidade celular. Bioimpressão 3D é um método de manufatura aditiva para engenharia de scaffolds usados como modelos para adesão celular, crescimento celular e subsequente formação de tecidos. Um dos biomateriais mais utilizados para biotintas é o hidrogel devido às suas propriedades adaptáveis que facilitam o processo de bioimpressão 3D e fornecem ambientes extracelulares favoráveis para várias funções celulares. A bioimpressão 3D pode ser dividida em técnicas baseadas em extrusão, jato de tinta ou impressão assistida a laser. Um dos maiores desafios na bioimpressão 3D é sua otimização, que depende da complexidade da estrutura 3D, das propriedades dos materiais e do desenvolvimento da biotinta para a “janela de bioimpressão”. Este trabalho pretende revisar o estado da arte das classificações e materiais componentes de hidrogéis, a física envolvida em técnicas de bioimpressão e as propriedades que afetam printabilidade e viabilidade celular./Bioimpressão 3D é um método de manufatura aditiva para engenharia de scaffolds usados como modelos para adesão celular, crescimento celular e subsequente formação de tecidos. Um dos biomateriais mais utilizados para biotintas é o hidrogel devido às suas propriedades adaptáveis que facilitam o processo de bioimpressão 3D e fornecem ambientes extracelulares favoráveis para várias funções celulares. A bioimpressão 3D pode ser dividida em técnicas baseadas em extrusão, jato de tinta ou impressão assistida a laser. Um dos maiores desafios na bioimpressão 3D é sua otimização, que depende da complexidade da estrutura 3D, das propriedades dos materiais e do desenvolvimento da biotinta para a “janela de bioimpressão”. Este trabalho pretende revisar o estado da arte das classificações e materiais componentes de hidrogéis, a física envolvida em técnicas de bioimpressão e as propriedades que afetam printabilidade e viabilidade celular.

Orientador: Ângela Maria Moraes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A cartilagem articular é um tecido conectivo responsável pela lubrificação e suporte de cargas mecânicas nas articulações, sujeito a sofrer lesões e gerar defeitos em sua estrutura. Porém, sua capacidade de reparo e regeneração é limitada. Como alternativa aos tratamentos convencionais, tem sido estudada a engenharia tecidual, a qual ofereceria uma solução mais definitiva para o problema, através da utilização de estruturas tridimensionais contendo células e fatores para promoção do crescimento celular. Essas estruturas podem ser produzidas por manufatura aditiva utilizando a estratégia de extrusão. Para isso pode-se utilizar polissacarídeos, como o alginato, que é capaz de reticular ionicamente, a nanocelulose e a goma xantana, que apresentam comportamento pseudoplástico mais significativo. Desta forma, teve-se por objetivo o estudo de hidrogéis contendo de 0,9 à 2% (m/v) de alginato (A-SF ou A-HF, correspondentes aos diferentes alginatos utilizados, Protanal SF 120 RB e HF 120 RB, respectivamente), 2,1% (m/v) de nanocelulose (C) e entre 0,8 e 2,5% (m/v) de goma xantana (X), visando a produção de estruturas condrais por impressão 3D. Não foi possível dispersar de forma eficiente a nanocelulose, porém utilizando-se alginato e xantana pôde-se produzir géis com propriedades reológicas promissoras para impressão, sendo que o aumento da concentração de xantana melhorou estas características. Na etapa de impressão, o hidrogel mais promissor continha 1% (m/v) de alginato e 2,5% (m/v) de xantana (A-SF1,0X2,5). Pelo uso da formulação A-SF1,0X2,5, mesmo quando esterilizada por calor úmido (A-HF1,0X2,5), foi possível obter estruturas com múltiplas camadas estáveis. Considerando-se sua aplicação como biotinta reticulável ionicamente, estudou-se ainda a reticulação do material estéril em diferentes condições de tempo de exposição a soluções com distintas concentrações de SrCl2, assim como a toxicidade decorrente das condições de reticulação a células-tronco mesenquimais de polpa dentária. As condições de reticulação observadas como as mais apropriadas foram as que empregaram uma solução a 50 mmol/L de estrôncio e um período de exposição de 10 ou 30 minutos, de acordo com os resultados dos ensaios mecânicos e de citotoxicidade. Em conclusão, o uso de alginato e goma xantana mostrou-se promissor para a composição de biotinta reticulável com íons de estrôncio visando a impressão de tecidos Abstract: The articular cartilage is a connective tissue responsible for the lubrication and support of mechanical loads in the joints, being susceptible to structural injuries and defects. However, its ability to repair and regenerate is limited. Tissue engineering has been extensively studied as an alternative to conventional treatments, given that it could offer a more definitive solution to the problem, by combining cells to scaffolds and growth factors. These structures can be produced by additive manufacturing using extrusion. The materials can be based on polysaccharides, such as alginate (A-SF or A-HF, corresponding to the different types of alginate used, Protanal SF 120 RB and HF 120 RB, respectively), which can ionically crosslink, nanocellulose (C) and xanthan gum (X), which exhibit more significant shear thinning behavior. Thus, in this work the study of hydrogels based on alginate (between 0.9 and 2% w/v), nanocellulose (2.1% w/v), and xanthan gum (between 0.8 and 2.5% w/v) was aimed to produce chondral structures by 3D printing. It was not possible to efficiently disperse the nanocellulose in the hydrogel. However, by using alginate and xanthan gum, gels with promising rheological properties for bioprinting could be produced. Also, the increase in xanthan gum concentration improved the rheology of the material. During printing, the most promising hydrogel contained 1% (w/v) of alginate and 2.5% (w/v) of xanthan gum (A-SF1.0X2.5). By using the formulation A-SF1.0X2.5, even when sterilized by steam heat (A-HF1.0X2.5), it was possible to obtain structures with multiple steady layers. Considering its application as an ionically crosslinkable bioink, the crosslinking of the sterile material to solutions with different concentrations of SrCl2 under different exposure times was also analyzed, as well as the toxicity of the crosslinking conditions to dental pulp stem cells. The most appropriate crosslinking conditions were reached when using a 50 mmol/L strontium solution for 10 or 30 minutes, according to the results of the mechanical and cytotoxicity assays. In conclusion, the use of a hydrogel combining alginate to xanthan gum crosslinked with strontium proved to be promising as a bioink formulation for tissue bioprinting Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CAPES 001 CNPQ 430860/2018-8

Orientador: Leonardo Vasconcelos Fregolente Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Elevados teores de água em combustíveis líquidos podem acarretar em diversos problemas de qualidade relacionados à aplicação, armazenamento e transporte. A água livre promove o crescimento biológico em tanques de armazenamento que podem levar a formação de borras, causando o bloqueio de linhas e filtros de combustíveis, o que pode provocar a obstrução do sistema de injeção de veículos. O alto teor de água em combustíveis também pode levar à corrosão de tanques de armazenamento, assim como motores automotivos e sistemas de injeção. No caso do biodiesel, o maior teor de água pode levar a hidrólise de ésteres metílicos, formando ácidos graxos livres. O elevado teor de água em biodiesel também favorece o seu processo de oxidação, reduzindo sua vida útil. A ASTM (American Society for Testing and Materials) limita o teor de água livre e sedimentos do diesel, biodiesel e misturas de biodiesel a 0, 05 % vol. Nesse contexto, materiais poliméricos como os hidrogéis podem ser aplicados a combustíveis, uma vez que são constituídos por uma rede tridimensional de cadeias flexíveis com elevada capacidade de adsorção de água. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um processo de separação para a remoção de água em combustíveis líquidos, utilizando leitos fixos recheados de partículas de hidrogel sintetizados com dois tipos de monômeros (acrilato de sódio e ácido acrílico). As amostras de diesel e biodiesel foram saturadas com água e alimentadas no leito fixo recheado de hidrogéis. Os experimentos para a remoção de água foram conduzidos de acordo com um planejamento fatorial de dois níveis, a fim de avaliar o efeito da temperatura e do tipo de monômero. Acrilamida (AAm) co-polimerizada com Acrilato de Sódio (AS) e Ácido Acrílico (AA) foram sintetizados via polimerização via radical livre e aplicados em leito fixo para a remoção de água em combustíveis.Também foram avaliados parâmetros como altura do leito de hidrogel e vazão de alimentação nos experimentos de remoção de água. O hidrogel sintetizado com o monômero de acrilato de sódio apresentou os melhores resultados para remoção de água. A temperatura também se mostrou um fator importante, observando-se uma maior eficiência do leito na menor temperatura estudada (25ºC), obtendo-se um percentual de remoção de água de aproximadamente 54% para biodiesel e 50% para diesel. Nos ensaios de remoção de água com recirculação de combustível foi possível concluir que a altura do leito de hidrogel e vazão de alimentação não tiveram influências significativas na remoção de água em combustíveis líquidos, indicando que os hidrogéis estudados apresentam uma cinética de remoção lenta Abstract: High water contents in liquid fuels can lead to various quality issues related to application, storage and transportation. Free water promotes biological growth in storage tanks that can lead to sludge, causing blockage of fuel lines and filters, which can clog the vehicle injection system. High water content in fuels can also lead to corrosion of storage tanks as well as automotive engines and injection systems. In the case of biodiesel, the higher water content can lead to hydrolysis of methyl esters, forming free fatty acids. The high water content in biodiesel also favors its oxidation process, reducing its useful life. The American Society for Testing and Materials (ASTM) limits the free water and sediment content of diesel, biodiesel and biodiesel blends to 0.05% vol. In this context, polymeric materials such as hydrogels can be applied to fuels, as they consist of a three-dimensional network of flexible chains with high water adsorption capacity. This work aims to develop a separation process for the removal of water in liquid fuels, using fixed beds filled with hydrogel particles synthesized with two types of monomers (sodium acrylate and acrylic acid). The diesel and biodiesel samples were saturated with water and fed into the fixed bed filled with hydrogels. The water removal experiments were conducted according to a two level factorial design to evaluate the effect of temperature and monomer type. Acrylamide (AAm) co-polymerized with Sodium Acrylate (AS) and Acrylic Acid (AA) were synthesized via free radical polymerization and applied in fixed bed for the removal of water in fuels. Parameters such as hydrogel bed height and feed flow were also evaluated in water removal experiments. The hydrogel synthesized with sodium acrylate monomer showed the best results for water removal. Temperature was also an important factor, with greater bed efficiency being observed at the lowest temperature studied (25ºC), obtaining a water removal percentage of approximately 54% for biodiesel and 50% for diesel. In the fuel recirculation water removal tests it was concluded that the hydrogel bed height and feed flow had no significant influence on the water removal in liquid fuels, indicating that the studied hydrogels have slow removal kinetics Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química FAEPEX FAPESP 2017/12120-1

Submitted by RENAN DA SILVA FERNANDES (renan.fernandes@unesp.br) on 2020-07-22T19:40:36Z No. of bitstreams: 1 Tese_RenanFernandes_Versão_Final.pdf: 11597163 bytes, checksum: ce733ccf9602000e9d0091833843ee3b (MD5) Approved for entry into archive by Raiane da Silva Santos (raiane.santos@unesp.br) on 2020-07-22T20:33:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandes_rs_dr_ilha.pdf: 11597163 bytes, checksum: ce733ccf9602000e9d0091833843ee3b (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-22T20:33:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandes_rs_dr_ilha.pdf: 11597163 bytes, checksum: ce733ccf9602000e9d0091833843ee3b (MD5) Previous issue date: 2020-05-15 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A problemática referente as implicações oriundas das recorrentes aplicações de medicamentos e/ou defensivos agrícolas em altas concentrações nos seres vivos e no meio ambiente, motivaram os autores a desenvolverem sistemas poliméricos a base de hidrogéis bionanocompósitos capazes de minimizar os impasses referente a contaminação e efeitos colaterais a partir de uma liberação controlada dos fármacos e herbicida propostos. Com isso, os hidrogéis foram preparados a partir de polissacarídeos e nanoestruturas inorgânicas naturais nos quais foram reticulados com diferentes íons (Mn2+, Zn2+ ou Ca2+). Os hidrogéis foram caracterizados de acordo com suas propriedades hidrofílicas, estruturais, espectroscópicas, morfológicas, térmicas, de sorção e dessorção de fármaco ou herbicida. Em relação ao grau de intumescimento e adsorção do herbicida, os hidrogéis reticulados com Mn2+ apresentaram os mais altos valores, isso porque este íon possui a menor raio iônico em relação ao Zn2+ e Ca2+. Por outro lado, a adição das nanoestruturas (argila ou zeólita) diminuíram o grau de intumescimento dos hidrogéis, pois aumentaram a densidade de reticulação, sendo esse efeito confirmado pela análise de MEV. Em contrapartida, a presença das nanoestruturas aumentou a quantidade do herbicida paraquat adsorvida, devido à presença dos grupamentos polares que possibilitam e interação com o paraquat. A partir das análises espectroscópicas (FTIR) e estruturais (DRX), foi possível determinar a incorporação das nanoestruturas nos hidrogéis bem como os fármacos e herbicida estudados. Além disso, as análises térmicas demonstraram que a presença de nanoestruturas diminui a taxa de massa perdida pelos hidrogéis. A eficiência de encapsulação dos hidrogéis atingiram valores acima de 70% e os estudos de liberação controlada demonstraram que hidrogéis compósitos reticulados com Ca2+ liberaram o fármaco por até 32 h. Para a liberação do herbicida, destaca-se que os hidrogéis nanocompósitos contendo zeólita apresentaram liberação sustentada à medida que a concentração da mesma foi aumentada, já nos hidrogéis contendo nanoargila não houve liberação do herbicida. A partir de todos os resultados apresentados, os autores concluem que os hidrogéis desenvolvidos neste trabalho possuem potencial para serem aplicados como sistemas de liberação controlada no tocante a administração de fármacos ou defensivos agrícolas. The problem referring to the implications arising from of recurrent applications of drugs and/or agricultural defensives in high concentrations on living beings and the environment motivated the authors to develop bionanocomposite hydrogels based on polymer systems capable of minimizing the impasses regarding contamination and collateral effects from a controlled release of the proposed drugs and herbicide. Thus, the hydrogels were prepared from natural polysaccharides and inorganic nanostructures in which it was crosslinked with different ions (Mn2+, Zn2+ or Ca2+). The hydrogels were characterized according to their hydrophilic, structural, spectroscopic, morphological, thermal, sorption and desorption properties of drugs or herbicide. Regarding the swelling degree and adsorption of the herbicide, the Mn2+ crosslinked hydrogels presented the highest values, because this ion has the smaller ionic radius about Zn2+ and Ca2+. On the other hand, the addition of nanostructures (clay or zeolite) decreased the swelling degree of the hydrogels, because theses increased the crosslinking density, this effect was confirmed by SEM analysis. In contrast, the presence of nanostructures has increased the amount of herbicide paraquat adsorbed, due to the presence of polar groups that make it possible and interaction with paraquat. From the spectroscopic (FTIR) and structural (DRX) analyses, it was possible to determine the incorporation of nanostructures in the hydrogels as well as the drugs and herbicide studied. In addition, thermal analyses showed that the presence of nanostructures decreases the rate of mass loss by the hydrogels. The encapsulation efficiency of the hydrogels reached values above 70% and the controlled release studies showed that Ca2+ crosslinked composite hydrogels released the drug for up to 32 h. For the release of the herbicide, it is highlighted that the nanocomposite hydrogels containing zeolite showed sustained release as its concentration was increased, whereas that in the hydrogels containing nanoclay there was no release of the herbicide. From all the results presented, the authors conclude that the hydrogels developed in this work have the potential to be applied as controlled release systems regarding the administration of drugs or agricultural defensives. CAPES: 001

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os biopolímeros tem se mostrado como uma alternativa promissora na obtenção de novos materiais, assim como no estudo de blendas poliméricas para diversas aplicações, como na produção de hidrogéis, na área biomédica e indústria farmacêutica. Neste trabalho foi avaliado o comportamento das blendas do hidrocoloide da semente de chia (HC) e pectina de maçã frente à radiação gama. O hidrocoloide foi extraído e analisado quanto à sua composição centesimal: cinzas (12,68%), umidade (3,9%), proteínas (7,49%), lipídeos (7,43%), fibra bruta (5,78%) e extrativos não nitrogenados (62,75%). As soluções das matrizes e blendas foram formuladas em dois blocos: o primeiro contendo HC, pectina, glicerol 5% em pHs 4 e 8, o segundo contendo HCP (hidrocoloide purificado), pectina, glicerol 20% e doses de radiação (0,0; 2,5; 5,0; 7,5 ou 10,0 kGy), sendo os filmes à 0,0 e 2,5 kGy, os melhores em termos de flexibilidade e resistência à fratura. As formulações foram caracterizadas quanto à sua viscosidade, presença de cargas (PCZ), identificação dos grupos funcionais (FTIR e FTIR-ATR), morfologia superficial e de fratura (MEV), comportamento térmico (TGA e DSC) e capacidade de reticulação (ensaio de ciclos de congelamento e teor de gel). O ensaio de viscosidade demonstrou que as matrizes de chia (HC e HCP) apresentaram um perfil tixotrópico, tendo sua viscosidade diminuída com o aumento da taxa de cisalhamento, e aumentada quando cessa o movimento rotativo, o que pode ser explicado pela presença de cargas provocando um emaranhamento mais intenso entre as cadeias. Esse fato pôde ser confirmado pela análise do ponto de carga zero, o qual apresentou um valor de 7,47 que é diferente dos pHs trabalhados. As micrografias de fratura das formulações irradiadas na dose de 2,5 kGy apresentaram regiões homogêneas em comparação às não irradiadas. Doses superiores à 2,5 kGy levaram à descompactação dessas regiões, indicando degradação das cadeias poliméricas. Nas análises de infravermelho das matrizes e das blendas, foi observada a presença principalmente de grupos hidroxila, carboxilatos livres e carboxilas de ácidos urônicos, além de estiramentos de grupos C–O–C de ésteres e éteres. As formulações irradiadas na dose de 2,5 kGy apresentaram uma redução da razão entre as intensidades das bandas de –OH e C–O–C quando comparadas às não irradiadas, o que é um indicativo de reticulação, a qual pôde ser confirmada para a blenda 30/70 (HCP/Pec/Gli 20%) pela fração gel, uma vez que a formulação não irradiada apresentou um resíduo de 10,0%, e nas irradiadas, a maior quantidade foi de 22,12% na dose de 2,5 kGy. Para a blenda 50/50 (HCP/Pec/Gli20%) a dose ideal está abaixo de 2,5 kGy (22,90%) e não irradiada (26,22%). Dessa maneira, a dose de 2,5 kGy é a melhor dentre as estudas para formação do hidrogel. Os resultados obtidos neste trabalho foram satisfatórios, permitindo selecionar as doses e formulações para aprimorar a aplicabilidade para a produção de hidrogéis sólidos. Biopolymers have been shown a promising alternative in obtaining of new materials, as well as in study of polymeric blends for several applications, such as in hydrogels production, in biomedical area and pharmaceutical industry. In this work, the behavior of chia hydrocolloid (HC) and apple pectin blends was evaluated against gamma radiation. The hydrocolloid was extracted and analyzed for its proximate composition: ash (12.68%), moisture (3.9%), proteins (7.49%), lipids (7.43%), crude fiber (5.78%) and nitrogen free extract (62.75%). Matrices and blend solutions were formulated in two blocks: the first containing HC, pectin, glycerol (5%) in pHs 4 and 8, the second, containing HCP (purified hydrocolloid), pectin, glycerol (20%) and radiation doses (0.0; 2.5; 5.0; 7.5 or 10.0 kGy), with 0.0 and 2.5 kGy films being the best in terms of flexibility and fracture resistance. The 0.0 and 2.5 kGy films being the best in terms of flexibility and fracture resistance. The formulations were characterized in terms of their viscosity, presence of charges (PZC), identification of functional groups (FTIR and FTIR-ATR), surface and cross-section morphology (SEM), thermal behavior (TGA and DSC) and crosslinking capacity (by freezing cycles test and gel content). The viscosity test revealed that the chia matrices (HC and HCP) presented a thixotropic behavior, with their viscosity decreased with the increase of shear rate, and increased when the rotational movement stops, which can be explained by the presence of charges causing a more intense entanglement between the chains. This fact could be confirmed by the analysis of point of zero charge, which presented a value of 7.47, which is different from the pHs worked. The cross-section micrographs of formulations irradiated at 2.5 kGy dose showed homogeneous regions in comparison to non-irradiated ones. Doses higher than 2.5 kGy led to decompression of these regions, indicating degradation of polymer chains. In the infrared analysis of the matrices and blends, the presence of hydroxyl groups, free carboxylates and carboxyls of uronic acids was observed, in addition to stretches of C–O–C groups of esters and ethers. The formulations irradiated at 2.5 kGy dose showed a reduction in the ratio between –OH and C–O–C band intensity when compared to non-irradiated ones, which is an indication of crosslinking, which could be confirmed for the 30/70 (HCP/Pec/Gli 20%) blend by gel fraction, since the non-irradiated formulation showed a 10.0% residue, and in the irradiated ones, the largest amount was 22.12% at 2.5 kGy dose. For the 50/50 blend (HCP/Pec/Gli20%) the ideal dose is below 2.5 kGy (22.90%) and not irradiated (26.22%). Thus, the 2.5 kGy dose is the best among studies for hydrogel formation. The results obtained in this work were satisfactory, allowing to select the doses and formulations to improve the applicability to solid hydrogels production. Dissertação (Mestrado)

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Hidrogéis absorventes são classificados como estruturas tridimensionais constituídas por polímeros reticulados que têm capacidade de absorver e liberar, controladamente, grandes quantidades de água, nutrientes e substâncias iônicas, sem dissolver-se. Polímeros biodegradáveis de quitosana e derivados vem sendo estudados como potenciais otimizadores de drenagem e disponibilidade de água no solo. Nesse trabalho, sintetizou-se a carboximetilquitosana (CMQ) e posteriormente preparou-se hidrogéis à base de quitosana e CMQ com reticulantes do tipo diisocianato em 6 proporções mássicas. A CMQ foi caracterizada através de espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar, difração de raios X, termogravimetria e potencial zeta e o produto obtido é menos cristalino e mais hidrofílico que a quitosana. Os hidrogéis obtidos a partir de quitosana e CMQ foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e submetidos a ensaios de inchamento em diferentes pHs e de absorção de fertilizantes do tipo NPK. Os resultados confirmaram o entrecruzamento das cadeias poliméricas através da identificação da formação de grupos ureia nos espectros de FTIR e mostraram a diferença de suas estruturas antes e após o inchamento. Os hidrogéis de quitosana não apresentaram absorção de água tão significativa quanto os hidrogéis de CMQ. As amostras CMQ02 e CMQ05 tiveram capacidade de absorção de água da ordem de 60g.g-1. Os ensaios de absorção de NPK mostraram que a amostra CMQ05 foi capaz de absorver aproximadamente 200mg de fertilizante por g de hidrogel. Os resultados obtidos sugerem que os hidrogéis preparados são promissores, devido a sua potencial biodegradabilidade e pelo fato de terem sido preparados através de metodologias simples e rápidas e utilizando água como solvente de reação. Absorbent hydrogels are classified as three-dimensional structures made up of polymers that are capable of absorbing and releasing, in a controlled manner, large amounts of water, nutrients and ionic substances, without dissolving, when subjected to a crosslinking process. Biodegradable polymers of chitosan and derivatives have been studied as potential optimizers for drainage and water availability in the soil. In this work, carboxymethyl chitosan (CMC) was synthesized and subsequently chitosan and CMCbased hydrogels were prepared with diisocyanate crosslinkers in 6 mass proportions. CMC was characterized by spectroscopy in the infrared region, elemental analysis, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and zeta potential and the obtained product is less crystalline and more hydrophilic than chitosan. The hydrogels were characterized by spectroscopy in the infrared region, thermal analysis, scanning electron microscopy and subjected to swelling tests at different pHs and absorption of NPK fertilizers. The results confirmed the crosslinking of the polymer chains by identifying the formation of urea groups in the FTIR spectra and showed the difference in their structures before and after swelling. Chitosan hydrogels did not show significant water absorption, while CMC02 and CMC05 samples had a water absorption capacity of 60 g.g-1 . The NPK absorption tests showed that the CMC05 sample was able to absorb approximately 200mg of fertilizer per gram of hydrogel. The study presented is a good start for the development of hydrogels with potential biodegradability prepared through simple and fast methodologies and using water as a reaction solvent

Orientadores: Ângela Maria Moraes, Daniel John Kelly Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A osteoartrite é a mais frequente das doenças designadas como reumatismos, e lidera as causas de invalidez crônica. Atualmente, diversas estratégias baseadas na engenharia de tecidos estão em desenvolvimento com vistas ao tratamento desta enfermidade, explorando a incorporação de células e/ou fármacos específicos em suportes que, em conjunto, seriam capazes de restabelecer gradualmente o tecido à condição livre de lesão. Neste trabalho, buscou-se a obtenção de hidrogéis responsivos a estímulos térmicos projetados especificamente para a engenharia do tecido cartilaginoso. Os hidrogéis foram produzidos combinando-se polissacarídeos biocompatíveis e biodegradáveis e a eles foram incorporados os fármacos ácido gálico, dexametasona e diclofenaco de sódio, e nas formulações mais promissoras, células-tronco mesenquimais. A produção dos hidrogéis foi realizada pela mistura física de 5 a 10% (m/v) de metilcelulose (M), de 0,5 a 2% (m/v) de goma xantana (X), de 0,5 a 2% (m/v) de carboximetil quitosana (Q) e de 5 a 10% (v/v) de glicerol, incorporando-se nas matrizes os fármacos por adição direta em concentrações determinadas por análises prévias de citotoxicidade às células mesenquimais. Após a incorporação dos fármacos nos hidrogéis, foram selecionadas as formulações com perfis de liberação considerados mais adequados para a finalidade pretendida. Posteriormente à esterilização dos hidrogéis por calor úmido, verificou-se que a coloração dos hidrogéis foi alterada, porém o comportamento de gelificação foi mantido em temperaturas apropriadas. A capacidade de absorção de fluidos e a estabilidade do material quanto à perda de massa mostraram-se compatíveis com o esperado deste tipo de matriz, indicando que o cultivo de células pode ser favorável nas formulações propostas. As propriedades mecânicas indicaram que, provavelmente, o ácido gálico reticula os hidrogéis, resultando em módulos de compressão maiores, tornando os hidrogéis mais resistentes. Os hidrogéis escolhidos para o estudo não apresentam citotoxicidade indireta e direta por um curto período de tempo quando expostos às células-tronco. Após o cultivo dessas células em meios condrogênicos, verificou-se que as mesmas são capazes de se diferenciar em condrócitos e se deslocar no interior da estrutura do hidrogel, liberando no meio de cultivo uma fração significativa das células incorporadas, fato este considerado positivo no que diz respeito ao potencial de migração das células inoculadas para as imediações da região lesada Abstract: Osteoarthritis is the most common of the diseases designated as rheumatism and leads the causes of chronic disability. Currently, many strategies based on tissue engineering are under development, with the purpose of treating this disease, exploring the incorporation of specific cells and/or drugs into supports that would be able to gradually restore the tissue to the injury-free condition. In this work, the goal was to produce hydrogels responsive to thermal stimuli designed specifically for the engineering of cartilaginous tissue, combining biocompatible and biodegradable polysaccharides to the drugs gallic acid, dexamethasone, and diclofenac sodium and, in the most promising formulation, mesenchymal stem cells. The production of the hydrogels was performed by the physical mixture of 5 to 10% (w/v) methylcellulose (M), 0.5 to 2% (w/v) xanthan gum (X), 0.5 to 2 % (w/v) carboxymethyl chitosan (Q) and from 5 to 10% (v/v) glycerol, and the drugs were incorporated in the matrices by direct addition at concentrations previously determined by prior cytotoxicity analyzes. After the incorporation of the drugs directly into the hydrogels, the formulations with release profiles considered most suitable for the intended purpose were selected. After wet heat sterilization of the hydrogels, it was found that the color of the hydrogels was altered, but the gelation behavior was maintained at appropriate temperatures. The fluid absorption capacity, as well as the mass loss, presented values appropriate for the type of material aimed, indicating that cell culture would be favorable in the proposed formulations. Mechanical properties indicated that gallic acid is likely to crosslink hydrogels, resulting in larger compression modules, making the hydrogels more resistant. Regarding biological studies, it was first found that the hydrogels chosen for the study do not have indirect and direct cytotoxicity for a short time when exposed to stem cells. After cultivating these cells in chondrogenic media, it was found that they are able to differentiate into chondrocytes. However, a significant fraction of cells were released into the culture medium, which is positive regarding the migration of inoculated cells to the surroundings of the injured region Doutorado Engenharia Química Doutora em Engenharia Química CAPES 001; 1580070; 88881.187119/2018-01

Orientador: Ana Carla Kawazoe Sato Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A indústria de alimentos vem investindo cada vez mais no desenvolvimento de produtos fortificados, que estão associados à melhora da saúde e bem-estar. No entanto, muitos compostos bioativos, como nutracêuticos (vitaminas, minerais e nutrientes) apresentam sensibilidade às condições adversas, como solubilidade limitada, baixa biodisponibilidade e instabilidade química, o que pode provocar mudanças físicas ou fisiológicas em suas estruturas, limitando sua eficiência. Neste contexto, polímeros naturais desempenham um papel importante, principalmente para aplicação em alimentos, por serem biodegradáveis e apresentarem biocompatibilidade. Neste trabalho, hidrogéis de amido, gelatina e alginato, carregados de emulsões (emulsion filled hydrogels) foram desenvolvidos visando estabilidade, proteção e entrega controlada de bioativos. O amido foi empregado nas formas gelatinizada e em grânulos. A caracterização dos biopolímeros utilizados, assim como as melhores condições para produção dos sistemas de encapsulação foram avaliadas. O estudo inicial para produção das emulsões, apontou maior estabilidade em pH 6, comparado ao pH 3. Em pH 3 os biopolímeros apresentaram cargas superficiais opostas, levando a complexação e desestabilização das emulsões. No entanto, as diferentes forças iônicas permitiram a produção de microgéis com camadas de recobrimento, possibilitando aplicação de bioativos com propriedades funcionais e de entrega variadas em um mesmo sistema de encapsulação (núcleo, matriz e camadas). O processo de sonicação e a concentração de gelatina também foram avaliados para produção das emulsões. A sonicação possibilitou redução da viscosidade, carga superficial e propriedades interfaciais das soluções biopoliméricas, favorecendo a formação das emulsões, juntamente com a utilização de gelatina em concentrações acima de 1% (m/m). As propriedades funcionais dos hidrogéis com amido gelatinizado ou não foram avaliadas durante a digestão, por simulação in vitro. Os grânulos de amido garantiram maior proteção da rede, preenchendo os poros e reduzindo a degradação. A encapsulação de ?-caroteno na rede contendo amido não gelatinizado, confirmou maior estabilidade na digesta. Os resultados obtidos com este estudo, podem ser úteis para o desenvolvimento de produtos alimentícios fortificados com componentes bioativos hidrofílicos e lipofílicos, com mecanismos de proteção e degradação específicos, além de entrega controlada aos sítios de ação desejados Abstract: The food industry has increased investments in development of fortified products that are associated with improved health and well-being. However, many bioactive compounds such as nutraceuticals (vitamins, minerals and nutrients) presents sensitivity to adverse conditions, such as limited solubility, low bioavailability and chemical instability, which can cause physical or physiological changes in their structures, limiting bioactive efficiency. These limitations can be overcome with the development of encapsulation systems for promoting greater stability, protection and target delivery of bioactive. In this context, natural biopolymers play an important role, especially for food application, as they are biodegradable and biocompatible. In this work, emulsion filled hydrogels of starch, gelatin and alginate were developed aiming stability, protection and controlled delivery of bioactive. Starch was used in gelatinized and non-gelatinized form. The biopolymers characterization, as well as the best conditions for encapsulation systems production were evaluated. The study for emulsion production showed higher stability at pH 6, compared to pH 3. At pH 3 biopolymers presented opposite surface charges, leading to emulsion complexation and destabilization. However, the opposite ionic forces allowed to produce microgels with coating layers, enabling the application of bioactive with varying functional and delivery properties in the same encapsulation system (core, matrix and layers). The sonication process and gelatin concentration were also evaluated for emulsion production. Sonication allowed reduction of viscosity, surface charge and interfacial properties of biopolymer solutions, favoring the formation of emulsions, associated with the use of gelatin in concentrations above 1 % (w/w). The functional properties of hydrogels with gelatinized or non-gelatinized starch were evaluated during digestion by in vitro simulation. Starch granules ensured greater protection of the network, filling the pores and reducing degradation. The encapsulation of ?-carotene in the network containing starch granules confirmed greater stability on digesta. The results obtained with this study may be useful for the development of fortified food products, with hydrophilic and lipophilic bioactive compounds, with specific protection and degradation mechanisms, besides delivery properties to the desired action sites Doutorado Engenharia de Alimentos Doutora em Engenharia de Alimentos CAPES 88882.329561/2019-01