Synthesis and evaluation of polymer nanoparticles for delivery in RPE cells

Ocular pathologies are among the most debilitating medical conditions affecting all segments of the population. Traditional treatment options are often ineffective, and gene therapy has the potential to become an alternative approach for the treatment of several pathologies. Methacrylate polymers have been described as highly biocompatible and are successfully used in medical applications. Due to their cationic nature, these polymers can be used to form polyplexes with DNA for its delivery. This work aims to study the potential of PDMAEMA (poly(2-(N,N’-dimethylamino)ethyl methacrylate)) as a non viral gene delivery system to the retina. The first part of this work aimed to study the potential for gene delivery of a previously synthesized PDMAEMA polymer of high molecular weight (354kDa). In the second part, we synthesized by RAFT a PDMAEMA with a lower molecular weight (103.3kDa) and similarly, evaluated its ability to act as a gene delivery vehicle. PDMAEMA/DNA polyplexes were prepared at 5, 7.5, 10, 12.5 and 20 nitrogen/phosphorous (N/P) ratio for the 354kDa PDMAEMA and at 5 and 7.5 for the 103.3kDa PDMAEMA. Dynamic light scattering and zeta potential measurements confirmed the nanosize and positive charge of polyplexes for all ratios and for both polymers. Both high and low Mw PDMAEMA were able to efficiently complex and protect DNA from DNase I degradation. Their cytotoxicity was evaluated using a non-retinal cell line (HEK293) and a retinal pigment epithelium (RPE) cell line (D407). We have found that cytotoxicity of the free polymer is concentration and time dependent, as expected, and negligible for all the concentrations of the PDMAEMA-DNA polyplexes. Furthermore, for the concentrations to be used in vivo, the 354kDa PDMAEMA showed no signs of inflammation upon injection in the intravitreal space of C57BL/6 mice. The transfection efficiency, as evaluated by fluorescence microscopy and flow cytometry, showed that the D407 retinal cells were transfected by polyplexes of both high and low Mw PDMAEMA, but with varied efficiency, which was dependent on the N/P ratio. Althogether, these results suggest that PDMAEMA is a feasible candidate for non-viral gene delivery to the retina, and this work constitutes the basis of further studies to elucidate the bottleneck in transfection and further optimization of the material.

Development of non-viral vectors for gene therapy for pathologies of the retina

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Locust bean gum-based microparticles for pulmonary delivery of antibiotics

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Análise morfométrica digital na parede aórtica de suínos após implante de stents não revestidos versus stents revestidos com dacron

Os stents são dispositivos intravasculares implantados com o objetivo de dilatar ou fixar a placa de colesterol contra a parede arterial. O objetivo avaliar dois tipos de stents de aço inoxidável, um recoberto com poliéster (dacron) e outro não recoberto, implantados na aorta infra-renal de suínos jovens, foram avaliados por morfometria digital para medir o espessamento intimal. Foi realizado um estudo experimental randomizado, separados em dois grupos(stents não revestidos e revestidos com dacron) e duas fases (I e II). Oito stents recobertos com dacron e oito stents de aço inoxidável (30mm de extensão e 8 mm de diâmetro), não revestidos, foram implantados através de abordagem retroperitoneal na aorta infrarenal normal de 16 suínos normolipêmicos. Para a passagem do sistema de implante, foi necessário uma pequena arteriotomia na aorta distal (fase I). Após quatro semanas, a aorta com os stents foram removidas em monoblocos (fase II). Os valores de hematimetria e do lipidograma foram coletados nas duas fases e não apresentaram alterações que pudessem influenciar o estudo. Amostras de tecido dos sítios de fixação (proximal e distal) dos stents foram retiradas, confeccionadas lâminas, que foram coradas pelas técnicas de hematoxilina e eosina de Verhoeff e enviadas para análise morfométrica digital. A camada intima distal não apresentou diferença estatística significativa. A camada média proximal das porções proximal e da porção distal não apresentaram diferença entre os grupos. Os dois tipos de stents apresentaram 100% de perviedade, boa biocompatibilidade e boa incorporação a parede aórtica de suínos normolipêmicos. A camada íntima proximal do grupo de stents revestidos com dacron apresentou espessura maior do que os stents não revestidos, mas com significância estatísitica limítrofe.

Produção de implantes de titânio, via moldagem por injeção de pós de hidretos de titânio

O objetivo deste trabalho foi a produção e caracterização de componentes sinterizados de titânio para aplicação biomédica, obtidos através do processo de fabricação chamado de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ), ou “Metal Injection Molding” ( MIM ) na língua inglesa. Para a produção dos componentes de titânio, utilizou-se de pós de hidreto de titânio produzidos pelo processo de Hidretação-Dehidretação ( HDH ), no Laboratório de Transformação Mecânica - UFRGS. Foram realizados ensaios para a caracterização dos componentes sinterizados quanto às suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão, características morfológicas e de biocompatibilidade. Este trabalho concentra-se no desenvolvimento e produção de componentes para área odontológica ( implantodontia ) e médica, visando a implementar a técnica de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ) de hidreto de titânio para aplicação na produção de implantes, tendo em vista que, atualmente, este processo não é utilizado para tal fim. Para as análises de biocompatibilidade foram produzidos parafusos corticais para utilização como implantes. Após a caracterização morfológica e química dos implantes produzidos foram realizados ensaios in vitro de corrosão e in vivo de biocompatibilidade onde foi possível observar algumas características da superfície do implante como, por exemplo, a susceptibilidade à corrosão por frestas e elevado recobrimento ósseo do implante.

Avaliação do reparo ósseo em fêmures de ratos após implante de blocos de cimento de fosfato de cálcio e enxerto ósseo autógeno

Proposição: o trabalho busca descrever, por resultado histológico, o processo de reparo ósseo de cavidades cirurgicamente criadas avaliando a biocompatibilidade e osteocondutibilidade do cimento de α-fosfato tricálcico (CFtC) (SANTOS, 2002); e o comportamento da cicatrização óssea frente ao implante de CFtC comparada ao enxerto ósseo autógeno e à cavidade cirúrgica livre de enxerto. Metodologia: foram utilizados 30 ratos da raça Rattus novergicus albinus, Cepa Wistar, divididos em cinco grupos. O Grupo I correspondeu ao período de três; Grupo II, de sete; Grupo III, de 14; Grupo IV, de 21; Grupo V, de 60 dias pós-operatórios. Na diáfise óssea de cada fêmur direito, houve a confecção de três cavidades ósseas, sendo designadas: teste (T), na porção proximal do fêmur, que recebeu implantação do bloco de CFtC; controle positivo (C+), na porção distal, onde foi realizada a enxertia óssea autógena; e controle negativo (C-), na porção média, que permaneceu livre de enxerto. Resultados: aos três dias pós-operatórios, observou-se a presença de infiltrado inflamatório, hemácias e proliferação fibroblástica em T, C- e C+. Aos sete dias, a intensa neoformação óssea foi constatada nos grupos T e C+, o que não ocorreu no grupo C-. Nesse período, verificou-se início da reabsorção do CFtC pelas células do sistema fagocitário. Aos 14 dias, houve intensa atividade osteoblástica nos três grupos, assim como em 21 dias. Aos 60 dias pós-operatórios, nos grupos T, C- e C+, o osso neoformado assemelhou-se ao osso circundante, sendo que em C- e C+ verificou-se discreta solução de continuidade no osso cortical ostectomizado. Em T, não houve a oclusão do teto da cavidade. Conclusões: CFtC, formulado por Santos (2002), responde a biocompatibilidade e osteotransdutividade; o osso alveolar, em ratos, frente ao implante do CFtC e ao enxerto ósseo autógeno, realiza um processo de neoformação óssea, já no período de sete dias, assim, quando comparados, o grupo C- com os grupos T e C+, declara-se uma aceleração inicial do processo cicatricial nas cavidades preenchidas; e aos 60 dias, os grupos controles apresentaram cicatrização óssea quase total, sendo assim, sugere-se, experimentalmente, tempos de implantação superiores há 60 dias, para análise da reabsorção do cimento estudado (SANTOS, 2002).

Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

Síntese e caracterização de nanopartículas FeOx/Au/Ag em multicamada núcleo-concha

Nesta dissertação, apresenta-se o trabalho realizado no decorrer do segundo ano do Mestrado em Bioquímica Aplicada. Prepararam-se nanopartículas metálicas através da redução química de sais metálicos em solução. Obtiveram-se soluções coloidais monometálicas de Au, Ag e FeOx e bimetálicas de Au/Ag, Ag/Au, FeOx/Au e FeOx/Ag seguindo ou adaptando métodos publicados na literatura. Numa primeira fase foram sintetizadas nanopartículas monometálicas de prata e ouro utilizando-se β-D-glucose, borohidreto de sódio e β-ciclodextrina como agente redutor dos iões metálicos. Seguidamente, por co-redução de uma mistura de iões prepararam-se ligas de nanopartículas de prata e ouro e por redução sucessiva de Ag e Au sintetizaram-se nanopartículas com uma estrutura núcleo-concha. As nanopartículas de FeOx foram preparadas por co-precipitação de Fe (III) e Fe (II). O revestimento com ouro foi conseguido através da redução com citrato de sódio e para a deposição de prata utilizou-se o ácido ascórbico. As soluções coloidais preparadas foram caracterizadas através de estudos de espetroscopia do UV-vis, tendo sido registados os máximos de absorvância característicos do ouro e da prata e os desvios esperados para o caso das nanopartículas núcleo-concha. As análises por dispersão dinâmica de luz permitiram auferir o tamanho das nanopartículas, eventual aglomeração e, portanto, permitiram a apreciação da estabilidade dos coloides. Com o intuito de confirmar a formação de estruturas em camada núcleo-concha foi feita a caracterização das amostras por microscopia eletrónica de transmissão e espetroscopia de raios-X de energia dispersiva. Alguns dos espetros obtidos confirmam o sucesso na preparação de uma estrutura em multicamada. Finalmente, demonstrou-se a biocompatibilidade de algumas amostras preparadas através da realização de estudos de citotoxicidade na linha celular fibroblástica NIH 3T3.

Avaliação do estresse oxidativo induzido por superfícies de titânio

Commercially pure Titanium (cp Ti) is a material largely used in orthopedic and dental implants due to its biocompatibility properties. Changes in the surface of cp Ti can determine the functional response of the cells such as facilitating implant fixation and stabilization, and increased roughness of the surface has been shown to improve adhesion and cellular proliferation. Various surface modification methods have been developed to increase roughness, such as mechanical, chemical, electrochemical and plasma treatment. An argon plasma treatment generates a surface that has good mechanical proprieties without chemical composition modification. Besides the topography, biological responses to the implant contribute significantly to its success. Oxidative stress induced by the biomaterials is considered one of the major causes of implant failure. For this reason the oxidative potential of titanium surfaces subjected to plasma treatment was evaluated on this work. CHO-k1 cells were cultivated on smooth or roughed Ti disks, and after three days, the redox balance was investigated measuring reactive oxygen species (ROS) generation, total antioxidant capacity and biomarkers of ROS attack. The results showed cells grown on titanium surfaces are subjected to intracellular oxidative stress due to hydrogen peroxide generation. Titanium discs subjected to the plasma treatment induced less oxidative stress than the untreated ones, which resulted in improved cellular ability. Our data suggest that plasma treated titanium may be a more biocompatible biomaterial.

Síntese e caracterização do poli(ácido láctico) para potencial uso em sistemas de liberação controlada de fármacos

With the advances in medicine, life expectancy of the world population has grown considerably in recent decades. Studies have been performed in order to maintain the quality of life through the development of new drugs and new surgical procedures. Biomaterials is an example of the researches to improve quality of life, and its use goes from the reconstruction of tissues and organs affected by diseases or other types of failure, to use in drug delivery system able to prolong the drug in the body and increase its bioavailability. Biopolymers are a class of biomaterials widely targeted by researchers since they have ideal properties for biomedical applications, such as high biocompatibility and biodegradability. Poly (lactic acid) (PLA) is a biopolymer used as a biomaterial and its monomer, lactic acid, is eliminated by the Krebs Cycle (citric acid cycle). It is possible to synthesize PLA through various synthesis routes, however, the direct polycondensation is cheaper due the use of few steps of polymerization. In this work we used experimental design (DOE) to produce PLAs with different molecular weight from the direct polycondensation of lactic acid, with characteristics suitable for use in drug delivery system (DDS). Through the experimental design it was noted that the time of esterification, in the direct polycondensation, is the most important stage to obtain a higher molecular weight. The Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrograms obtained were equivalent to the PLAs available in the literature. Results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that all PLAs produced are semicrystalline with glass transition temperatures (Tgs) ranging between 36 - 48 °C, and melting temperatures (Tm) ranging from 117 to 130 °C. The PLAs molecular weight characterized from Size Exclusion Chromatography (SEC), varied from 1000 to 11,000 g/mol. PLAs obtained showed a fibrous morphology characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM)

Adesão, proliferação e genotoxicidade celular de celulose bacteriana modificada por plasma

Bacterial cellulose (BC) has a wide range of potential applications, namely as temporary substitute skin in the treatment of skin wounds, such as burns, ulcers and grafts. Surface properties determine the functional response of cells, an important factor for the successful development of biomaterials. This work evaluates the influence of bacterial cellulose surface treatment by plasma (BCP) on the cellular behavior and its genotoxicity potential. The modified surface was produced by plasma discharge in N2 and O2 atmosphere, and the roughness produced by ion bombardment characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Cell adhesion, viability and proliferation on BCP were analysed using crystal violet staining and the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium (MTT) method. Genotoxicity was evaluated using the comet and cytokinesis block micronucleus assay. The results show that the plasma treatment changed surface roughness, producing an ideal cell attachment, evidenced by more elongated cell morphology and improved proliferation. The excellent biocompatibility of BCP was confirmed by genotoxicity tests, which showed no significant DNA damage. The BCP has therefore great potential as a new artificial implant

Desenvolvimento e caracterização de um sistema microemulsionado contendo anfotericina b para uso oftalmológico

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Superfícies de titânio modificadas termoquimicamente por plasma : avaliação da resposta biológica

This laboratory study involves the participation of a group with professionals from different areas that had contributed to the construction of a multidisciplinary knowledge, about biological response of titanium surfaces modified through thermochemical treatment by plasma. Thus, the crystalline phase was previously characterized in relation to the topography, roughness, molhability and nitrogen concentration in the samples surface. It s indispensable that materials implanted can influence in a good cellular response as well as promotes a bacteria action. Surfaces modified by plasma were exposed to different cultures such as: cellular (human osteoblastic) and bacteria (Staphylococcus epidermidis ATCC35984 and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853) in order to evaluate the biological response. It was evaluated the adhesion, proliferation, morphology and cellular preference of human ostheoblastic cells (HOST), as well as the formation of a biofilm and bacteria proliferation. It was still analyzed the bacteria selectivity ability in relation to the surfaces. The software Image Pro Plus was used to the counting of cells and bacteria adhered to the surface of disks. The results were submitted to the variance analysis (ANOVA), and then, by the Kruskal-Wallis test, using GraphPad Instat ® software, version 3.5 to Windows. The nitrided samples in spite of show a higher roughness and molhability showed a smaller bacteria growing and higher cellular proliferation, when compared to non treated samples, indicating that the treated material present a high efficiency to biomedical implants

Implante de biomateriais e a consolidação óssea em cadelas submetidas à ovariossalpingo-histerectomia

Avaliou-se a hidroxiapatita com alandronato e hidroxiapatita com colágeno na aceleração da consolidação óssea do rádio de cadelas adultas submetidas à ovariossalpingo-histerectomia (OSH). Utilizaram-se 14 cadelas adultas, distribuídas aleatoriamente em dois grupos: grupo-controle e grupo OSH (submetidas à OSH). Quatro meses após a OSH, as cadelas dos dois grupos foram submetidas à cirurgia para produção de uma falha óssea de 4mm de diâmetro nos terços distal e proximal do rádio. No terço distal do membro direito, foi utilizada a hidroxiapatita com alandronato e, no membro esquerdo, a hidroxiapatita com colágeno; no terço proximal, não se utilizou nenhum biomaterial. Houve retardo na consolidação das falhas ósseas nas cadelas submetidas à OSH comparadas com as não submetidas. A hidroxiapatita com alandronato acelerou o processo de reparação e, em todos os animais dos dois grupos, a densidade óssea foi significativamente maior no terço distal onde foi implantada. Os dois biomateriais apresentaram biocompatibilidade, constatada pela ausência de reação inflamatória ou outra reação indesejável.

Modificação superficial do tecido de malha de ácido polilatico (PLA) por tratamento plasma

Some fibrous materials, for having properties such as biocompatibility, strength and flexibility, are of great interest for medical and pharmaceutical applications. Among these materials, the fabric made from polylactic acid (PLA) has received special attention, and beside to present these features, is derived from biological source, antimicrobial and bioabsorbable. One of the limitations of PLA is its low wettability and capillarity. Due to this, it is necessary to perform surface modification of the knitted fabric, increasing its hydrophilicity. This work aims to realize the plasma treatment at low pressure in order to increase the surface energy of the polymer. The work was divided into three steps: i) Influence of the gas ratio (oxygen and nitrogen) in the surface modification of PLA fabric after the plasma treatment, ii) physical characterization and physicochemical surface tissue; iii) Evaluation of the effect from current and gas ratio in the capillary rise of tissues and iv) Study of capillarity in yarns and fabrics. The results showed that better gas ratios were the atmospheres: 100% oxygen; 100% nitrogen and 50% oxygen and 50% nitrogen. The surface characterization showed changes in topography and introduction of polar groups which increased the wettability of the fabric. In another part of this study, it was found that the atmosphere containing only nitrogen gas showed the most capillary rise to a current of 0.15 A. The results in capillary yarns and fabrics showed that the thread reached equilibrium in a time much less than the fabric to an atmosphere of 100% nitrogen and 0.15 A. Current Plasma technology was effective to increase the hydrophilicity of PLA fabric, providing surface characteristics favorable for future application in the biomedical field