Flow cytometry analysis of human fetal osteoblast fate processes on spark plasma sintered hydroxyapatite-titanium biocomposites

Hydroxyapatite (HA)-based biocomposites have been widely investigated for a multitude of applications and these studies have been largely driven to improve mechanical properties (toughness and strength) without compromising cytocompatibility properties. Apart from routine cell viability/proliferation analysis, limited efforts have been made to quantify the fate processes (cell proliferation, cell cycle, and cell apoptosis) of human fetal osteoblast (hFOB) cells on HA-based composites, in vitro. In this work, the osteoblast cell fate process has been studied on a model hydroxyapatite-titanium (HA-Ti) system using the flow cytometry. In order to retain both HA and Ti, the novel processing technique, that is, spark plasma sintering, was suitably adopted. The cell fate processes of hFOBs, as evaluated using a flow cytometry, revealed statistically insignificant differences among HA-10 wt % Ti and HA and control (tissue culture polystyrene surface) in terms of osteoblast apoptosis, proliferation index as well as division index. For the first time, we provide quantified flow cytometry results to demonstrate that 10 wt % Ti additions to HA do not have any significant influence on the fate processes of human osteoblast-like cells, in vitro.

Osteoblast and monocyte responses to 444 ferritic stainless steel intended for a Magneto-Mechanically Actuated Fibrous Scaffold

The rationale behind this work is to design an implant device, based on a ferromagnetic material, with the potential to deform in vivo promoting osseointegration through the growth of a healthy periprosthetic bone structure. One of the primary requirements for such a device is that the material should be non-inflammatory and non-cytotoxic. In the study described here, we assessed the short-term cellular response to 444 ferritic stainless steel; a steel, with a very low interstitial content and a small amount of strong carbide-forming elements to enhance intergranular corrosion resistance. Two different human cell types were used: (i) foetal osteoblasts and (ii) monocytes. Austenitic stainless steel 316L, currently utilised in many commercially available implant designs, and tissue culture plastic were used as the control surfaces. Cell viability, proliferation and alkaline phosphatase activity were measured. In addition, cells were stained with alizarin red and fluorescently-labelled phalloidin and examined using light, fluorescence and scanning electron microscopy. Results showed that the osteoblast cells exhibited a very similar degree of attachment, growth and osteogenic differentiation on all surfaces. Measurement of lactate dehydrogenase activity and tumour necrosis factor alpha protein released from human monocytes indicated that 444 stainless steel did not cause cytotoxic effects or any significant inflammatory response. Collectively, the results suggest that 444 ferritic stainless steel has the potential to be used in advanced bone implant designs. © 2011 Elsevier Ltd.

Engineering nucleic acid mechanisms for regulation and readout of gene expression : conditional Dicer substrate formation and sensitive multiplexed northern blots

Nucleic acids are most commonly associated with the genetic code, transcription and gene expression. Recently, interest has grown in engineering nucleic acids for biological applications such as controlling or detecting gene expression. The natural presence and functionality of nucleic acids within living organisms coupled with their thermodynamic properties of base-pairing make them ideal for interfacing (and possibly altering) biological systems. We use engineered small conditional RNA or DNA (scRNA, scDNA, respectively) molecules to control and detect gene expression. Three novel systems are presented: two for conditional down-regulation of gene expression via RNA interference (RNAi) and a third system for simultaneous sensitive detection of multiple RNAs using labeled scRNAs.

RNAi is a powerful tool to study genetic circuits by knocking down a gene of interest. RNAi executes the logic: If gene Y is detected, silence gene Y. The fact that detection and silencing are restricted to the same gene means that RNAi is constitutively on. This poses a significant limitation when spatiotemporal control is needed. In this work, we engineered small nucleic acid molecules that execute the logic: If mRNA X is detected, form a Dicer substrate that targets independent mRNA Y for silencing. This is a step towards implementing the logic of conditional RNAi: If gene X is detected, silence gene Y. We use scRNAs and scDNAs to engineer signal transduction cascades that produce an RNAi effector molecule in response to hybridization to a nucleic acid target X. The first mechanism is solely based on hybridization cascades and uses scRNAs to produce a double-stranded RNA (dsRNA) Dicer substrate against target gene Y. The second mechanism is based on hybridization of scDNAs to detect a nucleic acid target and produce a template for transcription of a short hairpin RNA (shRNA) Dicer substrate against target gene Y. Test-tube studies for both mechanisms demonstrate that the output Dicer substrate is produced predominantly in the presence of a correct input target and is cleaved by Dicer to produce a small interfering RNA (siRNA). Both output products can lead to gene knockdown in tissue culture. To date, signal transduction is not observed in cells; possible reasons are explored.

Signal transduction cascades are composed of multiple scRNAs (or scDNAs). The need to study multiple molecules simultaneously has motivated the development of a highly sensitive method for multiplexed northern blots. The core technology of our system is the utilization of a hybridization chain reaction (HCR) of scRNAs as the detection signal for a northern blot. To achieve multiplexing (simultaneous detection of multiple genes), we use fluorescently tagged scRNAs. Moreover, by using radioactive labeling of scRNAs, the system exhibits a five-fold increase, compared to the literature, in detection sensitivity. Sensitive multiplexed northern blot detection provides an avenue for exploring the fate of scRNAs and scDNAs in tissue culture.

Towards conditional RNAi : shape and sequence transduction with small conditional RNAs

RNA interference (RNAi) is a powerful biological pathway allowing for sequence-specific knockdown of any gene of interest. While RNAi is a proven tool for probing gene function in biological circuits, it is limited by being constitutively ON and executes the logical operation: silence gene Y. To provide greater control over post-transcriptional gene silencing, we propose engineering a biological logic gate to implement “conditional RNAi.” Such a logic gate would silence gene Y only upon the expression of gene X, a completely unrelated gene, executing the logic: if gene X is transcribed, silence independent gene Y. Silencing of gene Y could be confined to a specific time and/or tissue by appropriately selecting gene X.

To implement the logic of conditional RNAi, we present the design and experimental validation of three nucleic acid self-assembly mechanisms which detect a sub-sequence of mRNA X and produce a Dicer substrate specific to gene Y. We introduce small conditional RNAs (scRNAs) to execute the signal transduction under isothermal conditions. scRNAs are small RNAs which change conformation, leading to both shape and sequence signal transduction, in response to hybridization to an input nucleic acid target. While all three conditional RNAi mechanisms execute the same logical operation, they explore various design alternatives for nucleic acid self-assembly pathways, including the use of duplex and monomer scRNAs, stable versus metastable reactants, multiple methods of nucleation, and 3-way and 4-way branch migration.

We demonstrate the isothermal execution of the conditional RNAi mechanisms in a test tube with recombinant Dicer. These mechanisms execute the logic: if mRNA X is detected, produce a Dicer substrate targeting independent mRNA Y. Only the final Dicer substrate, not the scRNA reactants or intermediates, is efficiently processed by Dicer. Additional work in human whole-cell extracts and a model tissue-culture system delves into both the promise and challenge of implementing conditional RNAi in vivo.

Developmentally regulated transcription factors in Drosophila melanogaster

During early stages of Drosophila development the heat shock response cannot be induced. It is reasoned that the adverse effects on cell cycle and cell growth brought about by Hsp70 induction must outweigh the beneficial aspects of Hsp70 induction in the early embryo. Although the Drosophila heat shock transcription factor (dHSF) is abundant in the early embryo, it does not enter the nucleus in response to heat shock. In older embryos and in cultured cells the factor is localized within the nucleus in an apparent trimeric structure that binds DNA with high affinity. The domain responsible for nuclear localization upon stress resides between residues 390 and 420 of the dHSF. Using that domain as bait in a yeast two-hybrid system we now report the identification and cloning of a nuclear transport protein Drosophila karyopherin-α3(dKap- α3). Biochemical methods demonstrate that the dKap-α3 protein binds specifically to the dHSF's nuclear localization sequence (NLS). Furthermore, the dKap-α3 protein does not associate with NLSs that contain point mutations which are not transported in vivo. Nuclear docking studies also demonstrate specific nuclear targeting of the NLS substrate by dKap-α3.Consistant with previous studies demonstrating that early Drosophila embryos are refractory to heat shock as a result of dHSF nuclear exclusion, we demonstrate that the early embryo is deficient in dKap-α3 protein through cycle 12. From cycle 13 onward the transport factor is present and the dHSF is localized within the nucleus thus allowing the embryo to respond to heat shock.

The pair-rule gene fushi tarazu (ftz) is a well-studied zygotic segmentation gene that is necessary for the development of the even-numbered parasegments in Drosophila melanogastor. During early embryogenesis, ftz is expressed in a characteristic pattern of seven stripes, one in each of the even-numbered parasegments. With a view to understand how ftz is transcriptionally regulated, cDNAs that encode transcription factors that bind to the zebra element of the ftz promoter have been cloned. Chapter Ill reports the cloning and characterization of the eDNA encoding zeb-1 (zebra element binding protein), a novel steroid receptor-like molecule that specifically binds to a key regulatory element of the ftz promoter. In transient transfection assays employing Drosophila tissue culture cells, it has been shown that zeb-1 as well as a truncated zeb-1 polypeptide (zeb480) that lacks the putative ligand binding domain function as sequencespecific trans-activators of the ftz gene.

The Oct factors are members of the POU family of transcription factors that are shown to play important roles during development in mammals. Chapter IV reports the eDNA cloning and expression of a Drosophila Oct transcription factor. Whole mount in-situ hybridization experiments revealed that the spatial expression patterns of this gene during embryonic development have not yet been observed for any other gene. In early embryogenesis, its transcripts are transiently expressed as a wide uniform band from 20-40% of the egg length, very similar to that of gap genes. This pattern progressively resolves into a series of narrower stripes followed by expression in fourteen stripes. Subsequently, transcripts from this gene are expressed in the central nervous system and the brain. When expressed in the yeast Saccharomyces cerevisiae, this Drosophila factor functions as a strong, octamer-dependent activator of transcription. The data strongly suggest possible functions for the Oct factor in pattern formation in Drosophila that might transcend the boundaries of genetically defined segmentation genes.

Produção in vitro e criopreservação de raízes de Cleome rosea Vahl (Capparaceae)

Cleome rosea é uma espécie nativa, de porte herbáceo, ocorrente em restingas brasileiras. Estudos recentes têm revelado o potencial medicinal da espécie para importantes propriedades farmacológicas, como por exemplo, as atividades anti-inflamatória, antigenotóxica, antiviral e antibacteriana. Porém, nos últimos anos, C. rosea não tem sido encontrada em várias regiões de seu ambiente natural, devido, principalmente, às ações antrópicas. Dessa forma, torna-se relevante o desenvolvimento de métodos de conservação que permitam o estudo e exploração das propriedades medicinais da espécie. O cultivo in vitro de raízes representa uma forma eficiente para produção de biomassa, devido ao rápido crescimento, produção estável de metabólitos, além de representar uma potencial fonte de explantes para a propagação em massa de diferentes espécies. O presente trabalho teve como objetivo a produção in vitro de culturas de raízes de C. rosea, associada à criopreservação, como forma de manutenção em longo prazo das culturas, monitorada através da análise de estabilidade genética. As culturas estabelecidas a partir de explantes radiculares de plantas propagadas in vitro de C. rosea demonstraram excelente capacidade de multiplicação de raízes em meio de cultura suplementado com o fitorregulador ANA, com manutenção dessa capacidade ao longo de sucessivas subculturas. Associado a esses resultados, o estabelecimento de protocolos de criopreservação pelo método de vitrificação resultou em elevados valores de frequência de recuperação do material após congelamento em nitrogênio líquido com as soluções de vitrificação PVS2 e PVS3. Os estudos de monitoramento da estabilidade genética, pela técnica de marcadores moleculares RAPD, revelaram a presença de polimorfismos significativos em uma das três culturas iniciadas a partir de raízes de C. rosea criopreservadas. Esses resultados demonstram as possibilidades de produção de raízes de C. rosea e conservação em longo prazo através da criopreservação, iniciando estudos inéditos para a espécie.

Proteolytic processing of the nonstructural proteins of dengue 2 virus

The genomes of many positive stranded RNA viruses and of all retroviruses are translated as large polyproteins which are proteolytically processed by cellular and viral proteases. Viral proteases are structurally related to two families of cellular proteases, the pepsin-like and trypsin-like proteases. This thesis describes the proteolytic processing of several nonstructural proteins of dengue 2 virus, a representative member of the Flaviviridae, and describes methods for transcribing full-length genomic RNA of dengue 2 virus. Chapter 1 describes the in vitro processing of the nonstructural proteins NS2A, NS2B and NS3. Chapter 2 describes a system that allows identification of residues within the protease that are directly or indirectly involved with substrate recognition. Chapter 3 describes methods to produce genome length dengue 2 RNA from cDNA templates.

The nonstructural protein NS3 is structurally related to viral trypsinlike proteases from the alpha-, picorna-, poty-, and pestiviruses. The hypothesis that the flavivirus nonstructural protein NS3 is a viral proteinase that generates the termini of several nonstructural proteins was tested using an efficient in vitro expression system and antisera specific for the nonstructural proteins NS2B and NS3. A series of cDNA constructs was transcribed using T7 RNA polymerase and the RNA translated in reticulocyte lysates. Proteolytic processing occurred in vitro to generate NS2B and NS3. The amino termini of NS2B and NS3 produced in vitro were found to be the same as the termini of NS2B and NS3 isolated from infected cells. Deletion analysis of cDNA constructs localized the protease domain necessary and sufficient for correct cleavage to the first 184 amino acids of NS3. Kinetic analysis of processing events in vitro and experiments to examine the sensitivity of processing to dilution suggested that an intramolecular cleavage between NS2A and NS2B preceded an intramolecular cleavage between NS2B and NS3. The data from these expression experiments confirm that NS3 is the viral proteinase responsible for cleavage events generating the amino termini of NS2B and NS3 and presumably for cleavages generating the termini of NS4A and NS5 as well.

Biochemical and genetic experiments using viral proteinases have defined the sequence requirements for cleavage site recognition, but have not identified residues within proteinases that interact with substrates. A biochemical assay was developed that could identify residues which were important for substrate recognition. Chimeric proteases between yellow fever and dengue 2 were constructed that allowed mapping of regions involved in substrate recognition, and site directed mutagenesis was used to modulate processing efficiency.

Expression in vitro revealed that the dengue protease domain efficiently processes the yellow fever polyprotein between NS2A and NS2B and between NS2B and NS3, but that the reciprocal construct is inactive. The dengue protease processes yellow fever cleavage sites more efficiently than dengue cleavage sites, suggesting that suboptimal cleavage efficiency may be used to increase levels of processing intermediates in vivo. By mutagenizing the putative substrate binding pocket it was possible to change the substrate specificity of the yellow fever protease; changing a minimum of three amino acids in the yellow fever protease enabled it to recognize dengue cleavage sites. This system allows identification of residues which are directly or indirectly involved with enzyme-substrate interaction, does not require a crystal structure, and can define the substrate preferences of individual members of a viral proteinase family.

Full-length cDNA clones, from which infectious RNA can be transcribed, have been developed for a number of positive strand RNA viruses, including the flavivirus type virus, yellow fever. The technology necessary to transcribe genomic RNA of dengue 2 virus was developed in order to better understand the molecular biology of the dengue subgroup. A 5' structural region clone was engineered to transcribe authentic dengue RNA that contains an additional 1 or 2 residues at the 5' end. A 3' nonstructural region clone was engineered to allow production of run off transcripts, and to allow directional ligation with the 5' structural region clone. In vitro ligation and transcription produces full-length genomic RNA which is noninfectious when transfected into mammalian tissue culture cells. Alternative methods for constructing cDNA clones and recovering live dengue virus are discussed.

Mitigating Scarring and Inflammation during Corneal Wound Healing using Nanofiber-Hydrogel Scaffolds

Due to the universal lack of donor tissue, there has been emerging interest in engineering materials to stimulate living cells to restore the features and functions of injured organs. We are particularly interested in developing materials for corneal use, where the necessity to maintain the tissue’s transparency presents an additional challenge. Every year, there are 1.5 – 2 million new cases of monocular blindness due to irregular healing of corneal injuries, dwarfing the approximately 150,000 corneal transplants performed. The large gap between the need and availability of cornea transplantation motivates us to develop a wound-healing scaffold that can prevent corneal blindness.

To develop such a scaffold, it is necessary to regulate the cells responsible for repairing the damaged cornea, namely myofibroblasts, which are responsible for the disordered and non-refractive index matched scar that leads to corneal blindness. Using in vitro assays, we identified that protein nanofibers of certain orientation can promote cell migration and modulate the myofibroblast phenotype. The nanofibers are also transparent, easy to handle and non-cytotoxic. To adhere the nanofibers to a wound bed, we examined the use of two different in situ forming hydrogels: an artificial extracellular matrix protein (aECM)-based gel and a photo-crosslinkable heparin-based gel. Both hydrogels can be formed within minutes, are transparent upon gelation and are easily tunable.

Using an in vivo mouse model for epithelial defects, we show that our corneal scaffolds (nanofibers together with hydrogel) are well-tolerated (no inflammatory response or turbidity) and support epithelium regrowth. We developed an ex vivo corneal tissue culture model where corneas that are wounded and treated with our scaffold can be cultured while retaining their ability to repair wounds for up to 21 days. Using this technique, we found that the aECM-based treatment induced a more favorable wound response than the heparin-based treatment, prompting us to further examine the efficacy of the aECM-based treatment in vivo using a rabbit model for stromal wounds. Results show that treated corneas have fewer myofibroblasts and immune cells than untreated ones, indicating that our corneal scaffold shows promise in promoting a calmer wound response and preventing corneal haze formation.

Cultura de tecidos desdiferenciados e embriões somáticos de Petiveria alliacea L. visando à produção de substâncias bioativas

Petiveria alliacea L. pertence à família Phytolaccacceae e é conhecida popularmente como guiné ou amansa-senhor, entre outros nomes. Tem sido muito utilizada na medicina popular como agente terapêutico, devido à diversas propriedades farmacológicas. Estudos fitoquímicos têm contribuído para a descoberta de grande variedade de substâncias biologicamente ativas produzidas em diferentes partes da planta (saponinas, alcalóides, flavonóides, sulfetos, taninos, cumarinas, entre outros). A análise química da raiz tem revelado grande quantidade de derivados sulfurados, principalmente o dibenzil trissulfeto (DTS), com atividade antifúngica, antibacteriana, antioxidante e anticancerígena. Visando avaliar a produção biotecnológica do DTS, o presente trabalho teve como objetivo, otimizar a cultura de novas linhagens de calos, células em suspensão e embriões somáticos, a partir de plantas de P. alliacea L. mantidas in vitro, com o monitoramento da capacidade biossintética das culturas. Os resultados mostraram que a produção de calos friáveis foi possível em explantes foliares inoculados em meio MS suplementado com PIC ou 2,4-D. Além da resposta calogênica, foi observada a produção de estruturas globulares caracterizadas como embriões somáticos. A ocorrência de embriogênese somática direta foi confirmada através da análise histológica do processo regenerativo. A indução de embriões somáticos gerou um processo de embriogênese secundária altamente repetitivo até 150 dias de cultura e conversão a plantas em freqüência de 5%. Em relação à cultura de células em suspensão a partir dos calos friáveis, observou-se uma diminuição do crescimento celular ao longo das subculturas. As culturas em suspensão originadas de tecido embriogênico secundário continuaram o processo repetitivo em meio líquido e apresentaram conversão a plantas em taxas mais baixas que as obtidas em meio sólido. A obtenção de plantas completas a partir dos embriões somáticos demonstrou a possibilidade de utilização desse sistema para a micropropagação dessa espécie. O monitoramento fitoquímico dos sistemas de cultura in vitro e plantas de campo mantidas em casa de vegetação durante 02 anos apresentou diferenças significativas, confirmando que a cultura de tecidos pode alterar as rotas metabólicas. A cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas realizada com extrato em diclorometano de embriões secos e hexânico de embriões frescos e raízes secas de plantas provenientes de embriões somáticos, demonstrou a presença do DTS, constituindo, portanto, sistemas in vitro importantes para a modulação desta substância.

Produção de carotenoides em culturas in vitro de Cleome rosea Vahl ex DC (Capparaceae) e avaliação de sua toxicidade e potencial antioxidante

A produção e a otimização de substâncias de valor medicinal têm sido alcançadas pelo uso das técnicas de cultura de tecidos vegetais, que têm apresentado grande relevância quando se considera o status de conservação de uma espécie ou sua ocorrência em ambientes ameaçados. No presente trabalho foi avaliada a produção de carotenoides em culturas de calos e células em suspensão de Cleome rosea Vahl ex DC, espécie nativa encontrada em áreas de restinga nos estados do Rio de Janeiro e de São Paulo. Plantas micropropagadas obtidas a partir de raízes produzidas in vitro foram usadas como fonte de explantes para o início das culturas de calos. A produção de massa calogênica foi avaliada em meio MS suplementado com diferentes concentrações das auxinas ácido 2,4-diclorofenoxiacético e ácido 4-amino- 3,5,6-tricloropicolínico, na presença de luz ou no escuro. O uso de diferentes meios básicos de cultura (B5, Nitsch, White) também foi avaliado. A calogênese foi induzida em todos os tratamentos, entretanto a maior produção de biomassa foi alcançada pelas culturas mantidas na presença de luz. A maior produção de massa calogênica foi obtida em culturas iniciadas no meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D. A exposição das culturas à luz foi um fator essencial para a produção de carotenoides, que só ocorreu nas culturas mantidas nessa condição. Culturas de calos foram submetidas a tratamentos com substâncias elicitoras (extrato de levedura, metil jasmonato, quitosana) em diferentes concentrações e por um período de exposição de sete ou 14 dias visando otimizar a produção do pigmento. A maior produção de carotenoides nas culturas elicitadas foi alcançada com o tratamento com metil jasmonato (MJ) na concentração de 300 μM, independentemente do tempo de exposição ao elicitor. Análises cromatográficas mostraram que o processo de elicitação com MJ induziu ao aumento na produção de β-caroteno. Calos elicitados nessa condição foram usados para iniciar culturas de células em suspensão (CCS). Estas culturas foram acompanhadas por três subculturas realizadas a cada 20 dias, durante a fase exponencial de crescimento. Embora as CCS tenham mantido uma produção de biomassa constante ao longo das subculturas, os valores de produção de carotenoides foram inferiores àqueles alcançados pelas culturas de calos e não houve diferenças estatísticas significativas quando comparadas às CCS iniciadas a partir de calos não elicitados. Extratos de calos produzidos em meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D foram avaliados quanto à sua capacidade antioxidante por meio da incubação dos extratos com DNA plasmidial em presença de cloreto estanoso (SnCl2), um potente agente redutor capaz de produzir quebras na molécula de DNA. Os extratos foram avaliados em concentrações crescentes (25 - 500 μg.mL-1) e apresentaram uma proteção dose dependente à ação do SnCl2. Estudos de toxicidade com o modelo de Artemia salina demonstraram que os extratos não apresentaram toxicidade nas concentrações avaliadas. Os resultados alcançados mostram que a elicitação foi eficiente para a otimização da produção de β-caroteno nas culturas in vitro e que os extratos obtidos a partir desses materiais apresentaram atividade antioxidante, indicando o êxito das técnicas de cultura de tecidos para a produção deste metabólito sob condição in vitro.

Avaliação do potencial antimalárico de Norantea brasiliensis Choisy (Marcgraviaceae) cultivada in vitro e in vivo

A malária é uma doença infecciosa causada por protozoários do gênero Plasmodium, transmitidos ao homem, principalmente, através da picada do mosquito infectado. O tratamento é realizado por meio do uso de drogas, como a cloroquina, uma vez que não há vacina eficiente contra a doença. Porém, a resistência dos parasitos aos medicamentos tem levado à busca por novas substâncias com atividade antimalárica, inclusive de origem vegetal. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a atividade antimalárica de extratos metanólicos de Norantea brasiliensis cultivada sob condições in vivo e in vitro, espécie nativa ocorrente em restingas, com potencial medicinal já comprovado para várias atividades. Foram desenvolvidos protocolos de calogênese e cultura de raízes da espécie visando à definição de um sistema de produção de metabólitos. Para a cultura in vitro, explantes foram inoculados em meio líquido e sólido contendo diferentes fitorreguladores e concentrações. A partir da cultura de tecidos, foram testados extratos do material produzido biotecnologicamente para comparação com o material botânico cultivado no campo. Os testes sobre o potencial antimalárico foram realizados in vivo, utilizando-se camundongos infectados pelo Plasmodium berghei ANKA, e in vitro utilizando o Plasmodium falciparum. Em seguida foram administrados a cloroquina e os extratos vegetais. A parasitemia foi observada seguindo os protocolos já estabelecidos pelo Laboratório de Imunofarmacologia do Instituto Oswaldo Cruz (IOC). Resultados mostraram que explantes foliares e caulinares de plantas germinadas in vitro, inoculados em meio sólido B5 suplementado com 2,0 mg.mL-1 de ANA, são as melhores fontes para a produção de raízes, apresentando maiores valores de peso fresco e peso seco, mostrando-se um sistema promissor para a produção in vitro de metabólitos da espécie. A avaliação da atividade antimalárica in vivo revelou seu potencial a partir de extrato de raízes de planta cultivada in vivo, na concentração de 50 mg/kg apresentando redução significativa da parasitemia quando comparada com o controle não tratado. Paralelamente, nos testes in vitro a concentração de 100 μg/kg do extrato de raízes de planta cultivada in vivo apresentou diferença significativa quando comparada com as outras concentrações testadas e o controle negativo. Além disso, há uma tendência de aumento do efeito inibitório conforme o aumento da concentração do extrato. Os resultados indicam o potencial de atividade antimalárica em raízes de N. brasiliensis, sendo este estudo o primeiro realizado para a espécie

Cultura de tecidos e análise do potencial antioxidante de Passiflora alata Curtis

Passiflora alata Curtis, comumente conhecida como maracujá-doce, é uma das espécies do gênero Passiflora cultivadas comercialmente, sendo consumida in natura devido ao seu gosto adocicado. Ela também é utilizada em todo o mundo como ornamental e na medicina popular. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de diferentes estratégias para a cultura in vitro de P. alata e a análise da produção de substâncias antioxidantes nos materiais obtidos in vitro, em comparação com as plantas in vivo. Diferentes tratamentos visando à quebra da dormência das sementes foram avaliados para a germinação in vitro ou in vivo, além da incubação das sementes sob tipos distintos de luz. Para o estabelecimento das culturas primárias, apices caulinares e segmentos nodais das plântulas derivadas da germinação in vitro foram cultivados em meio MSM . A taxa de alongamento dos brotos e o número de nós por brotos das culturas primárias foram aumentados pela adição de água de coco ao meio. Plantas derivadas dessas culturas foram utilizadas como fontes de explantes nodais, internodais e foliares. O potencial morfogênico de sementes sem tegumento foi também avaliado. Calos friáveis foram induzidos a partir de segmentos nodais e foliares na presença de PIC, e aqueles obtidos a partir de folhas em meio suplementado com PIC a 28,9 μM foram selecionados para o estabelecimento de culturas de células em suspensão. Após o desenvolvimento de diferentes estratégias in vitro para P. alata, folhas de plantas in vivo foram utilizadas para a avaliação de parâmetros que afetam a extração de substâncias antioxidante. O potencial antioxidante foi determinado pelo ensaio DPPH e o conteúdo de fenóis totais foi determinado utilizando o método Folin-Ciocalteau. Após o desenvolvimento do protocolo de extração, a atividade antioxidante dos diferentes materiais in vitro foi também avaliada. A eficiência antirradicalar variou entre os sistemas de cultura estudados, sendo diretamente proporcional ao conteúdo de fenóis totais dos extratos. Esses resultados indicam que as estratégias para cultura in vitro de P. alata desenvolvidas neste trabalho representam alternativas para a multiplicação de plantas e produção de substâncias fenólicas com ação antioxidante.

Cultura de tecidos, análise fitoquímica e avaliação da atividade biológica de Arachis villosulicarpa Hoehne

O amendoim cultivado (Arachis hypogaea) possui várias substâncias com capacidade antioxidante que apresentam efeitos benéficos para a saúde humana. Entretanto, a produção dessas substâncias ainda não foi observada em outras espécies do gênero. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura in vitro para Arachis villosulicarpa, visando o desenvolvimento de alternativas para a produção metabólitos especiais. Segmentos nodais, internodais e foliares foram excisados de plantas in vitro e inoculados em meio MS suplementado com BAP, ANA, PIC ou 2,4-D. Os explantes apresentaram respostas distintas de acordo com o regulador de crescimento utilizado. Na presença de PIC, foi observada a formação de calos friáveis levemente oxidados em todos os explantes. Por outro lado, quando cultivados na presença de BAP ou 2,4-D, os explantes apresentaram a formação de calos compactos, com formação de brotos em diferentes taxas. Na presença de ANA, segmentos nodais e internodais não apresentaram resposta, enquanto que segmentos foliares apresentaram a formação de raízes adventícias em todas as concentrações testadas. Neste trabalho foi realizado uma avaliação comparativa da produção de metabólitos especiais e da atividade biológica em extratos de calos oriundos de folíolos inoculados em BAP 8,8 M, plantas in vitro e plantas ex vitro . Nas análises por meio do HPTLC e do HPLC foi possível demonstrar a diferença na produção de algumas substâncias e indicar a presença de flavonóides e polifenóis nos materiais analisados. Além disso, a partir das atividades biológicas foi possível identificar tanto a atividade antioxidante quanto a não mutagênica dos extratos. Dessa forma, estudos visando à detecção de metabólitos especiais em A. villosulicarpa podem expandir o conhecimento sobre as possibilidades de utilização de espécies do gênero Arachis.

Cultura de tecidos e conservação in vitro de Passiflora foetida L.

O gênero Passiflora ocorre principalmente em regiões de clima tropical, sendo o Brasil um importante centro de diversidade. Passiflora foetida L. é uma espécie silvestre que apresenta características de interesse ornamental e medicinal. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura de tecidos e criopreservação para P. foetida. Explantes caulinares foram excisados de culturas primárias obtidas a partir de plântulas derivadas da germinação in vitro. Para isso foram inoculados em meio MSM, suplementado com diferentes concentrações de ANA, PIC, TDZ e BAP utilizado isoladamente ou em combinação com ANA, e mantidos na presença ou ausência de luz. Foi observada a produção de brotos, calos e raízes adventícias, de acordo com o tipo e a concentração do regulador de crescimento testado e da condição de cultura utilizada. A produção de plantas ocorreu via organogênese direta e indireta em resposta a BAP, enquanto que a formação de calos não morfogênicos foi observada a partir de ambos explantes em resposta a PIC. A produção de raízes adventícias ocorreu em resposta a ANA. Tendo em vista a produção de raízes observada em meio sólido, segmentos internodais foram inoculados em meio líquido suplementado com diferentes auxinas e mantidos em imersão contínua ou sobre pontes de papel de filtro. A maior taxa de multiplicação de raízes foi observada a partir de entrenós mantidos no sistema de ponte de papel de filtro, em resposta a ANA. Segmentos radiculares excisados das culturas primárias também foram utilizados visando à produção de brotos e a multiplicação de raízes. Contudo, apenas foi observada a formação de gemas, sem posterior desenvolvimento de brotos. Além disso, a capacidade proliferativa dos segmentos radiculares inoculados em meio suplementado com ANA foi menor que a obtida a partir dos entrenós cultivados nas mesmas condições. Neste trabalho, foram também testados diferentes protocolos de criopreservação para ápices caulinares de P. foetida por meio de vitrificação e encapsulamento-vitrificação. A recuperação de plantas pós-congelamento foi observada unicamente a partir de ápices encapsulados e expostos à solução de vitrificação PVS2 por 120 minutos. Tendo em vista o potencial medicinal já descrito para P. foetida, através dos diferentes sistemas de cultura desenvolvidos neste trabalho serão obtidos materiais para a avaliação de diferentes atividades biológicas.

Micropropagação e avaliação da potencialidade genotóxica de Petiveria alliacea L.

Petiveria alliacea L. é uma planta pertencente à família Phytolaccaceae, conhecida popularmente no país como guiné, erva-de-alho, erva-tipi ou amansa-senhor. Nativa da Região Amazônica tem sido cultivada em muitas áreas tropicais com propósito medicinal ou ritualístico. O objetivo desse trabalho foi (i) o desenvolvimento e a multiplicação de plantas de P. alliacea L. através de métodos de cultura de tecidos, e monitoramento fitoquímico das culturas, e (ii) avaliação comparativa das potencialidades genotóxica e antigenotóxica entre plantas coletadas no campo e produzidas in vitro. Exemplares de diferentes populações ocorrentes no estado do Rio de Janeiro foram utilizados como matrizes para a cultura. Foi estabelecido um protocolo para multiplicação das plantas em meio MS suplementado com BAP e ANA em diferentes concentrações e combinações, que forneceu como melhor resultado em média 8 plantas por explante na concentração de BAP 4,4 μM + ANA 0,54 μM. A análise fitoquímica foi baseada em métodos cromatográficos de diferentes extratos de plantas de campo e plantas in vitro das populações estudadas resultando em diferentes substâncias identificadas nas amostras analisadas por cromatografia em camada delgada. Os extratos foram também avaliados por cromatografia gasosa acoplada á espectrometria de massas, sendo identificadas diferentes substâncias, entre as quais o dibenzil dissulfeto, um produto de degradação de tiosulfinatos com importantes atividades biológicas na defesa das plantas. Os extratos aquosos das plantas de campo e daquelas estabelecidas in vitro foram submetidos à avaliação da potencialidade genotóxica e antigenotóxica, usando-se como modelo o DNA plasmidial pUC 9.1. Os resultados demonstraram que as concentrações utilizadas do extrato aquoso foram capazes de induzir alterações na conformação estrutural do DNA, indicando a ocorrência de quebras simples e duplas nesta molécula. Observou-se também que as lesões aumentaram, proporcionalmente ao aumento da concentração dos extratos, caracterizando-se, assim, um efeito dose-resposta. Os dados também apontaram para um efeito protetor do extrato aquoso, em relação aos danos oxidativos causados pelo cloreto estanoso, indicando, também, uma potencialidade antigenotóxica do extrato aquoso.