Sustained release of nanosized complexes of polyethylenimine and anti-TGF-beta 2 oligonucleotide improves the outcome of glaucoma surgery.

The purpose of this study was to design microspheres combining sustained delivery and enhanced intracellular penetration for ocular administration of antisense oligonucleotides. Nanosized complexes of antisense TGF-beta2 phosphorothioate oligonucleotides (PS-ODN) with polyethylenimine (PEI), and naked PS-ODN were encapsulated into poly(lactide-co-glycolide) microspheres prepared by the double-emulsion solvent evaporation method. The PS-ODN was introduced either naked or complexed in the inner aqueous phase of the first emulsion. We observed a marked influence of microsphere composition on porosity, size distribution and PS-ODN encapsulation efficiency. Mainly, the presence of PEI induced the formation of large pores observed onto microsphere surface. Introduction of NaCl in the outer aqueous phase increased the encapsulation efficiency and reduced microsphere porosity. In vitro release kinetic of PS-ODN was also investigated. Clearly, the higher the porosity, the faster was the release and the higher was the burst effect. Using an analytical solution of Fick's second law of diffusion, it was shown that the early phase of PS-ODN and PS-ODN-PEI complex release was primarily controlled by pure diffusion, irrespectively of the type of microsphere. Finally, microspheres containing antisense TGF-beta2 nanosized complexes were shown, after subconjunctival administration to rabbit, to significantly increase intracellular penetration of ODN in conjunctival cells and subsequently to improve bleb survival in a rabbit experimental model of filtering surgery. These results open up interesting prospective for the local controlled delivery of genetic material into the eye.

Evaluation of some residual bioactivities of microencapsulated Phaseolus lunatus protein fraction with carboxymethylated flamboyant (Delonix regia) gum/sodium alginate

Recent studies have shown the beneficial effect of peptides, an unexploited source could be Phaseolus lunatus being an important raw material for those functional products in order to improve their utilization. In addition to improve the beneficial effect of bioactive peptides the microencapsulation could be a way to protect the peptides against the environment to which they are exposed. P. lunatus protein fraction (<10 kDa of weight) was encapsulated using a blend of carboxymethylated flamboyant gum (CFG) and sodium alginate (SA) at different concentrations of CaCl2 and hardening times. After in vitro digestion of microcapsules the residual activity, in the intestinal system, both inhibition of agiotensin-converting enzyme (I-ACE) and antioxidant activity obtained were in a range of 0.019-0.136 mg/mL and 570.64-813.54 mM of TEAC respectively. The microencapsulation employed CFG/SA blends could be used controlled delivery of peptide fractions with potential use as a nutraceutical or therapeutic agents.

Actin cytoskeleton regulates pollen tube growth and tropism

La fertilisation chez les plantes dépend de la livraison des cellules spermatiques contenues dans le pollen à l’ovule. Au contact du stigmate, le grain de pollen s’hydrate et forme une protubérance, le tube pollinique, chargé de livrer les noyaux spermatiques à l’ovule. Le tube pollinique est une cellule à croissance rapide, anisotrope et non autotrophe; ainsi tout au long de sa croissance à travers l’apoplaste du tissu pistillaire, le tube pollinique puise ses sources de carbohydrates et de minéraux du pistil. Ces éléments servent à la synthèse des constituants de la paroi qui seront acheminés par des vésicules de sécrétion jusqu’à l’apex du tube. Ce dernier doit aussi résister à des pressions mécaniques pour maintenir sa forme cylindrique et doit répondre à différents signaux directionnels pour pouvoir atteindre l’ovule. Mon projet de doctorat était de comprendre le rôle du cytosquelette dans la croissance anisotrope du tube pollinique et d’identifier les éléments responsables de sa croissance et de son guidage. Le cytosquelette du tube pollinique est composé des microfilaments d’actine et des microtubules. Pour assurer une bonne croissance des tubes polliniques in vitro, les carbohydrates et les éléments de croissance doivent être ajoutés au milieu à des concentrations bien spécifiques. J’ai donc optimisé les conditions de croissance du pollen d’Arabidopsis thaliana et de Camellia japonica qui ont été utilisés avec le pollen de Lilium longiflorum comme modèles pour mes expériences. J’ai développé une méthode rapide et efficace de fixation et de marquage du tube pollinique basée sur la technologie des microondes. J’ai aussi utilisé des outils pharmacologiques, mécaniques et moléculaires couplés à différentes techniques de microscopie pour comprendre le rôle du cytosquelette d’actine lors de la croissance et le tropisme du tube pollinique. J’ai trouvé que le cytosquelette d’actine et plus précisément l’anneau d’actine localisé dans la partie sub-apicale du tube est fortement impliqué dans la croissance et le maintien de l’architecture du tube à travers le contrôle de la livraison des vésicules de sécrétion. J’ai construit une chambre galvanotropique qui peut être montée sur un microscope inversé et qui sert à envoyer des signaux tropistiques bien précis à des tubes polliniques en croissance. J’ai trouvé que les filaments d’actine sont impliqués dans la capacité du tube pollinique à changer de direction. Ce comportement tropistique dépend de la concentration du calcium dans le milieu de croissance et du flux de calcium à travers des canaux calciques. Le gradient de calcium établi dans le tube pollinique affecte l’activité de certaines protéines qui se lient à l’actine et dont le rôle est la réorganisation des filaments d’actine. Parmi ces protéines, il y a celles de dépolymérisation de l’actine (ADF) dont deux spécifiquement exprimées dans le gamétophyte mâle d’Arabidopsis (ADF7 et ADF10). Par marquage avec des proteins fluorescents, j’ai trouvé que l’ADF7 et l’ADF10 ont des expressions différentielles pendant la microsporogenèse et la germination et croissance du tube pollinique et qu’elles partagent entre elles des rôles importants durant ces différents stades.

Biocompatibilidade e biodegradabilidade de micropartículas de poli-lactato-co-glicolato na ceratite infecciosa em coelhos

Avaliaram-se a biocompatibilidade e a biodegradabilidade do sistema de liberação controlada de poli-lactato-co-glicolato (PLGA) no tratamento com ciprofloxacina das ceratites por Staphylococcus aureus em coelhos. Foram utilizados 20 coelhos, distribuídos em quatro grupos (G). Os animais dos G1, G3 e G4 foram inoculados com 2,5µL da bactéria - 108UFC, no estroma corneano. Os do G2 não receberam a aplicação do inóculo. O tratamento foi realizado com solução salina básica para os animais do G1, micropartículas de PLGA contendo ciprofloxacina nos animais dos G2 e G4 e colírio de ciprofloxacina naqueles do G3. Suabe e biópsia da superfície ocular foram coletados para cultura. Apenas um animal do G1 apresentou cultura positiva para S. aureus. Exame histológico revelou a presença bacteriana em todos os animais do G1 e em dois animais do G3. Também foi constatada reação inflamatória no local da aplicação do sistema de liberação controlada. O tratamento com micropartículas de PLGA foi eficiente no tratamento de ceratites bacterianas, ao eliminar por completo a presença do S. aureus, mas entretanto não foi completamente biocompatível e biodegradável após cinco dias.

Polissacarídeos biodegradáveis úteis para a preparação de sistemas de liberação controlada de fármacos. Parte 1: Quitosana

Due to an increasing interest, a vast number of biodegradable polymers have been obtained recently. Polymers naturally produced, such as cellulose, starch, chitosan and alginate, represent biodegradable materials, with low toxicity and low cost. Among polysaccharides, chitosan has been of great interest of the industrial and academic research, due to its special qualities of biodegradability and biocompatibility and, on the other hand, to the versatility of its use in several physical forms and products. A significant growth in the development of new dosage forms capable to deliver the drug in a controlled and targeted way has been observed in these last years. Such pharmaceutical forms search, mainly, the reduction of the dose administered and of the administration frequency, the reduction of adverse side effects and, consequently, a better patient compliance. The present paper describes the use of chitosan in pharmaceutical products, especially in drug controlled delivery systems.

Development of a new method to prepare nano-/microparticles loaded with extracts of azadirachta indica, their characterization and use in controlling plutella xylostella

Biodegradable nanoparticles have been widely explored as carriers for controlled delivery of therapeutic molecules; however, studies describing the development of nanoparticles as carriers for biopesticide products are few. In this work, a new method to prepare nanoparticles loaded with neem (Azadirachta indica) extracts is presented. In this study, nanoparticles were formulated as colloidal suspension and (spray-dried) powder and characterized by evaluating pH, particle size, zeta potential, morphology, absolute recovery, and entrapment efficiency. A high-performance liquid chromatography method was used for nanoparticle characterization. The best formulations presented absolute recovery and entrapment efficiencies of approximately 100% and a release profile based on swelling and relaxation of the polymer or polymer erosion. The biological data of the formulated products against Plutella xylostella showed 100% larval mortality. The nanoparticle information improved the stability of neem products against ultraviolet radiation and increased their dispersion in the aqueous phase. © 2013 American Chemical Society.

Desenvolvimento de sistemas líquido-cristalinos multifuncionais contendo nanopartículas de TiO2 para proteção solar e liberação controlada de terpinem-4-ol

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Síntese, caracterização e estudo físico-químico das nanopartículas formadas pela interação de amino derivados de quitosana com DNA

Pós-graduação em Química - IBILCE

Tratamento da ceratite infecciosa experimental em coelhos com o sistema de liberação controlada subconjuntival de ciprofloxacina

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sistemas de liberação controlada de quitosana contendo antigeno capsular Vi de Salmonella Typhi

A utilização do antígeno Vi em vacinas é bastante promissor devido a este proporcionar um alto nível de imunidade em vacinas parenterais. A necessidade pela busca por alternativas para administração de vacinas levou à aplicação da tecnologia da liberação controlada de fármacos no campo da imunização. Nestes sistemas de liberação controlada, as doses administradas são diminuídas, porém o período de imunidade aumenta, já que prolonga a quantidade liberada do antígeno ao longo do tempo. O presente estudo propôs desenvolver e caracterizar um sistema de liberação controlada contendo antígeno Vi, utilizando como polímero veiculador a quitosana. As técnicas de RMN H^-1 e espectroscopia de infravermelho mostraram que o método de extração do antígeno Vi empregado foi satisfatório qualitativamente. A caracterização da quitosana e das nanopartículas através de ensaios de análise térmica mostrou maior estabilidade das partículas em relação à quitosana, além do aumento da temperatura de degradação nas nanopartículas à medida que aumenta a concentração da quitosana. Em relação ao potencial zeta todas as nanopartículas tiveram cargas positivas em pH 7,2, enquanto que, no tamanho, as partículas foram menores à medida que aumentou a quantidade de quitosana no sistema. Na microscopia eletrônica de transmissão, as partículas mostraram-se morfologicamente homogêneas e com formato esférico. Na cinética de adsorção o antígeno, contido em solução, sofreu uma adsorção de 55% nas partículas de quitosana. Com isso, observou-se que é possível criar um sistema de liberação controlada envolvendo nanopartículas de quitosana e antígeno Vi de Salmonella enterica sorotipo Typhi.

Desenvolvimento de nano e micropartículas de quitosana encapsulando 4-metilesculetina e avaliação no tratamento da doença inflamatória intestinal

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Adesivo tecidual de fibrina e sua aplicação na implantodontia

The purpose of this literature review was to evaluate the use of fibrin tissue adhesive in implant dentistry. Materials and Methods: A literature search of Medline-PubMed for articles published, describing the use of fibrin tissue adhesive in implant dentistry was performed and articles were critically reviewed. Results: The literature review reveals clinical trials and experimental studies with regard to the use of fibrin tissue adhesive in implant dentistry. This material consists of 2 components: highly purified, freeze-dried human fibrinogen with factor XIII and a starter solution containing human thrombin. Clotting factor XIII is admitted for reinforcement of the fibrin network. The components are reconstituted before use and when mixed form a clot by mimicking the terminal phase of the physiological clotting cascade. Several studies showed that fibrin tissue adhesive is fully absorbed by macrophages within 2 weeks of application. Adhesive fibrin tissue may be used for to prevent bone loss, to create contour in the periimplant soft tissue and osseous tissue, to sculpt emergence profile for prosthetic components and to mimic tissue architecture. In the last years fibrin tissue adhesive also find use as material for the controlled delivery of drugs and biologics. Conclusions: The fibrin tissue adhesive presents good properties such as biocompatibility, hemostatic properties and ability to break down like the physiologic clot. This material, alone or associated with other materials, can be used with the implants immediately after extraction. In this condition it brings the necessary anchoring and efficient maintenance of osseous/mucosal contour, which it is important for the clinical success.

Identificazione di bersagli terapeutici e realizzazione di tecnologie innovative in oncologia ortopedica

Controlled delivery of anticancer drugs through osteotropic nanoparticles (NP) is a novel approach for the adjuvant therapy of osteolytic bone metastases. Doxorubicin (DXR) is widely used in chemotherapy, although its activity is restricted by dose-dependent cardiotoxicity and marrow toxicity. However, its efficacy can be improved when specific targeting at the tumor site is obtained. The aim of this study was to obtain osteotropic biodegradable NP by nanoprecipitation of a copolymer between poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) and an osteotropic bisphosphonate, sodium alendronate (ALE). NP were subsequently characterised for their chemical-physical properties, biocompatibility, and the ability to inhibit osteoclast-mediated bone resorption, and then loaded with DXR. The effectiveness of NP-loaded DXR was investigated through in vitro and in vivo experiments, and compared to that of free DXR. For the in vitro analysis, six human cell lines were used as a representative panel of bone tumors, including breast and renal adenocarcinoma, osteosarcoma and neuroblastoma. The in vitro uptake and the inhibition of tumor cell proliferation were verified. To analyse the in vivo activity of NP-loaded DXR, osteolytic bone metastases were induced through the intratibial inoculation in BALB/c-nu/nu mice of a human breast cancer cell line, followed by the intraperitoneal administration of the free or NP-loaded DXR. In vitro, aAll of the cell lines were able to uptake both free and NP-loaded drug, and their proliferation was inhibited up to 80% after incubation either with free or NP-loaded DXR. In addition, in vivo experiments showed that NP-loaded DXR were also able to reduce the incidence of bone metastases, not only in comparison with untreated mice, but also with free DXR-treated mice. In conclusion, this research demonstrated an improvement in the therapeutic effect of the antineoplastic drug DXR, when loaded to bone-targeted NP conjugated with ALE. Osteotropic PLGA-ALE NP are suitable to be loaded with DXR and offer as a valuable tool for a tissue specific treatment of skeletal metastases.

Struktur-Dynamik-Beziehungen in amorphen festen Lösungen

Feste Lösungen homogen dispergierter Wirkstoffmoleküle in amorphen Polymermatrizen sind wichtige Materialien in vielen pharmazeutischen Anwendungen, bei denen eine kontrollierte Abgabe wasserunlöslicher Wirkstoffe in wässrige Systeme eine Rolle spielt. Die intermolekulare Bindungs-stärke zwischen Polymer- und Wirkstoffmolekülgruppen bestimmt die Stabilität der festen Lösung und steuert somit die biologische Aktivität der Wirkstoffmoleküle. In festen Lösungen, die aus acryl-säurehaltigen Copolymeren (Protonendonoren) und basischen Wirkstoffmolekülen (Protonenakzepto-ren) hergestellt werden, sind intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Systemkomponenten Triebkraft für die Bildung einer stabilen homogenen Dispersion und für die Entstehung struktureller Merkmale zwischen den Molekülgruppen der Systemkomponenten. Zudem ist die Bindungsstärke der Wasserstoffbrücken im Hinblick auf die kontrollierte Abgabe der Wirkstoffe von Bedeutung. Da dynamische chemische Gleichgewichte bei der Bildung der Wasserstoffbrücken eine wichtige Rolle spielen müssen neben strukturellen Parametern auch dynamische Faktoren beleuchtet werden. Ziel dieser Arbeit ist neben der Ermittlung von intermolekularen Bindungsstärken vor allem die Identifika-tion struktureller Verhältnisse zwischen den Systemkomponenten auf molekularer Ebene. Die Be-stimmung der Abhängigkeit dieser Parameter von der Struktur der verwendeten Polymere und einer Vielzahl weiterer Einflüsse wie z.B. Feuchtigkeit, Lagerdauer oder Wirkstoffkonzentration soll ein kontrolliertes Design fester Lösungen mit definierten anwendungsspezifischen Eigenschaften ermögli-chen. Temperaturabhängige 1H-Festkörper-MAS-NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) Experimente an festen Lösungen mit unterschiedlichen Copolymer-Zusammensetzungen weisen die Existenz dynamischer chemischer Gleichgewichte in den komplexen Wasserstoffbrücken-netzwerken nach. Veränderungen in der chemischen Verschiebung und in der Linienform der Reso-nanzlinien acider Protonen erlauben einen tiefen Einblick in die Architektur dieser Netzwerke und legen die Bindungsverhältnisse unter Berücksichtigung der Polymerchemie und der Mobilität der Systemkomponenten dar, wobei die Befunde mithilfe quantenchemischer Rechnungen untermauert werden können. Die Gegenwart acider Protonen ermöglicht einen einfachen 1H-2H-Austausch, wor-aufhin mithilfe rotorsynchronisierter temperaturabhängiger 2H-MAS-NMR Experimente die Wasser-stoffbrückenbindungsstärke bestimmt werden kann. Mit 1H-1H-Korrelationsexperimenten (Doppelquantenspektroskopie) stehen Methoden für die Bestimmung homonuklearer dipolarer 1H-1H-Kopplungen zur Verfügung, die strukturelle Aussagen aufgrund von bevorzugten räumlichen Kontak-ten bestimmter Molekülgruppen ermöglichen. Weiterhin können diese Experimente verwendet werden, um Wasserstoffbrücken zwischen Polymergruppen von Polymer-Wirkstoff-Wasserstoffbrücken zu unterscheiden, wodurch eine quantitative Beschreibung des Bindungsnetzwerks und der Konkurrenz-prozesse zwischen den einzelnen wasserstoffverbrückten Spezies ermöglicht wird. Eine Kristallisation der Wirkstoffmoleküle ist in vielen Anwendungen unerwünscht, da sie die biologische Verfügbarkeit des Wirkstoffs reduzieren. Mit 1H-Festkörper-MAS-NMR Experimenten können kristalline von amorph dispergierten Wirkstoffmolekülen unterschieden werden, wodurch eine Quantifizierung der Destabilisierungsprozesse ermöglicht wird, die durch Exposition der festen Lösungen mit Wasserdampf ausgelöst werden können. Die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit der Wasseraufnahme kann mit NMR-Experimenten verfolgt werden, wobei unterschiedlich mobile Was-serspezies an unterschiedlichen Bindungsorten identifiziert werden können, was zum molekularen Verständnis der Destabilisierungsprozesse beiträgt. Zusätzlich wird die Mobilität der Wirkstoffmole-küle bestimmt, die sich – wie auch die Wirkstoffkonzentration - als wichtige Größe in der Beschrei-bung der Destabilisierung erweist. Aufbauend auf den Beobachtungen wird ein Zusammenhang zwischen der Copolymerzusammensetzung und einer kritischen Wirkstoffkonzentration hergestellt, der für die Anwendungen amorpher fester Lösungen in biologischen Systemen von großer Bedeutung ist.

Nanopartikelcharakterisierung: Untersuchung des Retentionsverhaltens in der AF-FFF und der bimodalen Größenverteilung sauer katalysierter Poly(organosiloxan)-Dispersionen

Polymere Hohlstrukturen eignen sich um eine große Anzahl an Gastmolekülen zu verkapseln und bieten somit interessante Anwendungsmöglichkeiten, z.B. im Bereich kontrollierter Transportsysteme. Solche wohl definierten Strukturen lassen sich mittels des Sol-Gel-Prozesses durch Hydrolyse und Kondensation von Dialkoxydialkyl- und Trialkoxyalkylsilanen in wässriger Dispersion in Gegenwart von Tensiden synthetisieren. Die Methode ermöglicht den Aufbau verschiedener Kern-Schale-Systeme, inklusive Hohlkugelarchitekturen, mit Durchmessern von 10-100 nm. Abhängig von den eingestellten Parametern wird dabei eine bimodale Größenverteilung der Partikel beobachtet. Die bimodalen Proben wurden mittels der circularen asymmetrischen Fluss Feld-Fluss Fraktionierung (CAFFFE) fraktioniert. NMR-Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Ursache der bimodalen Verteilung in der Synthese der Kerndispersion zu liegen scheint. MALDI-TOF-MS und GC-Messungen zeigen, dass der Kern der größeren Partikel ausschließlich aus zyklischen Kondensationsprodukten besteht, während im Kernmaterial der kleineren Partikel zusätzlich noch lineare Polydimethylsiloxan-Ketten vorhanden sind. Unter der Annahme, dass PDMS als Ultrahydrophob wirkt, lässt sich die Ostwaldreifung als Ursache der Bimodalität ausmachen. Eine Erhöhung des PDMS-Anteils, der zur Stabilisierung gegen den Reifungsprozess notwendig ist, führt zu einer monomodalen Verteilung der erhaltenen Partikel.