Efeitos citotóxicos e biocompatibilidade dos materiais dentários nas células da mucosa oral

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Os efeitos das queimadas na Amazônia em nível celular e molecular

The Amazon holds over half of the planet's remaining tropical forests and comprises the largest biodiversity in the world, accounting for approximately 60 % of the Brazilian territory. However, deforestation fires in the region causes serious problems to exposed human. The aim of this study was to evaluate the chemical compounds as well as the cellular and molecular effects after exposure to organic material extracted from particulate matter less than 10 µm (PM10) in the Amazon region. As for the chemical composition, n-alkanes analysis showed a prevalence of anthropogenic influence during the fires in the region. In addition, there was a predominance of monosaccharides from biomass burning markers. Also, the Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) and their derivatives have also been identified in samples collected in the Amazon. By using the PAH concentrations was possible to calculate the BaP-equivalent and it was found that the dibenz(a) anthracene contributes with 83% to potential carcinogenic risk. As for the potential mutagenic risk, the benzo (a) pyrene is the HPA that has a major contribution in this analysis. It may be noted that the retene was the most abundant PAH. This compound was genotoxic and cause death by necrosis in the human lung cells. In biological tests, the data showed that organic PM10 is capable of causing genetic damage in both plant cells and in human lung cells. This damage cause an arrest in the G1 phase of the cell cycle exposed, increasing the expression of p53 and p21. Additionally, the PM10 caused cell death by apoptosis, increasing the foci of histone - H2AX. Given these results, it is important to emphasize the reduction and better control of biomass burning in the Amazon region thus improving the quality of health of the population being exposed. As clearly stated recently by the World Health Organization, the reduction of air pollution could save millions of lives annually.

Mecanismos de neurotoxicidade induzidos pela Dopamina e pela 6–OH-dopamina num modelo celular humano: efeito da presença de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante

O aumento da esperança média de vida tem elevado a prevalência de doenças neurodegenerativas, como é o caso da doença de Parkinson. Nos últimos anos a procura de novas soluções terapêuticas, assim como a minimização dos efeitos dos tratamentos atualmente utilizados tem promovido a procura de novas soluções. Deste modo, o objetivo deste trabalho consistiu no estudo dos mecanismos moleculares de neurotoxicidade induzidos pela dopamina (DA) e 6-hidroxidopamina (6-OHDA) num modelo celular do neuroblastoma humano (SH-SY5Y), bem como na avaliação do potencial neuroprotetor de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante. O efeito neurotóxico da DA e 6-OHDA, assim como o efeito protetor dos extratos das algas com maior atividade antioxidante (Sargassum muticum, Saccorhiza polyschides, Padina pavonica, Codium tomentosum, Ulva compressa) foi avaliado através da viabilidade celular das células SH-SY5Y utilizando o método de MTT. De modo a compreender os efeitos induzidos na viabilidade celular pela DA e 6-OHDA procedeu-se ao estudo da atividade da caspase-3, alterações do potencial mitocondrial e quantificação de H2O2. Os resultados demonstraram um claro efeito dependente da concentração da DA (30-3000μM) e 6-OHDA (10-1000μM) na viabilidade celular das células SH-SY5Y, bem como do tempo de exposição (6-48h). No que diz respeito a prevenção do efeito neurotóxico da DA (1000μM (56,41±5,05% de células viáveis); 24h) e 6-OHDA (100μM (66,76±3,24% de células viáveis);24h) pelos extratos das algas (1mg/mL; 24h) verificou-se que os extratos que apresentaram um efeito preventivo mais marcado pertencem as algas Sargassum muticum (82,37±6,41% de células viáveis e 115,8±8,53% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (89,26±8,62% de células viáveis e 106,51±4,26% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (81,28±3,68% de células viáveis e 103,17±7,25% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). A morte celular induzida pela DA e pela 6-OHDA foi acompanhada pelo aumento da atividade da caspase-3 quando comparado com o controlo (DA - 66,46±1,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; 6-OHDA - 22,56±1,71fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; controlo – 4,8 ±0,48fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto), pela presença de elevadas quantidades de peróxido de hidrogénio (H2O2) (363,81±28,58 % do controlo e 214,26 ± 8,46 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e pela despolarização da membrana mitocondrial (162,3±2,34 % do controlo e 144,7±2,87 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Por sua vez, durante o tratamento com extratos das algas (1mg/mL) na presença de DA e 6-OHDA verificou-se uma inibição da atividade da caspase-3 induzida pelas algas Sargassum muticum (2,53±2,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto e 4,52±1,36 fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (4,71±0,70fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,73±1,11 fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (17,05±1,72fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,58±1,77fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). De igual modo verificou-se uma diminuição da produção de H2O2 pelas células SH-SY5Y na presença dos extratos das algas Sargassum muticum (132,58 ± 10,68% controlo), Saccorhiza polyschides (150,54 ± 23,54% controlo) e Codium tomentosum (54,074 ± 6,66% do controlo), quando expostas a 6-OHDA, contudo não se verificou o mesmo efeito na presença de DA. Relativamente ao potencial mitocondrial observou-se uma inibição da despolarização mitocondrial induzida pela DA e 6-OHDA nas células SH-SY5Y pela presença dos extratos das algas Sargassum muticum (135,7±2,97% controlo e 49,3±1,17% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (126,7±5,46% controlo e 94,3±1,70% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Os resultados obtidos demonstraram o potencial citoprotetor dos extratos de algas sobre efeitos neurotóxicos induzidos pela DA e 6-OHDA no modelo celular SH-SY5Y. O efeito protetor é mediado pela diminuição da condição de stress oxidativo, com redução da produção de H2O2, diminuição da atividade da caspase-3 e prevenção da alteração do potencial mitocondrial induzido pela DA e 6-OHDA. Conclui-se que os extratos de algas produzem moléculas bioativas com elevado potencial antioxidante, podendo ser uma fonte promissora de novos compostos neuroprotetores com aplicação terapêutica para doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson.

Aplicação de células estaminais dentárias na Medicina e na Medicina Dentária

A temática relativa às células estaminais inicia-se na década de 60 com a descoberta da primeira fonte viável destas células: a medula óssea. Diversos estudos permitiram definir a sua função de renovação tecidular e regeneração pós-dano, assim como a sua caraterização num grupo heterogéneo de células indiferenciadas, clonogénicas, definidas pela capacidade de auto-renovação e diferenciação em células maduras. Nos últimos anos, estas células ganharam popularidade face à alternativa terapêutica que representam para muitas doenças, tais como: diabetes, anomalias congénitas, danos do tecido nervoso, Parkinson, Alzheimer e outras alterações degenerativas, exposições pulpares, defeitos periodontais e perda do órgão dentário. Apesar do seu potencial terapêutico, apresentam vários efeitos adversos, especialmente em relação ao seu envolvimento direto (via transformação maligna das MSCs) e indireto (via efeito modulatório das MSCs) no desenvolvimento do cancro. Preconiza-se o seu uso no âmbito da Engenharia Tecidular, introduzindo o processo de regeneração tecidular através da utilização combinada de biomateriais e mediadores biológicos, a fim de proporcionar novas ferramentas para a medicina regenerativa. Mais tarde, tornou-se possível identificar cinco populações de células estaminais de origem dentária (DPSCs, SHEDs, DFPCs, SCAPs e PDLCs) que, para além da sua multipotência e capacidade de diferenciação, constituem fontes acessíveis para recolha. O isolamento destas células constitui ainda uma prática relativamente recente, na qual se torna preponderante isolar células com fenótipo pré-determinado e cultivá-las em meios de cultura adequados. Estudos comprovam que o método de isolamento e as condições de cultura utilizados podem dar origem a diferentes linhas celulares. A conservação é uma prática baseada na convicção de que a medicina regenerativa é o caminho mais promissor para o desenvolvimento da medicina personalizada. Informação adicional relativa à terapia com células estaminais é ainda necessária. Esta utiliza princípios de biomimética altamente desejáveis, pelo que os resultados obtidos têm vindo a despoletar grandes expetativas e a sua implementação na Engenharia Tecidular apresenta-se promissora.

Optimization of lipase production from yeasts strains isolated from olive mil wastewater

Dissertação submetida à Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências para a obtenção do Grau de Mestre em Microbiologia Aplicada.

Cultivo de microalgas utilizando pentoses como fonte de carbono

As microalgas podem ser consideradas como um dos mais eficientes sistemas biológicos de transformação de energia solar em compostos orgânicos. Quando cultivadas em meios adequados, certas espécies podem duplicar sua biomassa diariamente. Além disso, possuem inúmeras vantagens, como: elevada velocidade de crescimento; potencial para absorver CO2, reduzindo assim a quantidade de emissões deste gás na atmosfera e diminuindo o efeito estufa. O objetivo do trabalho foi estudar o efeito do uso de pentoses no cultivo de Chlorella minutissima, Chlorella vulgaris, Chlorella homosphaera, Dunaliella salina, Spirulina paracas e Synechococcus nidulans, avaliando o perfil cinético do crescimento e a capacidade de produção de carboidratos e proteínas. Para o cultivo das microalgas foram utilizados os meios: Zarrouk, Bristol`S Modificado e DUN. Em todos os meios o componente nitrogenado foi reduzido pela metade e utilizado 1%, 5%, 10%, 20% e 30% de pentoses, com concentrações de xilose e arabinose que representassem as mesmas presentes em caldo hidrolisado do bagaço de cana de açúcar pré-tratado. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores de 2 L, mantidos em estufa a 30 ºC, fotoperíodo de 12h claro/escuro e 2500 Lx, com agitação a uma vazão de 0,75 v.v.m. . O crescimento de biomassa foi monitorado diariamente pela densidade ótica das culturas em espectrofotômetro a 670nm. Foram avaliados parâmetros cinéticos como a concentração máxima de biomassa, produtividade máxima e velocidade específica máxima de crescimento. A determinação do consumo das pentoses foi realizada através da metodologia de Somogy e Nelson, para a determinação de carboidratos foi utilizada uma adaptação do método do ácido 3,5 dinitro salicílico, as proteínas foram quantificadas pelo método de micro-Kjeldahl. Todas as microalgas foram capazes de consumir em no máximo quatro dias as concentrações de pentoses, e logo após esta etapa mixotrófica manter-se em crescimento autotrófico, destacando-se as cepas de Dunaliella salina e Synechococcus nidulans que esgotaram as maiores concentrações utililizadas em dois dias de cultivo. Para as cianobactérias estudadas, Spirulina paracas cultivada com 10% de C5, foi a que obteve os melhores resultados de concentração celular, produtividade e velocidade específica de crescimento máxima, 1,364 g.L-1 , 0,128 g.L-1 .dia-1 e 0,240 dia-1 . Em relação ao efeito na composição da biomassa, Synechococcus nidulans produziu o maior teor de proteínas, 62,9%, nos ensaios com 10% de C5. Já as cepas de Chlorophytas os melhores resultados foram obtidos com o uso de 5% de C5, para os parâmetros cinéticos destacam-se os valores encontrados para Dunaliella salina, onde a maior concentração de biomassa, produtividade e velocidade específica de crescimento foram 1,246 g.L-1 , 0,091 g.L- 1 .dia-1 e 0,379 dia-1 , respectivamente. Chlorella minutissima e Dunaliella salina foram as melhores produtoras de carboidratos, alcançando 58,6%/0,3 g.L-1 e 23,07%/0,29 g.L-1 ,respecivamente. Logo, o uso de pentoses nas microalgas em substituição as fontes tradicionais de carbono, resultou no crescimento das mesmas, o que mostra que estas podem agir como intermediários para a absorção de açúcares de cinco carbonos.

Diminuição da expressão dos genes APP e CP em doentes de Alzheimer sugere alteração da exportação de ferro celular nesta demência

Recentemente tem-se assistido a um acumular de evidência sugerindo a implicação de uma desregulação do metabolismo do ferro (Fe) na fisiopatologia da doença de Alzheimer (DA). Neste trabalho, pretendemos esclarecer melhor os mecanismos moleculares subjacentes à homeostasia deste metal na DA, particularmente ao nível do efluxo celular. Assim, mediu-se em células mononucleares do sangue periférico de 73 doentes com DA e 74 controlos a expressão de genes diretamente envolvidos na regulação e exportação celular de Fe, utilizando a técnica de PCR quantitativo. Os resultados mostraram uma diminuição significativa na expressão dos genes aconitase (ACO1; P=0,007); ceruloplasmina (CP; P<0,001) e proteína precursora de beta amilóide (APP; P=0,006) em doentes com DA comparativamente com os voluntários saudáveis. Estas observações apontam para uma diminuição significativa da expressão dos genes associados com a exportação de Fe celular mediada pela ferroportina na DA. Assim, o presente estudo reforça resultados anteriores que mostram alterações no metabolismo do Fe e podem estar na origem da retenção intracelular deste metal e aumento de stress oxidativo caraterísticos desta patologia.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Dinâmica de nitrogênio em cultivo heterotrófico a partir de cianobactéria sob o escopo de biorrefinarias agroindustriais

O trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de nitrogênio, em cultivo heterotrófico, a partir da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli, sob o escopo de uma biorrefinaria. Neste sentido, foi avaliada a contribuição dos compostos nitrogenados não proteicos, na dinâmica de distribuição do nitrogênio, na biomassa gerada pelo micro-organismo em estudo, quando cultivado em sistema autotrófico e heterotrófico. Para o cultivo em condições autotróficas, foi utilizado o meio padrão BG-11, enquanto que, para o cultivo em condições heterotróficas, foi empregado o efluente da indústria de laticínios. Inicialmente, foi avaliada a contribuição dos pigmentos na fração nitrogenada não proteica tendo como base dois experimentos. No primeiro experimento foi selecionada a melhor condição para a produção de pigmentos, expressos pela clorofila-a em sistema heterotrófico, tendo como base os parâmetros C/N (20, 40 e 60), N/P (5, 10 e 15) e concentração de inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1), mediante um planejamento fatorial 23 . Os experimentos foram conduzidos em biorreator heterotrófico a 20°C, pH 7,6 e aeração contínua de 1VVM. A melhor condição de produção de pigmento foi indicada como sendo a 200 mg.L-1 de concentração celular, razões C/N 20 e N/P 10. Com base nestes resultados, um segundo experimento foi delineado, visando avaliar a contribuição de pigmentos na fração de nitrogênio não proteico, bem como avaliar a produção de clorofila-a e ficobiliproteínas (ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina), sob influência da luz e do meio de cultivo. Foi possível destacar teores superiores de ficobiliproteínas na biomassa gerada no cultivo heterotrófico. No entanto, com notada diferença (p≤0,05) nos teores de clorofila-a, quando são comparadas as concentrações na biomassa de meios autotróficos (10,7 mg.g-1) e heterotróficos (1,0 mg.g-1). Fato este compensado pelo menor tempo de cultivo registrado para atingir o final do experimento, quando o micro-organismo é cultivado em condições heterotróficas. Fica demonstrado assim, ainda, a importante contribuição dos pigmentos na fração de nitrogênio não proteico. Na sequência, um terceiro e quarto experimentos foram delineados, visando avaliar a influência do nitrogênio inorgânico intracelular na fração não proteica e na produção de proteína, assim como a caracterização da fração proteica quanto ao seu perfil aminoacídico. O estudo da dinâmica do nitrogênio intracelular demonstrou que o N-NH4 + foi a forma nitrogenada predominante, perfazendo importante fração de N-NP, sendo, portanto, os teores de N-NP significativamente dependente dos teores de pigmentos e nitrogênio intracelular. Os aminogramas das biomassas geradas pelos cultivos autotróficos e heterotróficos indicaram como aminoácidos majoritários o ácido glutâmico e aspártico, seguidos por valina, leucina e isoleucina, e como minoritários, lisina, glicina e metionina. O perfil aminoacídico caracterizou-se por apresentar aminoácidos essenciais como isoleucina, metionina + cisteína, fenilalanina + tirosina, valina e treonina em concentrações superiores ao preconizado pela FAO/WHO. A caracterização da fração proteica quanto ao perfil aminoacídico qualificou esta biomassa como fonte potencial de proteína. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a influência e dinâmica de distribuição dos compostos nitrogenados em Aphanothece microscopica Nägeli. Fica demonstrado, ainda, que a implementação do conceito de biorrefino, no tipo de agroindústria estudado, poderá representar importantes possibilidades de aproveitamento sustentável do efluente gerado.

Monitoramento por microcontrolador do cultivo de spirulina em fotobiorreator raceway

A oportunidade de produção de biomassa microalgal tem despertado interesse pelos diversos destinos que a mesma pode ter, seja na produção de bioenergia, como fonte de alimento ou servindo como produto da biofixação de dióxido de carbono. Em geral, a produção em larga escala de cianobactérias e microalgas é feita com acompanhamento através de análises físicoquímicas offline. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi monitorar a concentração celular em fotobiorreator raceway para produção de biomassa microalgal usando técnicas de aquisição digital de dados e controle de processos, pela aquisição de dados inline de iluminância, concentração de biomassa, temperatura e pH. Para tal fim foi necessário construir sensor baseado em software capaz de determinar a concentração de biomassa microalgal a partir de medidas ópticas de intensidade de radiação monocromática espalhada e desenvolver modelo matemático para a produção da biomassa microalgal no microcontrolador, utilizando algoritmo de computação natural no ajuste do modelo. Foi projetado, construído e testado durante cultivos de Spirulina sp. LEB 18, em escala piloto outdoor, um sistema autônomo de registro de informações advindas do cultivo. Foi testado um sensor de concentração de biomassa baseado na medição da radiação passante. Em uma segunda etapa foi concebido, construído e testado um sensor óptico de concentração de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 baseado na medição da intensidade da radiação que sofre espalhamento pela suspensão da cianobactéria, em experimento no laboratório, sob condições controladas de luminosidade, temperatura e fluxo de suspensão de biomassa. A partir das medidas de espalhamento da radiação luminosa, foi construído um sistema de inferência neurofuzzy, que serve como um sensor por software da concentração de biomassa em cultivo. Por fim, a partir das concentrações de biomassa de cultivo, ao longo do tempo, foi prospectado o uso da plataforma Arduino na modelagem empírica da cinética de crescimento, usando a Equação de Verhulst. As medidas realizadas no sensor óptico baseado na medida da intensidade da radiação monocromática passante através da suspensão, usado em condições outdoor, apresentaram baixa correlação entre a concentração de biomassa e a radiação, mesmo para concentrações abaixo de 0,6 g/L. Quando da investigação do espalhamento óptico pela suspensão do cultivo, para os ângulos de 45º e 90º a radiação monocromática em 530 nm apresentou um comportamento linear crescente com a concentração, apresentando coeficiente de determinação, nos dois casos, 0,95. Foi possível construir um sensor de concentração de biomassa baseado em software, usando as informações combinadas de intensidade de radiação espalhada nos ângulos de 45º e 135º com coeficiente de determinação de 0,99. É factível realizar simultaneamente a determinação inline de variáveis do processo de cultivo de Spirulina e a modelagem cinética empírica do crescimento do micro-organismo através da equação de Verhulst, em microcontrolador Arduino.

Avaliação do efeito citotóxico da lectina da esponja marinha Cliona varians contra células de leucemia mielóide crônica

In this study, a BCR-ABL expressing human chronic myelogenous leukaemia cell line (K562) was used to investigate the antitumoral potential of a novel lectin (CvL) purified from the marine sponge Cliona varians. CvL inhibited the growth of K562 cells with an IC50 value of 70 g/ml, but was ineffective to normal human peripheral blood lymphocytes in the same range of concentrations tested (180 g/ml). Cell death occurred after 72 h of exposure to the lectin and with sign of apoptosis as analysed by DAPI staining. Investigation of the possible effectors of this process showed that cell death occurred in the presence of Bcl-2 and Bax expression, and involved a caspase-independent pathway. Confocal fluorescence microscopy indicated a major role for the lysosomal protease cathepsin B in mediating cell death. Accordingly, pre-incubation of K562 cells with the cathepsin inhibitor L-trans-epoxysuccinyl-L-leucylamido-(4-guanidino)butane (E-64) abolished the cytotoxic effect of CvL. Furthermore, we found upregulation of tumor necrosis factor receptor 1 (TNFR1) and down-modulation of p65 subunit of nuclear factor kappa B (NFB) expression in CvL-treated cells. These effects were accompanied by increased levels of p21 and downmodulation of pRb, suggesting that CvL is capable of cell cycle arrest. Collectively, these findings suggest that cathepsin B acts as death mediator in CvL-induced cytotoxicity possibly in a still uncharacterized connection with the membrane death receptor pathway

Ruptura celular, extração e encapsulamento de Astaxantina de Haematococcus pluvialis (Volvocales, Chlorophyta)

O interesse na produção de astaxantina de fontes naturais vem aumentando significativamente, devido principalmente à sua capacidade como potente agente antioxidante. Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, a microalga Haematococcus pluvialis é um dos micro-organismos industrialmente mais interessantes. Entretanto, como a maioria dos carotenoides, a astaxantina é uma molécula altamente insaturada que pode ser facilmente degradada por processos térmicos. Em função desta instabilidade, uma possibilidade que se abre, a fim de proteger sua atividade biológica de fatores ambientais e reforçar a sua estabilidade física, é o encapsulamento. Neste sentido, este trabalho vem contribuir em inovações relacionadas ao desenvolvimento de tecnologia para ruptura celular, extração e nanoencapsulamento de astaxantina produzida por via biotecnológica, mais especificamente de astaxantina obtida através do cultivo de H. pluvialis. Neste estudo, os cultivos foram realizados em meio BBM e acetato de sódio e conduzidos a temperatura constante de 25±1 ºC em fotobiorreatores de 1 L com aeração por borbulhamento de ar de 300 mL.min-1 , agitação manual diária e sob iluminância constante de 444 µmol fótons.m-2 s -1 durante 15 dias, sendo inoculados com suspensão de microalgas previamente preparada, na proporção de 10%, e pH ajustado em 7,0. A biomassa foi recuperada dos cultivos por centrifugação e seca a 35 °C por 48 h. Em seguida, foram empregadas diferentes técnicas de ruptura celular (química, mecânica e enzimática). Após a ruptura, foi realizada a extração dos carotenoides e a quantificação dos carotenoides totais (µg.g-1 ) e da extratibilidade (%). Entre os solventes testados no método de ruptura química, o diclorometano foi o selecionado para a extração dos pigmentos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas de ruptura celular, a maceração da biomassa congelada com terra diatomácea resultou na maior extratibilidade e carotenoides totais (66,01% e 972,35 μg.g-1 ). A melhor condição de lise da parede celular de H. pluvialis, utilizando o preparado enzimático Glucanex® , ocorreu em pH do meio reacional de 4,5 a 55 ºC, com atividade inicial de β-1,3-glucanase de 0,6 U.mL-1 e um tempo de reação de 30 min, alcançando-se 17,73% de atividade lítica relativa. Nestas condições, com a reação enzimática assistida por ultrassom sem congelamento prévio da biomassa, atingiu-se 83,90% e 1235,89 µg.g -1 , respectivamente, para extratibilidade e carotenoides totais. Dentre as técnicas combinadas testadas, a maceração com terra diatomácea associada à lise enzimática apresentou valores de extratibilidade e carotenoides totais de, respectivamente, 93,83% e 1382,12 µg.g-1 . No encapsulamento do extrato contendo astaxantina obtido por lise enzimática associada por ultrassom, envolvendo a coprecipitação com PHBV (poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato)) em fluidos supercríticos, o aumento da pressão tendeu a reduzir o diâmetro da partícula formada, enquanto que o aumento da relação biomassa contendo astaxantina:diclorometano usada na etapa de extração incrementou o percentual de encapsulamento e a eficiência de encapsulamento para ambas pressões testadas (80 e 100 bar). Os maiores valores de percentual de encapsulamento (17,06%) e eficiência de encapsulamento (51,21%) foram obtidos nas condições de 80 bar e relação biomassa:diclorometano de 10 mg.mL -1 . Nestas condições, o diâmetro médio de partícula foi de 0,228 µm. Com base nos resultados obtidos, técnicas para a obtenção de astaxantina de H. pluvialis e seu encapsulamento foram desenvolvidas com sucesso, podendo ser extendidas a outros produtos intracelulares de microalgas.

Atividade antiproliferativa de extratos lipídicos de microalgas marinhas em células de melanona: participação do ÔMEGA-3 e/ou ÔMEGA-6?

Nas últimas décadas, muito interesse tem sido focado no potencial biotecnológico das microalgas, principalmente devido à identificação de diversas substâncias bioativas sintetizadas por estas, especialmente ácidos graxos poliinsaturados (PUFAs). PUFAs ômega-3 (PUFAs ω-3) têm sido estudados pela promoção de efeitos benéficos em muitas doenças crônicas, incluindo o câncer, ao contrário de PUFAs ômega-6 (PUFAs ω-6) que, de forma geral, são conhecidos por agravar o desenvolvimento destes quadros. Este estudo objetivou testar a atividade antiproliferativa de extratos lipídicos de duas microalgas marinhas, Isochrysis galbana e Thalassiosira pseudonana, ricas principalmente em PUFAs ω-3, em uma linhagem celular de melanoma, B16F10. Adicionalmente, o efeito dos precursores dos PUFAs ω-3, α-linolênico (ALA), e dos PUFAs ω-6, linoleico (LA) na proliferação celular, foi avaliado nesta linhagem e em uma linhagem melanocítica normal, Melan-A, pelo método MTT. Foi demonstrado que os extratos lipídicos estudados são capazes de induzir inibição de proliferação tempo e concentração dependente na linhagem B16F10 e esta atividade foi também exercida pelo ALA de forma independente das concentrações testadas. Além disso, o extrato lipídico da microalga Thalassiosira pseudonana também induziu citotoxicidade na linhagem B16F10. Desse modo, é possível sugerir que o efeito antiproliferativo dos extratos possa estar relacionado com a alta concentração de ω-3 PUFAs em relação a ω- 6 PUFAs, especialmente para a Thalassiosira pseudonana Adicionalmente, a linhagem Melan-A não foi sensível ao tratamento com o ALA, sugerindo, dessa forma, um efeito antitumoral para este composto. Este estudo ainda indica a possibilidade do uso de microalgas como fontes promissoras de substâncias antitumorais.

Bioprospecção de polissacarídeos sulfatados de macroalgas marinhas do litoral do Rio Grande do Norte: caracterização de uma heterofucana extraída da alga marron Sargassum filipendula que induz apoptose em células HeLa

The coast of Rio Grande do Norte has more than 100 species of seaweed, mostly unexplored regarding their pharmacological potential. The sulfated polysaccharides (PS) are by far the more seaweed compounds studied, these present a range of biological properties, such as anticoagulant activity, anti-inflammatory, antitumor and antioxidant properties. In this study, we extract sulfated polysaccharide rich-extracts of eleven algae from the coast of Rio Grande do Norte (Dictyota cervicornis; Dictiopterys delicatula; Dictyota menstruallis; Dictyota mertensis; Sargassum filipendula; Spatoglossum schröederi; Gracilaria caudata; Caulerpa cupresoides; Caulerpa prolifera; Caulerpa sertularioides e Codim isthmocladum), and these were evaluated for the potential anticoagulant, antioxidant and antiproliferative. All polysaccharide extracts showed activity for anticoagulant, antioxidant and/or antiproliferative activity, especially D. delicatula and S. filipendula, which showed the most prominent pharmacological potential, thereby being chosen to have their sulfated polysaccharides extracted. By fractionating method were obtained six fractions rich in sulfated polysaccharides to the algae D. delicatula (DD-0,5V, DD-0, 7V, DD-1,0v, DD-1,3v, DD-1,5v and DD-2,0) and five fractions to the alga S. filipendula (SF-0,5V, SF-0,7V, SF-1,0v, SF-1,5v and SF-2,0v). For the anticoagulant assay only the fractions of D. delicatula showed activity, with emphasis on DD-1, 5v that presented the most prominent activity, with APTT ratio similar to clexane® at 0.1 mg/mL. When evaluated the antioxidant potential, all fractions showed potential in all tests (total antioxidant capacity, hydroxyl and superoxide radicals scavenging, ferrous chelation and reducing power), however, the ability to chelate iron ions appears as the main mechanism antioxidant of sulfated polysaccharides from seaweed. In antiproliferative assay, all heterofucanas showed dose-dependent activity for the inhibition of cell proliferation of HeLa, however, with the exception of SF-0,7V, SF- 1,0v and SF-1,5v, all fractions showed antiproliferative activity against MC3T3, a normal cell line. The heterofucana SF-1,5V had its antiproliferative mechanism of action evaluated. This heterofucan induces apoptosis in HeLa cells by a pathway caspase independent, promoting the release of apoptosis Inducing Factor (AIF) in the cytosol, which in turn induces chromatin condensation and DNA fragmentation into 50Kb fragments. These results are significant in that they provide a mechanistic framework for further exploring the use of SF-1.5v as a novel chemotherapeutics against human cervical cancer.

Dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por cianobactéria integrado a biorrefinarias agroindustriais

O objetivo desta tese foi avaliar a dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli visando avaliar a perspectiva de implementação de uma biorrefinaria microalgal. Desta forma, foi avaliado o comportamento do micro-organismo em estudo no cultivo heterotrófico, utilizando como meio de cultivo o efluente de laticínios. O trabalho foi desenvolvido em 3 etapas. Em um primeiro momento foi avaliada a influência da temperatura (20 e 30°C) e os valores máximos e mínimos de nutrientes, em especial do fósforo dissolvido reativo (PDR), disponíveis no efluente de laticínio, na remoção de nutrientes. Os resultados demonstraram que a concentração inicial de fósforo dissolvido e a temperatura exerceram influência no crescimento celular e na eficiência de remoção de nutrientes. Em termos de otimização de processo os cultivos conduzidos a 20°C e maiores concentrações de PDR (5,5 mg.L-1 ) no efluente de laticínio, foram os mais eficientes na conversão de poluentes em biomassa e remoção de nutrientes. A segunda etapa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a dinâmica de distribuição de fósforo na fase líquida e sólida do reator heterotrófico, quando o efluente de laticínio foi tratado pela Aphanothece microscopica Nägeli, a 20°C e nas máximas concentrações de fósforo dissolvido encontradas no efluente. Foi demonstrado que as formas fosforadas na fase líquida do reator se caracterizam pela predominância da fração dissolvida em comparação à particulada e por apresentar como fração predominante a de fósforo orgânico. No que se refere à fase sólida, ficou demonstrado que a Aphanothece microscopica Nägeli, quando cultivada heterotroficamente apresenta 3,8 vezes mais fósforo que o requerido para o crescimento celular. Ficando demonstrado ainda que a remoção biológica de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli pode resultar em substanciais aportes financeiros para as estações de tratamento de efluentes. Uma terceira etapa foi desenvolvida, a qual teve como objetivo avaliar a estimativa de produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, a partir do efluente de laticínio, bem como o efeito da redução de temperatura de cultivo no teor de lipídios , no momento em que é obtida a máxima concentração deste componente celular, nas condições otimizadas.Foi obtido na fase logarítmica de crescimento, concentrações de 41,8 % de proteinas, carboidratos 28,5 %, lipídios 10,4 % e minerais 10,8 %. O maior teor de lipídio registrado a 20°C correspondeu a biomassa analisada na fase logarítmica.Com a redução da temperatura para 5°C por um período de 30 h é possível obter concentrações de lipídios 2,4 vezes superior ao registrado na fase logarítmica a 20 °C. No entanto, não foram indicadas diferenças significativas (p≤0,05) em função da temperatura entre as concentrações de lipídios obtidas para a biomassa a 10°C em 40 h. O perfil de ácidos graxos da biomassa gerada a 20°C, apresentou como ácidos graxos majoritários, os ácidos graxos: palmítico, oléico, γ-linolênico, palmitoleico e esteárico, resultando um aumento na concentração de ácidos graxos saturados as espensa dos insaturados, quando a temperatura é reduzida. Em paralelo,um reator heterotrófico descontinuo foi definido, ficando demonstrado que a extrapolação da operação em batelada para contínua requer um biorreator heterotrófico com volume útil de trabalho de 240,51 m 3 , permitindo tratar 950 m3 diários de efluente, gerando 11,8 kg.d-1 de biomassa útil para produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, visando à simultânea remoção de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total, gerando insumos que podem suportar a implementação de uma biorrefinaria microalgal.