Síntese de copolímeros em bloco com propriedades líquido cristalinas

The principal techniques for the synthesis of liquid crystalline block copolymers are reviewed. The syntheses are done by living/controlled free radical chain polymerization. The copolymers display an amorphous continuous phase and a discontinuous liquid crystalline phase (LC). The presence of oxypropylenic segments disturbs the range of mesophase transitions at lower temperatures. This behavior is not observed when styrenic segments are employed and suggests that the liquid crystalline behavior can be modified in block copolymers to show mesophases at higher and lower temperatures according to the flexibility of the chain segment that is present.

In vitro radical-scavenging activity, toxicity against A. salina, and nmr profiles of extracts of lichens collected from Brazil and Antarctica

Extracts of six lichen species collected from Brazil and Antarctica were investigated for their potential toxicity and radical-scavenging properties. The composition of the extracts was investigated using TLC and NMR, leading to identification of atranorin (1), along with salazinic (2), barbatic (3), α-alectoronic (4), α-collatolic (5), cryptochlorophaeic (6), caperatic (7), lobaric (8), and protolichesterinic (9) acids. All acetone extracts were evaluated for their 2,2'-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging ability and subjected to Artemia salina bioassay. The free-radical-scavenging activities of each extract (100 µg) ranged from 8.9 ± 0.1% to 38.7 ± 2.5% and the EC50 values ranged from 0.24 ± 2.10 to 3.54 ± 0.28 mg mL-1, while the toxicity of the extracts against A. salina were low (151.0 to >600 µg mL-1).

Synthèse de brosses de polyélectrolytes par polymérisation initiée depuis une surface de mica et étude de leur réponse en fonction du pH et de la force ionique

Cette thèse rapporte le greffage chimique de brosses de polymères neutres de poly(acrylate de tert-butyle) (PtBA) et de brosses chargées d’acide polyacrylique (PAA) sur des substrats de mica afin d’étudier leur conformation en fonction de la densité de greffage, du pH et de la force ionique. Le greffage est réalisé par polymérisation contrôlée par transfert d’atome (ATRP) initiée depuis la surface de mica afin de contrôler la croissance du polymère et sa densité de greffage. L’étude de la conformation des brosses de PtBA et de PAA a été menée avec la technique AFM en mesurant les épaisseurs des films à sec et gonflés sous différentes conditions de solvant, de pH et de force ionique. Une monocouche d’amorceurs est tout d’abord greffée sur du mica porteur de groupes hydroxyles créés par plasma (Ar/H2O). Cette couche a été caractérisée par des mesures d’angle de contact et par la technique TOF-SIMS. L’amorceur greffé a ensuite permis d’initier l’ATRP directement depuis la surface pour former des brosses neutres de PtBA liés de façon covalente au mica. La croissance linéaire de l’épaisseur du film avec la masse molaire du polymère en solution et le taux de conversion montre que la polymérisation est contrôlée. De plus, la ré-initiation des chaînes greffées atteste du caractère vivant de la polymérisation. L’hydrolyse des brosses de PtBA, confirmée par des mesures d’angle de contact, d’épaisseur et par FT-IR, conduit à des brosses de PAA. Les différentes couches greffées sont stables à l’air, en milieu organique et en milieu aqueux et leur gonflement est réversible. Le degreffage de la couche de PAA est observé suite à une longue exposition à pH basique. Cette étude représente le premier exemple de brosses greffées chimiquement sur du mica par polymérisation initiée depuis la surface. La variation des paramètres de la réaction de greffage de l’amorceur, tels que la concentration et la durée de réaction, a permis de contrôler le taux de recouvrement de l’amorceur et la densité de greffage du polymère. Une grande gamme de taux de recouvrement de l’amorceur est accessible et se traduit par un intervalle de densités de greffage allant de faibles à élevées (e.g. 0,04 chaîne/nm2 à 0,5 chaîne/nm2). L’étude de la conformation des chaînes de PtBA dans le DMF montre que cet intervalle de densités recouvre le régime crêpe au régime brosse. Le gonflement de brosses de PAA et la variation de la hauteur de la brosse L ont été étudiés en fonction de la densité de greffage, du pH et du sel ajouté cs (NaCl). Une transition brusque de collapsée à étirée est observée avec l’augmentation du pH, indépendamment de la densité de greffage. A pH neutre, les brosses sont collapsées et se comportent comme des brosses neutres en mauvais solvant. A pH basique, les brosses sont gonflées et chargées et se trouvent dans un régime de Pincus caractéristique des polyélectrolytes forts. En présence de sel, les charges sont partiellement écrantées et les répulsions électrostatiques dominent toujours dans la brosse. Cette étude contribue à une meilleure compréhension du comportement complexe des brosses de polyélectrolytes faibles et apporte un soutien expérimental à la théorie sur le comportement de ces brosses.

Une nouvelle stratégie de traitement de la maladie cœliaque basée sur les polymères séquestrants

La maladie cœliaque ou sprue cœliaque est une intolérance au gluten. Il s’agit d’une maladie inflammatoire de l’intestin liée à l’ingestion de gluten chez des personnes génétiquement susceptibles. Ce désordre présente une forte prévalence puisqu’il touche 1 % de la population mondiale. En l’état actuel des choses, il n’existe aucun outil pharmacologique pour traiter ou pallier à cette maladie. Cependant, grâce aux avancées dans la compréhension de sa pathogenèse, de nouvelles cibles thérapeutiques ont été identifiées. À l’heure actuelle, le seul traitement efficace consiste à suspendre la consommation de l’agent pathogène, à savoir le gluten. Le gluten est un ensemble de protéines de stockage des céréales contenu dans le blé, l’orge et le seigle. Le gluten du blé se subdivise en gluténines et gliadines. Ce sont ces dernières qui semblent les plus impliquées dans la maladie cœliaque. Les gliadines et ses protéines apparentées (i.e. sécalines et hordéines, respectivement dans le seigle et l’orge) sont riches en prolines et en glutamines, les rendant résistantes à la dégradation par les enzymes digestives et celles de la bordure en brosse. Les peptides résultant de cette digestion incomplète peuvent induire des réponses immunitaires acquises et innées. L’objectif principal de cette thèse était de tester un nouveau traitement d’appoint de la maladie cœliaque utile lors de voyages ou d’évènements ponctuels. Dans les années 80, une observation italienne montra l’inhibition de certains effets induits par des gliadines digérées sur des cultures cellulaires grâce à la co-incubation en présence de mannane: un polyoside naturel composé de mannoses. Malheureusement, ce traitement n’était pas applicable in vivo à cause de la dégradation par les enzymes du tractus gastro-intestinales du polymère, de par sa nature osidique. Les polymères de synthèse, grâce à la diversité et au contrôle de leurs propriétés physico-chimiques, se révèlent être une alternative attrayante à ce polymère naturel. L’objectif de cette recherche était d’obtenir un polymère liant la gliadine, capable d’interférer dans la genèse de la maladie au niveau du tube digestif, afin d’abolir les effets délétères induits par la protéine. Tout d’abord, des copolymères de type poly (hydroxyéthylméthacrylate)-co-(styrène sulfonate) (P(HEMA-co-SS)) ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). Une petite bibliothèque de polymères a été préparée en faisant varier la masse molaire, ainsi que les proportions de chacun des monomères. Ces polymères ont ensuite été testés quant à leur capacité de complexer la gliadine aux pH stomacal et intestinal et les meilleurs candidats ont été retenus pour des essais cellulaires. Les travaux ont permis de montrer que le copolymère P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa) permettait une séquestration sélective de la gliadine et qu’il abolissait les effets induits par la gliadine sur différents types cellulaires. De plus, ce composé interférait avec la digestion de la gliadine, suggérant une diminution de peptides immunogènes impliqués dans la maladie. Ce candidat a été testé in vivo, sur un modèle murin sensible au gluten, quant à son efficacité vis-à-vis de la gliadine pure et d’un mélange contenant du gluten avec d’autres composants alimentaires. Le P(HEMA-co-SS) a permis de diminuer les effets sur les paramètres de perméabilité et d’inflammation, ainsi que de moduler la réponse immunitaire engendrée par l’administration de gliadine et celle du gluten. Des études de toxicité et de biodistribution en administration aigüe et chronique ont été réalisées afin de démontrer que ce dernier était bien toléré et peu absorbé suite à son administration par la voie orale. Enfin des études sur des échantillons de tissus de patients souffrants de maladie cœliaque ont montré un bénéfice therapeutique du polymère. L’ensemble des travaux présentés dans cette thèse a permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique du P(HEMA-co-SS) pour prévenir les désordres reliés à l’ingestion de gluten, indiquant que ce type de polymère pourrait être exploité dans un avenir proche.

Synthesis of polyelectrolyte brushes on silica-based substrates through surface-initiated polymerization : brush characterization and responsiveness to variation in pH and ionic strength

Les brosses de polyélectrolytes font l’objet d’une attention particulière pour de nombreuses applications car elles présentent la capacité de changer de conformation et, par conséquent, de propriétés de surface en réponse aux conditions environnementales appliquées. Le contrôle des principaux paramètres de ces brosses telles que l'épaisseur, la composition et l'architecture macromoléculaire, est essentiel pour obtenir des polymères greffés bien définis. Ceci est possible avec la Polymérisation Radicalaire par Transfert d’Atomes - Initiée à partir de la Surface (PRTA-IS), qui permet la synthèse de brosses polymériques de manière contrôlée à partir d’une couche d'amorceurs immobilisés de manière covalente sur une surface. Le premier exemple d’une synthèse directe de brosses de poly(acide acrylique) (PAA) par polymérisation radicalaire dans l’eau a été démontré. Par greffage d’un marqueur fluorescent aux brosses de PAA et via l’utilisation de la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne, le dégreffage du PAA en temps réel a pu être investigué. Des conditions environnementales de pH ≥ 9,5 en présence de sel, se sont avérées critiques pour la stabilité de la liaison substrat-amorceur, conduisant au dégreffage du polymère. Afin de protéger de l’hydrolyse cette liaison substrat-amorceur sensible et prévenir le dégreffage non souhaité du polymère, un espaceur hydrophobique de polystyrène (PS) a été inséré entre l'amorceur et le bloc de PAA stimuli-répondant. Les brosses de PS-PAA obtenues étaient stables pour des conditions extrêmes de pH et de force ionique. La réponse de ces brosses de copolymère bloc a été étudiée in situ par ellipsométrie, et le changement réversible de conformation collapsée à étirée, induit par les variations de pH a été démontré. De plus, des différences de conformation provenant des interactions du bloc de PAA avec des ions métalliques de valence variable ont été obtenues. Le copolymère bloc étudié semble donc prometteur pour la conception de matériaux répondant rapidement a divers stimuli. Par la suite, il a été démontré qu’un acide phosphonique pouvait être employé en tant qu’ amorceur PRTA-IS comme alternative aux organosilanes. Cet amorceur phosphonate a été greffé pour la première fois avec succès sur des substrats de silice et une PRTA-IS en milieux aqueux a permis la synthèse de brosses de PAA et de poly(sulfopropyl méthacrylate). La résistance accrue à l’hydrolyse de la liaison Sisubstrat-O- Pamorceur a été confirmée pour une large gamme de pH 7,5 à 10,5 et a permis l’étude des propriétés de friction des brosses de PAA sous différentes conditions expérimentales par mesure de forces de surface. Malgré la stabilité des brosses de PAA à haute charge appliquée, les études des propriétés de friction ne révèlent pas de changement significatif du coefficient de friction en fonction du pH et de la force ionique.

Synthesis and characterization of biocompatible, thermoresponsive ABC and ABA triblock copolymer gelators

The synthesis of doubly thermoresponsive PPO-PMPC-PNIPAM triblock copolymer gelators by atom transfer radical polymerization using a PPO-based macroinitiator is described. Provided that the PPO block is sufficiently long, dynamic light scattering and differential scanning calorimetry studies confirm the presence of two separate thermal transitions corresponding to micellization and gelation, as expected. However, these ABC-type triblock copolymers proved to be rather inefficient gelators: free-standing gels at 37 degrees C required a triblock copolymer concentration of around 20 wt%. This gelator performance should be compared with copolymer concentrations of 6-7 wt% required for the PNIPAM-PMPC-PNIPAM triblock copolymers reported previously. Clearly, the separation of micellar self-assembly from gel network formation does not lead to enhanced gelator efficiencies, at least for this particular system. Nevertheless, there are some features of interest in the present study. In particular, close inspection of the viscosity vs temperature plot obtained for a PPO43-PMPC160-PNIPAM(81) triblock copolymer revealed a local minimum in viscosity. This is consistent with intramicelle collapse of the outer PNIPAM blocks prior to the development of the intermicelle hydrophobic interactions that are a prerequisite for macroscopic gelation.

Peroxyl radical-scavenging activity of coffee brews

The ORAC(FL) assay was used in non-automated mode to evaluate the specific peroxyl radical scavenging properties of the aqueous soluble components of green and roasted Arabica and Robusta coffee samples. A relationship between ORAC(FL) and the concentration of CQAs (caffeoyl quinic acids) was found for the extracts from green coffee beans. Aqueous extracts from roasted coffee beans possessed equal or stronger scavenging power than that obtained for the green coffee beans extracts and the scavenging activity depended on the variety of coffee and the roasting conditions. Brews from Robusta coffee beans showed the highest ORAC(FL). The best scavenging properties for the brews from Arabica coffee beans were detected in samples prepared from coffee beans roasted under light conditions. The data indicate that, during roasting, a complex network of reactions takes place leading to the formation of a wide number of compounds possessing specific scavenging properties. Under mild roasting conditions, caffeoyl quinic acids appear to be the main components responsible for the free radical scavenging power of coffee brews. In contrast, Maillard reaction products may be the principal components with free radical scavenging activity in more severely (medium and dark) roasted coffees.

Synthesis of azopolymers with controlled structure and photoinduced birefringence in their LB films

The molecular architecture of azopolymers may be controlled via chemical synthesis and with selection of a suitable film-forming method, which is important for improving their properties for practical uses. Here we address the main challenge of combining the photoinduced birefringence features of azopolymers with the higher thermal and mechanical stabilities of poly(methyl methacrylate) (PMMA) using Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) to synthesize diblock- and triblock-copolymers of an azomonomer and the monomer methyl methacrylate. Langmuir-Blodgett (LB) films made with the copolymers mixed with cadmium stearate displayed essentially the same optically induced birefringence characteristics, in terms of maximum and residual birefringence and time for writing, as the mixed LB films with the homopolymer poly[4-(N-ethyl-N-(2-methacryloxyethyl))amino-2`-chloro-4`-nitroazobenzene] (HPDR13), also synthesized via ATRP. In fact, the controlled architecture of HPDR13 chains led to Langmuir films that could be more closely packed and reach higher collapse pressures than the corresponding films obtained with HPDR13-conv synthesized via conventional radicalar polymerization. This allowed LB films to be fabricated from neat HPDR13, which was not possible with HPDR13-conv. The enhanced organization in the LB films produced with controlled azopolymer chains, however, led to a smaller free volume available for isomerization of the azochromophores, thus yielding a lower photoinduced birefringence than in the HPDR13-conv films. The combination of ATRP synthesis and LB technology is then promising to obtain optical storage in films with improved thermal and mechanical processabilities, though a further degree of control must be sought to exploit film organization while maintaining the necessary free volume in the films. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Pro-oxidant activity of apocynin radical

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

Profile of Maytenus aquifolium action over free radicals and reactive oxygen species

Reactive oxygen species (ROS) and free radical species have been implicated in initiating, accompanying or causing many diseases in living organisms; there is thus, a continual need for antioxidants molecules to inactivate ROS/free radicals. Many studies of plants crude extracts have demonstrated free-radical scavenging and antioxidant action. Maytenus species have long been used, in several countries, as traditional medicines against gastric ulcers, dyspepsia and others gastric problems and for their anti-inflammatory properties. In this study, Maytenus aquifolium (Celastraceae) root bark ethanol extract was assessed for its ability to scavenge free radicals and reactive oxygen species. The results were expressed as percentage inhibition of the active species. The extract was efficient against studied reactive species: DPPH radical (obtained inhibition = 35.5 ± 1.3 %), ABTS.+ (IC50 = 0.0036 ± 0.0003 mg/mL), HOCl (IC50 = 0.002 ± 0.0001 mg/mL), O2 .- (obtained inhibition = 36.0 ± 2.1 %), and NO. (obtained inhibition = 18.3 ± 0.4 %). Uniterms Oxidant species Free radicals Maytenus aquifolium Oxidative damage.

Myeloperoxidase inhibitory and radical scavenging activities of flavones from Pterogyne nitens

Two new flavone glucosides, nitensosides A and B (1, 2), together with four known compounds, sorbifolin (3), sorbifolin 6-O-β-glucopyranoside (4), pedalitin (5), and pedalitin 6-O-β-glucopyranoside (6) were isolated from Pterogyne nitens. Their structures were elucidated from 1D and 2D NMR analysis, as well as by high resolution mass spectrometry. All the isolated flavones were evaluated for their myeloperoxidase (MPO) inhibitory activity. The most active compound, pedalitin, exhibited IC 50 value of 3.75 nM on MPO. Additionally, the radical-scavenging capacity of flavones 1-6 was evaluated towards ABTS and DPPH radicals and compared to standard compounds quercetin and Trolox®. © 2008 Pharmaceutical Society of Japan.

Oxidative stress in sickle cell disease: An overview of erythrocyte redox metabolism and current antioxidant therapeutic strategies

Erythrocytes have an environment of continuous pro-oxidant generation due to the presence of hemoglobin (Hb), which represents an additional and quantitatively significant source of superoxide (O2 •-) generation in biological systems. To counteract oxidative stress, erythrocytes have a self-sustaining antioxidant defense system. Thus, red blood cells uniquely function to protect Hb via a selective barrier allowing gaseous and other ligand transport as well as providing antioxidant protection not only to themselves but also to other tissues and organs in the body. Sickle hemoglobin molecules suffer repeated polymerization/depolymerization generating greater amounts of reactive oxygen species, which can lead to a cyclic cascade characterized by blood cell adhesion, hemolysis, vaso-occlusion, and ischemia-reperfusion injury. In other words, sickle cell disease is intimately linked to a pathophysiologic condition of multiple sources of pro-oxidant processes with consequent chronic and systemic oxidative stress. For this reason, newer therapeutic agents that can target oxidative stress may constitute a valuable means for preventing or delaying the development of organ complications. © © 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Efeito do processo de obtenção do catchup sobre seus compostos antioxidantes, capacidade seqüestrante do radical DPPH e cor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Preliminary in vitro and ex vivo evaluation of afzelin, kaempferitrin and pterogynoside action over free radicals and reactive oxygen species

Biological activities of flavonoids have been extensively reviewed in literature. The biochemical profile of afzelin, kaempferitrin, and pterogynoside acting on reactive oxygen species was investigated in this paper. The flavonoids were able to act as scavengers of the superoxide anion, hypochlorous acid and taurine chloramine. Although flavonoids are naturally occurring substances in plants which antioxidant activities have been widely advertised as beneficial, afzelin, kaempferitrin, and pterogynoside were able to promote cytotoxic effect. In red blood cells this toxicity was enhanced, depending on flavonoids concentration, in the presence of hypochlorous acid, but reduced in the presence of 2,20 -azo-bis(2-amidinopropane) free radical. These flavonoids had also promoted the death of neutrophils, which was exacerbated when the oxidative burst was initiated by phorbol miristate acetate. Therefore, despite their well-known scavenging action toward free radicals and oxidants, these compounds could be very harmful to living organisms through their action over erythrocytes and neutrophils.

Porous Polymeric Bioresorbable Scaffolds for Tissue Engineering

Tissue engineering is a discipline that aims at regenerating damaged biological tissues by using a cell-construct engineered in vitro made of cells grown into a porous 3D scaffold. The role of the scaffold is to guide cell growth and differentiation by acting as a bioresorbable temporary substrate that will be eventually replaced by new tissue produced by cells. As a matter or fact, the obtainment of a successful engineered tissue requires a multidisciplinary approach that must integrate the basic principles of biology, engineering and material science. The present Ph.D. thesis aimed at developing and characterizing innovative polymeric bioresorbable scaffolds made of hydrolysable polyesters. The potentialities of both commercial polyesters (i.e. poly-e-caprolactone, polylactide and some lactide copolymers) and of non-commercial polyesters (i.e. poly-w-pentadecalactone and some of its copolymers) were explored and discussed. Two techniques were employed to fabricate scaffolds: supercritical carbon dioxide (scCO2) foaming and electrospinning (ES). The former is a powerful technology that enables to produce 3D microporous foams by avoiding the use of solvents that can be toxic to mammalian cells. The scCO2 process, which is commonly applied to amorphous polymers, was successfully modified to foam a highly crystalline poly(w-pentadecalactone-co-e-caprolactone) copolymer and the effect of process parameters on scaffold morphology and thermo-mechanical properties was investigated. In the course of the present research activity, sub-micrometric fibrous non-woven meshes were produced using ES technology. Electrospun materials are considered highly promising scaffolds because they resemble the 3D organization of native extra cellular matrix. A careful control of process parameters allowed to fabricate defect-free fibres with diameters ranging from hundreds of nanometers to several microns, having either smooth or porous surface. Moreover, versatility of ES technology enabled to produce electrospun scaffolds from different polyesters as well as “composite” non-woven meshes by concomitantly electrospinning different fibres in terms of both fibre morphology and polymer material. The 3D-architecture of the electrospun scaffolds fabricated in this research was controlled in terms of mutual fibre orientation by properly modifying the instrumental apparatus. This aspect is particularly interesting since the micro/nano-architecture of the scaffold is known to affect cell behaviour. Since last generation scaffolds are expected to induce specific cell response, the present research activity also explored the possibility to produce electrospun scaffolds bioactive towards cells. Bio-functionalized substrates were obtained by loading polymer fibres with growth factors (i.e. biomolecules that elicit specific cell behaviour) and it was demonstrated that, despite the high voltages applied during electrospinning, the growth factor retains its biological activity once released from the fibres upon contact with cell culture medium. A second fuctionalization approach aiming, at a final stage, at controlling cell adhesion on electrospun scaffolds, consisted in covering fibre surface with highly hydrophilic polymer brushes of glycerol monomethacrylate synthesized by Atom Transfer Radical Polymerization. Future investigations are going to exploit the hydroxyl groups of the polymer brushes for functionalizing the fibre surface with desired biomolecules. Electrospun scaffolds were employed in cell culture experiments performed in collaboration with biochemical laboratories aimed at evaluating the biocompatibility of new electrospun polymers and at investigating the effect of fibre orientation on cell behaviour. Moreover, at a preliminary stage, electrospun scaffolds were also cultured with tumour mammalian cells for developing in vitro tumour models aimed at better understanding the role of natural ECM on tumour malignity in vivo.