Nanopartículas poliméricas doadoras de óxido nítrico para aplicações tópicas
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Data
2017-03-31
Autores
Pelegrino, Milena Trevisan [UNIFESP]
Orientadores
Seabra, Amedea Barozzi [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
Nitric oxide (NO) is a lipophilic uncharged free radical with small size. These features, help NO to diffuse in biological medium by crossing physiological barriers and communicating with cells. NO is involved in several important physiological processes in mammal cells, such as, vasodilation, macrophage toxicity, antitumoral activity and wound healing. In plant cells, NO is involved in seed germination, resistance to abiotic and biotic stress and leaf senescence. In biological medium, NO has a half-life of 1-5 s, then, therapeutical application of NO requires molecules capable of increasing its half-life. The S-nitrosothiols (RSNOs) are a class of NO donors formed by the nitrosation of thiol-containing molecules. In addition, the RSNOs are spontaneously decomposed and release the NO, what increases the NO half-life. There is a great interest in developing materials capable of carry and release the NO to apply in biomedical and agricultural fields. The nanotechnology and RSNOs combined are a strategy to delivery NO and achieve its therapeutical application. In this study, chitosan nanoparticles (CS NPs) and hidrogel of Pluronic F-127 (PL) containing RSNOs were synthesized and characterized to evaluated their potential in biomedical and agricultural applications. The CS NPs were synthesized through ionotropic gelation using sodium tripolyphosphate (TPP) as counter-ion, thus, the chitosan nanoparticles (CS NPs) obtained has size of ca. 100.0 ± 0.2 nm, measured by dynamic and static light scattering (DLS and SLS). The CS NPs has positive zeta potential of +19.6 ± 0.5 mV, moderate polydispersity of 0.27 ± 0.03, and the CS NPs also incorporated with high efficiency (greater than 98%) the RSNOs, S-nitroso-mercaptosuccinic acid (S-nitroso-MSA) and S-nitrosoglutathione (GSNO). Sequentially, the CS NPs were incorporated into PL hydrogel, in order to formulate a semisolid material in physiological temperature which is desired for a topical application. In addition, ex vivo experiments showed that NO released from CS NPs can permeate the human skin and increase the NO stores in epidermis. Regarding the safety of the CS NPs, cytotoxicity essays were performed. The CS NPs do not cause significant toxicity to healthy cell line (Melan-A) and, in contrast the CS NPs cause toxicity in tumoral cell lines (B16F10, K562, HepG2, Lucena-1). The application of NO donors in corn plants (Zea Mays) and sugarcane (Saccharum spp) helped to mitigate the abiotic stress effects of high salinity and NO donors encapsulated in CS NPs have shown more pronounced effects and a sustainable NO release in vivo. Taken all together, the CS NPs are an interesting vehicle for biomedical and agriculture applications, highlighting dermatological usage and resistance against abiotic stress.
Resumo O óxido nítrico (NO) é um radical livre, desprovido de carga, de tamanho pequeno, lipofílico que se difunde livremente no meio biológico atravessando a maioria das barreiras fisiológicas e realizando a comunicação entre as células. O NO está envolvido em diversos processos biológicos importantes presentes nas células de mamíferos, como a vasodilatação, a toxicidade mediada pelos macrófagos, a atividade antitumoral e a cicatrização cutânea. Em células vegetais, o NO está envolvido na germinação de sementes, na resistência contra estresses abióticos e bióticos e na senescência foliar. O NO, em meio biológico, apresenta uma meia-vida de 1-5 s, logo, para tornar viável seu uso terapêutico, é necessário utilizar moléculas capazes de aumentar essa meia vida. Para isso, foram utilizados os S-nitrosotióis (RSNOs), que são uma classe de doadores de NO formados pela nitrosação de moléculas contendo grupos tióis, que liberam NO, quando decompostos espontaneamente. Existe um grande interesse no desenvolvimento de materiais carregadores e liberadores de NO, pois podem ser utilizados em diversas aplicações biomédicas e também agrícolas. A combinação da nanotecnologia com RSNOs é uma estratégia que vem sendo utilizada para viabilizar o uso terapêutico do NO. Portanto, este estudo avaliou a síntese e caracterização de nanopartículas a base de quitosana e hidrogéis aquosos de Pluronic F-127 (PL) contendo RSNOs e seu potencial em aplicações biomédicas e agrícolas. As nanopartículas de quitosana foram sintetizadas por meio de gelificação ionotrópica utilizando como contra íon o tripolifosfato de sódio (TPP), com isso, obtiveram-se nanopartículas de quitosana (CS NPs) com tamanho ca. 100,70 ± 0,20 nm avaliadas por meio de espalhamento de luz dinâmico (DLS) e estático (SLS). As CS NPs apresentaram potencial zeta positivo, igual a +19,6 ± 0,5 mV, moderada polidispersividade de 0,27 ± 0,03 e também incorporaram com alta eficiência (maior do que 98%) os RSNOs, S-nitroso-ácido mercaptosuccínico (S-nitroso-MSA) e S-nitrosoglutationa (GSNO). Em seguida, as CS NPs foram incorporadas em hidrogéis aquosos de Pluronic-F127, pois trata-se de um semissólido à temperatura fisiológica que viabiliza a aplicação tópica desse material. Ainda, experimentos ex vivo demostraram que o NO liberado a partir da CS NPs permeia a pele humana e aumenta os estoques de NO na epiderme. Os ensaios de citotoxicidade mostraram que as CS NPs não causam toxicidade significativa para célula saudável (Melan-A), porém apresentam toxicidade em células tumorais (B16F10, K562, HepG2, Lucena-1). Em plantas de milho (Zea Mays) e de cana de açúcar (Saccharum spp) observaram-se que a aplicação de doadores de NO auxiliam a mitigar os efeitos causados pelo estresse abiótico de alta salinidade e que os doadores de NO encapsulados em CS NPs apresentam efeitos mais acentuados e uma liberação de NO in vivo mais sustentada. Com isso, as CS NPs são um veículo promissor para aplicações biomédicas e agrícolas, com destaque para o uso dermatológico e na resistência contra estresse abiótico.
Resumo O óxido nítrico (NO) é um radical livre, desprovido de carga, de tamanho pequeno, lipofílico que se difunde livremente no meio biológico atravessando a maioria das barreiras fisiológicas e realizando a comunicação entre as células. O NO está envolvido em diversos processos biológicos importantes presentes nas células de mamíferos, como a vasodilatação, a toxicidade mediada pelos macrófagos, a atividade antitumoral e a cicatrização cutânea. Em células vegetais, o NO está envolvido na germinação de sementes, na resistência contra estresses abióticos e bióticos e na senescência foliar. O NO, em meio biológico, apresenta uma meia-vida de 1-5 s, logo, para tornar viável seu uso terapêutico, é necessário utilizar moléculas capazes de aumentar essa meia vida. Para isso, foram utilizados os S-nitrosotióis (RSNOs), que são uma classe de doadores de NO formados pela nitrosação de moléculas contendo grupos tióis, que liberam NO, quando decompostos espontaneamente. Existe um grande interesse no desenvolvimento de materiais carregadores e liberadores de NO, pois podem ser utilizados em diversas aplicações biomédicas e também agrícolas. A combinação da nanotecnologia com RSNOs é uma estratégia que vem sendo utilizada para viabilizar o uso terapêutico do NO. Portanto, este estudo avaliou a síntese e caracterização de nanopartículas a base de quitosana e hidrogéis aquosos de Pluronic F-127 (PL) contendo RSNOs e seu potencial em aplicações biomédicas e agrícolas. As nanopartículas de quitosana foram sintetizadas por meio de gelificação ionotrópica utilizando como contra íon o tripolifosfato de sódio (TPP), com isso, obtiveram-se nanopartículas de quitosana (CS NPs) com tamanho ca. 100,70 ± 0,20 nm avaliadas por meio de espalhamento de luz dinâmico (DLS) e estático (SLS). As CS NPs apresentaram potencial zeta positivo, igual a +19,6 ± 0,5 mV, moderada polidispersividade de 0,27 ± 0,03 e também incorporaram com alta eficiência (maior do que 98%) os RSNOs, S-nitroso-ácido mercaptosuccínico (S-nitroso-MSA) e S-nitrosoglutationa (GSNO). Em seguida, as CS NPs foram incorporadas em hidrogéis aquosos de Pluronic-F127, pois trata-se de um semissólido à temperatura fisiológica que viabiliza a aplicação tópica desse material. Ainda, experimentos ex vivo demostraram que o NO liberado a partir da CS NPs permeia a pele humana e aumenta os estoques de NO na epiderme. Os ensaios de citotoxicidade mostraram que as CS NPs não causam toxicidade significativa para célula saudável (Melan-A), porém apresentam toxicidade em células tumorais (B16F10, K562, HepG2, Lucena-1). Em plantas de milho (Zea Mays) e de cana de açúcar (Saccharum spp) observaram-se que a aplicação de doadores de NO auxiliam a mitigar os efeitos causados pelo estresse abiótico de alta salinidade e que os doadores de NO encapsulados em CS NPs apresentam efeitos mais acentuados e uma liberação de NO in vivo mais sustentada. Com isso, as CS NPs são um veículo promissor para aplicações biomédicas e agrícolas, com destaque para o uso dermatológico e na resistência contra estresse abiótico.