Hidrogéis baseados em nucleotídeos de RNA para encapsulamento de quimioterápicos
| dc.contributor.advisor | Da Silva, Emerson Rodrigo [UNIFESP] | |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7800589206457326 | |
| dc.contributor.author | Mori, Renata Lara [UNIFESP] | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7602648549145007 | |
| dc.coverage.spatial | São Paulo | |
| dc.date.accessioned | 2025-01-07T19:26:36Z | |
| dc.date.available | 2025-01-07T19:26:36Z | |
| dc.date.issued | 2024-11-04 | |
| dc.description.abstract | Introdução: O câncer é um dos maiores desafios de saúde da nossa época, sendo que o padrão-ouro para seu tratamento ainda é o uso de quimioterápicos, geralmente administrados por vias intravenosa ou oral. Uma classe importante de quimioterápicos são os antimetabólitos, moléculas análogas às bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos, capazes de “enganar” as células cancerosas, levando-as a incorporar o fármaco em seu genoma e inibir sua replicação. No entanto, esses fármacos possuem efeitos colaterais que comprometem significativamente a qualidade de vida do paciente. Uma estratégia com potencial para mitigar tais efeitos é o uso de sistemas de liberação controlada, entre os quais matrizes de hidrogel ocupam posição privilegiada. Dentro desse contexto, investigamos nesta dissertação um grupo de hidrogéis híbridos formados a partir da auto-organização conjunta do amino ácido fenilalanina protegido com o grupo fluorenilmetóxido (Fmoc-Phe) e de monofostatos dos nucleosídeos de RNA guanosina (GMP), citidina (CMP) e uridina (UMP). A essas matrizes incorporamos com sucesso os antimetabólitos 5-fluoracil (5-FU) e 6-mercaptopurina (6-MP), análogos de bases purinas e pirimidinas, respectivamente. Objetivo: O objetivo principal foi desenvolver um protocolo de síntese para a obtenção de matrizes mistas de hidrogéis, combinando grupos Fmoc-Phe e nucleotídeos de RNA, capazes de encapsular os quimioterápicos 5-FU e 6-MCP. Além disso, buscamos fornecer uma caracterização estrutural completa da organização desses materiais, abrangendo desde a escala nanoscópica até propriedades mecânicas, e testar seu potencial como sistema de liberação. Métodos: O protocolo de síntese envolveu a co-solubilização dos componentes (aminoácidos, nucleotídeos e fármacos) em buffer aquoso, seguida de uma rampa térmica. As técnicas utilizadas para a caracterização das amostras incluíram microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microscopia óptica de luz polarizada, UV-Vis, espalhamento de raios X a baixo ângulo, espectroscopia de fluorescência, reologia e testes de liberação. Algumas características de citotoxicidade foram investigadas preliminarmente por meio de ensaios microbiológicos com leveduras. Resultados: Fomos bem-sucedidos na produção de hidrogéis combinando Fmoc-Phe e nucleotídeos em concentrações finais da ordem de 1%, sendo possível obter matrizes baseadas em guanosina, citidina e uridina, mas não em adenosina. A caracterização estrutural demonstrou de forma clara que essas matrizes são estabilizadas por uma rede de fibras nanoscópicas entrelaçadas, típicas de géis físicos. Ensaios de reologia mostraram que, independentemente do nucleotídeo utilizado, os módulos de armazenamento (G’) são superiores aos módulos de perda (G’’), indicando estruturas bem organizadas. O levantamento de diagramas de fase mostrou que as matrizes mantêm estabilidade até temperaturas da ordem de 40 °C, compatíveis com temperaturas fisiológicas. Foi possível incorporar nesses sistemas 6-MP em proporções da ordem de 0,3%, mantendo a estabilidade dos géis. No entanto, embora a incorporação de 5-FU tenha sido possível, observou-se a desestabilização das matrizes. Análises de microscopia eletrônica combinadas com espectroscopia de energia dispersiva mostraram que os fármacos se acumulam em domínios no interior da matriz, com cristalinidade indicada por ensaios de microscopia de luz polarizada. Ensaios de liberação de 6-MP mostraram cinéticas de primeira ordem, sendo que matrizes baseadas em GMP apresentaram taxas mais rápidas. Embora ensaios de tolerância celular em cultura de levedura tenham apontado baixa citotoxicidade, testes preliminares mostraram certa toxicidade em relação a células de mamíferos. Conclusão: Conseguimos desenvolver um protocolo simples para produzir matrizes coloidais à base de nucleotídeos e peptídeo do grupo Fmoc, incorporando os quimioterápicos 5-FU e 6-MP. No entanto, a produção de matrizes estáveis não foi possível com monofosfato de adenosina, sugerindo que o grupo carbonila disponível em todas as demais nucleobases desempenha um papel preponderante no processo de auto-organização. Através das técnicas de caracterização, foi possível observar que os quimioterápicos formam domínios cristalinos no interior das redes de nanofibras que constituem as matrizes coloidais. Todas as matrizes mantiveram estabilidade com a incorporação de 6-MP, mas foram desestabilizadas pelo 5-FU. Além disso, observou-se que esses sistemas funcionam como matrizes de liberação controlada, embora os efeitos de citotoxicidade precisem ser considerados e contornados para uso efetivo em aplicações biomédicas. | pt_BR |
| dc.description.abstract | Introduction: Cancer is one of the greatest health challenges of our time, with chemotherapy remaining the gold standard for treatment, typically administered via intravenous or oral routes. An important class of chemotherapeutics is antimetabolites, molecules analogous to the nitrogenous bases of nucleic acids, capable of "tricking" cancer cells into incorporating the drug into their genome, thereby inhibiting their replication. However, these drugs have side effects that significantly compromise the quality of life of the patient. A promising strategy to mitigate such effects is the use of controlled release systems, among which hydrogel matrices occupy a privileged position. In this context, this dissertation investigates a group of hybrid hydrogels formed from the coorganization of the amino acid phenylalanine protected with the fluorenylmethyloxycarbonyl group (FmocPhe) and the monophosphates of RNA nucleosides guanosine (GMP), cytidine (CMP), and uridine (UMP). We successfully incorporated the antimetabolites 5fluorouracil (5FU) and 6mercaptopurine (6MP), which are analogs of purine and pyrimidine bases, respectively. Objectives: The main objective was to develop a synthesis protocol for obtaining mixed hydrogel matrices that combine FmocPhe groups and RNA nucleotides, capable of encapsulating the chemotherapeutics 5FU and 6MP. Additionally, we aimed to provide a comprehensive structural characterization of the organization of these materials, covering everything from the nanoscale to mechanical properties, and to test their potential as a release system. Methods: The synthesis protocol involved the cosolubilization of the components (amino acids, nucleotides, and drugs) in PBS buffer, followed by a thermal ramp up to 95 °C. The techniques used for the characterization of the samples included atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), polarized light optical microscopy (PLM), UVVis spectroscopy, smallangle Xray scattering, fluorescence spectroscopy, rheology, and release tests. Preliminary cytotoxicity characteristics were investigated through microbiological assays using yeast. Results: We successfully produced hydrogels combining FmocPhe and nucleotides at final concentrations on the order of 1%, obtaining matrices based on guanosine, cytidine, and uridine, but not on adenosine. Structural characterization clearly demonstrated that these matrices are stabilized by a network of intertwined nanofibers, typical of physical gels. Rheological tests showed that, regardless of the nucleotide used, the storage modulus (G’) was greater than the loss modulus (G’’), indicating wellorganized structures. Phase diagram analysis revealed that the matrices maintain stability at temperatures around 40 °C, compatible with physiological temperatures. We were able to incorporate 6MP into these systems at proportions of about 0.3%, maintaining the stability of the gels. However, although the incorporation of 5FU was possible, destabilization of the matrices was observed. SEM analyses combined with EDS showed that the drugs accumulate in domains within the matrix, with crystallinity indicated by polarized light microscopy assays. Release tests for 6MP showed firstorder kinetics, with GMPbased matrices exhibiting faster rates. While yeast cell tolerance assays indicated low cytotoxicity, preliminary tests showed some toxicity concerning mammalian cells. Conclusion: We successfully developed a simple protocol to produce colloidal matrices based on nucleotides and Fmoc group peptide, incorporating the chemotherapeutics 5FU and 6MP. However, stable matrices could not be produced with adenosine monophosphate, suggesting that the carbonyl group present in all other nucleobases plays a predominant role in the selforganization process. Characterization techniques revealed that the chemotherapeutics form crystalline domains within the nanofiber networks constituting the colloidal matrices. All matrices maintained stability with the incorporation of 6MP but were destabilized by 5FU. Furthermore, these systems were observed to function as controlled release matrices, although the effects of cytotoxicity must be considered and addressed for effective use in biomedical applications. | en |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | |
| dc.description.sponsorshipID | 2022/03056-6 | |
| dc.emailadvisor.custom | er.silva@unifesp.br | |
| dc.format.extent | 84 f. | |
| dc.identifier.citation | MORI, Renata Lara. Hidrogéis baseados em nucleotídeos de RNA para encapsulamento de quimioterápicos. 2024. 84 f. Dissertação (Mestrado em Biologia Molecular) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP). São Paulo, 2024. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11600/72711 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Paulo | |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.subject | Hidrogel | pt_BR |
| dc.subject | Liberação controlada | pt_BR |
| dc.subject | Estrutura molecular | pt_BR |
| dc.subject | Nanotecnologia | pt_BR |
| dc.title | Hidrogéis baseados em nucleotídeos de RNA para encapsulamento de quimioterápicos | pt_BR |
| dc.title.alternative | Hydrogels based on RNA nucleotides for encapsulating chemotherapeutics | en |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
| unifesp.campus | Escola Paulista de Medicina (EPM) | |
| unifesp.graduateProgram | Ciências Biológicas (Biologia Molecular) | |
| unifesp.knowledgeArea | Biofísica | |
| unifesp.researchArea | Biofísica Estrutural |